AURELIA CHIOIBAŞ

STUDIUL ŞI TEHNOLOGIA MATERIALELOR

Cuprins

1. Proprietaţile materialelor metaliceγ Incercările materialelor 2. Structura cristalină a materialelor metalice 3. Deformarea plastică a materialelorγ Recristalizarea 4. Aliaje Fe-C 5. Tratamente termice aplicate materialelor metalice 6. Oţeluri aliate 7. Aliaje neferoase 8. Turnarea materialelor metalice 9. Prelucrarea materialelor metalice prin deformare plastică 10. Sudarea materialelor metalice 11. Controlul defectoscopic nedistructiv aplicat pieselor metalice

1.1. INTRODUCERE

Tehnologia materialelor este ştiinţa tehnico-aplicativă care studiază procesele la care

sunt supuse materiile prime, materialele, semifabricatele în timpul operaţiilor de prelucrareα cu

scopul obţinerii pieselor finite în condiţii tehnico-economice optime. În tehnică se utilizează atât materiale metaliceα cât şi nemetaliceγ Materialele metalice

se împart în două categorii⁄ a) feroase: Fe şi aliajele sale εoţeluriα fonte→; b) neferoase: celelalte metale şi aliajele lorγ Metalele sunt materiale caracterizate prin conductibilitate termică şi electrică bunăα

coeficient de temperatura al rezistivităţii pozitivα luciu metalicα plasticitateα ductilitateα opacitate

şi existenţa structurii cristaline în stare solidăγ Metale precum fierul, aluminiul, cuprul, zincul, plumbul, nichelul, etc., care au o

importanţă foarte mare în industrie se numesc metale tehniceγ Aliajele se obţin prin topirea sau difuziunea metalelor εsau a metalelor şi a metaloizilor→

între ele şi prin sinterizareγ Acestea au anumite proprietăţi fizico-chimice superioare componentelor pure.

Utilizarea materialelor se face în funcţie de proprietăţile acestoraα care pot fi⁄ fiziceα

chimice, mecanice şi tehnologiceγ 1.2. PROPRIETĂŢILE MATERIALELOR

A. Proprietăţi fizice

a) Greutatea specifică; b) Dilataţia termică; c) Contracţia; d) Conductivitatea termică; e) Conductivitatea electrică; f) Capacitatea de iluminare; g) Magnetismul.

B. Proprietăţi chimice a) Rezistenţa la coroziune; b) Refractaritatea.

C. Proprietăţi mecanice

a) Rezistenţa la rupere; b) Elasticitatea; c) Plasticitatea; d) Tenacitatea; e) Fragilitatea; f) Duritatea; g) Fluajul; h) Rezilienţa;

i) Rezistenţa la uzură; j) Rezistenţa la oboseală;

k) Relaxarea; l) Ecruisarea.

D. Proprietăţi tehnologice a) Turnabilitatea; cuprinde 3 aspecte: fluiditatea, contracţiaα tendinţa de segregareγ

b) Capacitatea de prelucrare prin deformare plastică; vizează două aspecte⁄

maleabilitatea şi ductilitatea; c) Forjabilitatea; d) Sudabilitatea;

e) Prelucrabilitatea prin aşchiere; f) Călibilitateaγ

1.3. ÎNCERCĂRILE MATERIALELOR Pentru evidenţierea proprietăţilor materialelor folosite în industrie se fac încercăriα în

general, pe epruvete standardizate. A. Încercări mecanice

Prin încercările mecanice ale metalelor se înţeleg toate determinările privind

comportarea metalelor, în anumite condiţii de solicitare mecanicăγ Încercările mecanice sunt

clasificate după mai multe criteriiγ După felul caracteristicilor exprimate⁄ încercări de rezistenţă şi încercări tehnologiceγ După tipul solicitării⁄ încercări la tracţiuneα la compresiuneα la încovoiereα la răsucireα la

forfecare, la presiune de contact şi la solicitări compuseγ După modul de acţionare a forţei⁄ încercări statice (viteza de solicitare ≤θ≠ daNδmm

2s sau frecvenţa de solicitare ≤ ˚≠ cicluriδsecundă→ şi încercări dinamice εviteza de

solicitare > 10 daN/mm2s sau frecvenţa de solicitare > ˚≠ cicluriδsecγ→ După temperatura la care se execută încercarea⁄ încercări la temperatura mediului

ambiant, încercări la cald si încercări la receγ Temperatura normală de încercare este

293,15 K± ≥ Kγ Pentru încercările la caldα respectiv la receα temperatura limita va fi în

funcţie de natura metalului sau aliajului încercatγ 1. Încercarea statică la întindere a) Diagrama încercării la tracţiune Diagrama încercării la tracţiune dă variaţia F = fεΔl→, în care F � forţa de tracţiuneα Δl �

alungirea epruvetei; alura depinde de dimensiunea epruvetei astfel că se preferă obţinerea

curbei caracteristice convenţionale (ccc) σ = fεε→, în care - efort unitar, - lungire specifică.

2mm/daN

0AF

;

0L0LuL

F - forţa de tracţiune; A0 � secţiunea iniţială; L0 � ungimea iniţială dintre reperele trasate pe porţiunea calibrată a epruvetei; Lu � lungimea dintre aceleaşi repereα măsurată la aplicarea unei sarcini sau după rupereγ

b) Punctele şi zonele caracteristice de pe c.c.c. αfig. 1.3→ 1) (Rp)p = limita de proporţionalitate; OP � singura zonă rectilinie 0A/pFp , [daN/mm2] unde: Fp � forţa corespunzătoare punctului Pγ

p = 0,002 care corespunde unei deformaţii p = 0,002 %.

2) e = limită de elasticitate; e = 0,02 care corespunde unei deformaţii e = 0,02%. pt < e, descărcarea epruvetei se suprapune cu încărcarea; pt > e, descărcarea epruvetei se va face paralel cu OPα obţinându-se o deformare totală⁄

total = permanent + elastic

3) (Rc)c = limită de curgere εaparentă→

0A/cFcR , [daN/mm2].

CC' - palier de curgere (sinuos sau orizontal) � pt materiale tenace → modificările structurale

determină ecruisarea c = 0,2 = limită de curgere convenţionalăα

pentru materialele fragile 0,2 corespunde unei lungiri specifice permanente de 0,2%. 4) C'R = zonă de întărire εecruisareα

autoconsolidare). 5) pt Fmax (R) apare gâtuirea epruveteiγ Rezistenţa mecanică εRm, r):

0A/rFmR , [daN/mm2].

6) RR' = zonă de cedareγ c) Caracteristici mecanice (mărimi

caracteristice): 1. lungirea specifică alungirea la rupere

0L0LuL

r %1000L

0LuLnAn

, n=5; 10

2. gâtuirea specifică gâtuirea εstricţiunea→ la rupere

0AuA0A

r

%1000A

uA0AZ

A0 = πd0

2/4, A = πd2/4.

3. limita de curgere

0A/cFcR)c( , [daN/mm2]

4. limita de rupere 0A/rFmR)r( , [daN/mm2]

Observaţii: a) aspectul secţiunii de rupere; b) alungirea este însoţită de contracţia transversală

0d0dd

t

Deformaţia specifică transversală t este o parte din lungirea : t = - ν·,

Figura 1.3. Curba caracteristică

a unui oţel moale

K

1

2

[daN/mm2]

ε[%]

unde: ν � coeficientul lui Poisson. d) Legea lui Hooke la tracţiune Zona OP este caracterizată de ecuaţia⁄

E , E = modulul de elasticitate longitudinal (modulul lui Young) (E = tgα→; εEoţel = 2,1 106 daN/cm2). Oţelul durα oţelul aliat, Al, Cu, bronzul prezintă zona de proporţionalitate pe cγcγcγ

Betonul, fibrele textile, alama, fonta nu prezintă nici zonă de proporţionalitate şi nici palier de

curgere; betonul sau fonta prezintă o rezistenţă mult mai mare la compresiune decât la

tracţiune (betonul prezintă σr tracţiune = 0,1 σr compresiune , iar fonta σr tracţiune = 0,25 σr compresiune). 2. Încercarea la compresiune 3. Încercarea la încovoiere 4. Încercarea la forfecare 5. Încercarea la fluaj 6. Încercarea la flambaj 7. Încercarea de rezilienţă 8. Încercarea de rezistenţă la oboseală 9. Încercarea durităţii

Metoda Brinell Metoda Vickers Metoda Rockwell Metoda Shore Metoda Poldi

B. Încercări tehnologice Încercările tehnologice exprimă capacitatea de prelucrare a metaluluiα astfel că

rezultatele se exprimă de cele mai multe ori prin calificativeγ 1) încercarea de ambutisare a tablelor prin metoda Erichsen, în urma căreia se

determină indicele Erichsenα IE [mm]. 2) încercarea la îndoire alternantă a tablelor şi benzilor de oţelα în urma căreia se

determină nrγ maxim de îndoiri la care poate fi supus materialul în timpul prelucrăriiγ 3) încercarea la refulare, pescifică materialelor ce urmează a fi prelucrate prin forjareγ 4) încercarea la îndoireα care se aplică numai materialelor tenaceγ C. Încercări fizice Se pot realiza: a) fără distrugerea probei εdefectoscopie→ - raze Rőentgen εX→ - raze γ - cu pulberi magnetice - cu ultrasunete b) cu distrugerea probei (studiul metalografic).

D. Încercări chimice

Se determină⁄ a) elementele de aliere, adăugate intenţionat b) elementele însoţitoareα rezultate în urma elaborării εSα Oα Hα Nα P→γ

2. STRUCTURA ŞI PROPRIETĂŢILE METALELOR

2.1. LEGĂTURI INTERATOMICE Între atomi se evidenţiază⁄ - forţe de legătură puternice εprimare→⁄

- legătura ionică εdure, fragile şi au conductibilitate electrică redusă) - covalentă εdureα Ttop înalteα fragileα conductibilitate electrică nulă ε izolatoare⁄

ceramice, polimeri)) - metalică εreţea cristalină compactăα plasticitateα conductibilitatea termică şi

electricăα luciu metalic, emisie termoelectricăα opacitateα reflexieα→ - forţe slabe εsecundare→⁄ de tip Van der Waalsγ

2.2. SISTEME CRISTALINE Şir reticular Plan cristalografic (reticular) Reţea cristalină Celula elementară Mărimile caracteristice ale celulei elementare:

Figura 2.2. Şir reticular

a

Figura 2.3. Plan reticular

a

b

Figura 2.4. Reţeaua cristalină

Figura 2.5. Celula elementară

- lungimile laturilor a, b, c (parametrii reţeleiα constantele sau perioadele reţelei→ - mărimile unghiurilor , , Sisteme cristaline În funcţie de valorile celor ≈ parametri se deosebesc ● sisteme cristaline şi θ≥ tipuri de

reţele cristaline εreţele Bravais→γ 1. Sistemul cubic În sistγ CVC cristalizează Vα Crα Fe, Nb, Mo, Ta, W, care au rezistenţă mecanică

ridicatăα plasticitate moderatăγ În sistγ CFC cristalizează Alα Cuα Niα Agα Irα Ptα Auα Pbα Fe, care au ductilitate şi

maleabilitate ridicatăγ 2. Sistemul tetragonal

3. Sistemul ortorombic (rombic) 4. Sistemul trigonal 5. Sistemul hexagonal În sistγ H cristalizează Beα Mgα Cdα Tiα Zrα care au - plasticitate scăzută 6. Sistemul monoclinic

7. Sistemul triclinic

2.2.2. Alotropia metalelor - Alotropie (polimorfism) ; - forme alotropice: , , şγaγ; - transformare alotropică εpolimorfică→⁄ permite realizarea tratamentelor termiceγ

Alotropia fierului

Transformarea Li → S = cristalizarea primară a fierului

(1538C) Transformările în stare solidă = cristalizarea

secundarăα cuprinde⁄ - transformări de ordinul I = transformările

alotropice ale fierului: (A4) 1394C: Fe δ → Fe (A3) 912 C: Fe → Fe

- transformări de ordinul II = transformarea

magnetică εεA2) 770C = pct. Curie) Aci ≠ Ari → există histerezis termic. Fe (C.F.C.) permite o solubilitate mai mare a

C, comparativ cu Fe (C.V.C.), fapt care stă la baza

tratamentelor termice.

Figura 2.12. Curba de răcireγ

Punctele critice ale fierului

2.3. IMPERFECŢIUNI ÎN CRISTALE Orice abatere de la aranjarea regulată a atomilor în reţeaua cristalină se numeşte

imperfecţiune εdefect→ cristalinăγ 2.3.1. Clasificarea imperfecţiunilor reticulare

A. Defecte punctiforme

simple

punctiforme

complexe

vacanţe

atomi interstiţiali

atomi de substituţie

Schottky

Frenkel

limite dintre grăunţi de suprafaţă

sublimite de grăunţi

liniare marginală elicoidală

defecte de volum microscopice

macroscopice

Defecte reticulare

a) b) c)

d1) d2) Figura 2.13. Defecte punctiforme

B. Defecte liniare (dislocaţii→ 1. Dislocaţia marginală (Taylor) (fig. 2.14)

2. Dislocaţia elicoidală (Bürgers→ În generalα dislocaţiile sunt mixte formând reţele de dislocaţii. Ele iau naştere în timpul proceselor de solidificare şi PDPRγ C. Defecte de suprafaţă 1. Sublimite de grăunţi (fig. 2.18)

Fig.2.16. Dislocaţie

elicoidală εde tip Bürgers→

Fig.2.15. Circuitul Bürgers

Figura 2.14. Cristal cu reţea cubică care

conţine o dislocaţie marginală

Figura 2.18. Structura în mozaic a cristalelor

θ

2. Limitele dintre grăunţi (fig. 2.19)

D. Defecte de volum Ele includ: fisurile şi microfisurileα porozităţile şi microporozităţileα retasurile şi

microretasurile, incluziunile străine metalice sau nemetaliceγ Defectele de volum trebuie reduse la minim, deoarece determină scăderea tuturor

proprietăţilor mecanice ale materialelor metaliceγ

Figura 2.19. Reprezentarea schematică a limitelor dintre grăunţi

3. DEFORMAREA PLASTICĂ ŞI RECRISTALIZAREA

3.1. Deformări elastice. Deformări plastice Deformări elastice; E � ct de material

Deformări plastice; D - modulul de plasticitate este o mărime variabilă în timpul

deformării 3.2. Deformarea plastică a monocristalelor Deformarea plastică a monocristalelor se poate

produce fie prin translaţie εalunecareα clivaj→α fie prin

maclare. a) Deformarea plastică prin alunecare (clivaj)

- linii de alunecare = linii Lüders - benzi de alunecare - plane de alunecare - direcţii de alunecare b) Deformaţia plastică prin maclare

3.3. Deformarea plastică a agregatelor policristaline

Figura 3.1. Schema deformării

plastice prin alunecare a monocristalului

F1 F1

Linii de alunecare

F2

c

F2

Plane de alunecare

p

Monocristal

a

b

45°

a) b) Figura 3.2. Reţeaua cristalină la

deformarea prin alunecare a) înainte de deformare;

b) după deformare

a) b) Figura 3.3. Deformarea plastică prin

maclare: a) înainte de deformare; b) după deformare

F

F

Zona maclata

Figura 3.4. Deformarea plastică a

agregatului policristalin: a) înainte

de deformare; b) după deformare

a b

La creşterea gradului de deformare Gd se alungesc grăunţiiα astfel că structura capătă

un aspect de fibraj la rece. La creşterea şi mai accentuată a gradului de deformare Gd, dispar contururile dintre

grăunţiα iau naştere goluriα iar unii grăunţi capătă o anumită orientareα astfel că se obţine o

textură a metalului (laminare, trefilare). Se observă că la creşterea Gd → ↑ duritateaα rezistenţa, ↓alungirea → se instalează

starea de ecruisare.

3.4. Recristalizarea Ecruisarea presupune existenţa tensiunilor interne în structurăα aspect care

echivalează cu o stare de neeechilibruγ Aceasta poate fi îndepărtată prin aplicarea unei

recoaceri de recristalizare. Temperatura de recristalizare reprezintă⁄

Trecr = 0,4 · Ttop, unde Ttop = temperatura de topire a metalului.

a) b) Figura 3.5. Secţiuni prin agregate

policristaline: a) grăunţi neorientaţi;

b) grăunţi orientaţi

[daN/mm²]Rm Restaurare

A [%]

Recristalizare Recristalizare colectiva

Temp [º C]T0 Trecr. Tlim.

a b c d estare initiala transformari structurale in timpul incalzirii

Rm

A

Figura 3.6. Modificarea proprietăţilor şi a structurii

în timpul încălzirii materialelor metalice ecruisate

Un semifabricat căruia i s-a aplicat o recoacere de recristalizare, poate fi din nou deformat plastic la rece până la o nouă ecruisareα după care urmează un nou tratament

termic de recristalizare şγaγmγdγ

4. STRUCTURA ŞI PROPRIETĂŢILE

ALIAJELOR FIER-CARBON

4.1. CONSIDERAŢII GENERALE - Componentele aliajului - sistem: - omogen - eterogen - fază⁄ soluţie solidăα metal purα compus intermetalic - constituent structural (metalografic): soluţie solidăα amestecul mecanicα compus

intermetalic Metalul pur se caracterizează prin⁄

- conductibilitate electrică şi termică ridicatăα plasticitate mare - duritate, limita de curgere şi rezistenţa la rupereα scăzute - cristalizează la temperatură constγ Soluţia solidă - Poate fi: sss, ssi

Compusul intermetalic se caracterizează prin⁄ - între atomii metalului de bază şi atomii elementelor de aliere se stabilesc legături

chimice; - reţeaua sa cristalină este diferită de cea a componenţilor - prezintă duritate ridicatăα în cosecinţă o rezistenţă mare la uzurăα fragilitate mare şi o

Ttopire ridicatăγ Amestecul mecanic poate fi:

- eutectic - eutectoid.

Fe formează⁄ - sss cu metalele - ssi cu unele nemetale (C, H, N, B).

Ferita (F, α→ - este soluţia solidă interstiţială a C cu Fe (se mai numeşte ss α→α având reţea CVCγ - dizolvă ≠α≠≠≈≤C la ↑≠

0C şi ≠α≠↑θŢ≤C la ●↑●0C

- este un constituent moale şi plastic

Atom de substituţie Fig. 4.1. Soluţie

solidă de substituţie

Atom interstiţial Fig. 4.2. Soluţie

solidă interstiţială

- are punctul Curie la A2 = 7700C Austenita (A, )

- este soluţia solidă interstiţială a C cu Fe (se mai numeşte ss ), având reţea CFC - dizolvă ≠α●●≤C la ●↑●

0C şi ↑αθθ≤C la θθ≥Ţ°C - în cazul oţelurilor aliate apare la tempγ mediului ambiant - constituent plastic, favorabil prelucrărilor prin deformare plastică la cald a oţelurilor - are greutatea specifică mare - este paramagnetică

4.2. Forme de separare ale carbonului în aliajele Fe-C

C se poate separa sub două forme⁄ - legat sub formă de cementită εcarbură de fier→α care corespunde echilibrului

metastabil; - liber sub formă de grafitα corespunzător echilibrului stabilγ

Cementita: - conţine de ≈α≈●≤ C - Ttop = 12270C - este dură εHB700�Ţ≠≠daNδcm

2) şi fragilă - are punctul Curie A0 = 2300C - nu este un produs stabil, astfel că în anumite condiţii de temperatură se descompune

în atomi de Fe şi carbon liber εgrafit→⁄ Fe3C 3Fe+C(grafit)

Carbonul liber sub formă de grafit⁄ - se întâlneşte numai în structura fontelor cenuşiiγ - Ttop < 4.200oC) - este refractar - este moale şi are rezistenţă scăzutăγ 4.3. DIAGRAMA DE ECHILIBRU METASTABIL ŞI STABIL

Sistemul Fe3C corespunde unei răciri cu o viteză mai mareα când în lichid se găsesc în

cantităţi ceva mai mari de elemente carburigene εMnα Crα Vα Mo etc→ şi C se află în cantităţi

mai reduse, separarea făcându-se sub formă de εFe3C). Sistemul Fe-grafit corespunde unei răciri cu o viteză mai micăα când în lichid sunt

prezente în cantităţi mai mari elemente grafitizante εSiα Niα Al etc→ şi C se află în cantităţi mai

mari, separarea făcându-se sub formă de grafit.

Li+

0,170,09

N

1350

A[°C]

1495

H

%C0,53

Li+

BLi

J

Figura 4.2. Colţul din stânga

sus al diagramei Fe-Fe3C

4.3.1. Semnificaţia liniilor din diagramă

Perlita reprezintă un amestec mecanic eutectoidα este dură şi plasticăγ Ledeburita reprezintă un amestec mecanic eutecticα este foarte dură şi fragilăα în

general inutilizabile în construcţia de maşiniγ Ledeburita este feromagnetică deoarece conţine

perlită feromagneticăγ

γ α (0,0218%C)+Fe3C (6,67%C)

727° C 0,77% C

Li γ (2,11%C)+Fe3C (6,67%C)

1148° C 4,3% C

738°C

727°C

1148°C

1154°C

S

S'

G912

E

E'

C

C'

F

F'D

1227°C

D'(5,56%C)

[%] C

1538

1495

1394

J BA

N

H

KK'

O

0,006

0,0218

A+

Li+

Li

Li+Gf I

Li+Fe3C I

A+Fe3C I

(A+Gf I)

A+Fe3C II

(A+Gf II)

Pe+Fe3C II+Led.tr.

(F+Gf)Led.tr.+Fe3C IPe+Fe3C II

Per

lita

Led.

tr.

Lede

burit

a

+Fe3CIII+Pe

F

F+Fe3C III

0,68

0,77

2,08

2,11

4,26

4,3

F+A

P'

P

Li + A

A ()

Q600

t [°C]

6,67

4.3.2. Diagrama de constituenţi a sistemului Fe-Fe3C

4.3.3. Punctele critice din sistemul Fe-Fe3C Punctele critice la încălzire se notează

- Ac (din lb. francezăα Arrêt chauffage - oprire la încălzire→ - Ar (Arrêt refroidissement - oprire la răcire→γ

Există şase puncte critice care sunt prezentate în figura ≥γ≥ şi tabelul ≥γθγ

t [°C]

6,67

727°C

1148°C

S

G912

E C

F

D

[%] C

1538 A

K

O

0,006

0,0218

Li

Li+Ce I

Led + Ce IA+Ce II + Led

Pe+Ce II+Led.tr. Led.tr.+Ce IPe + Ce II

Per

lita

Led.

tr.

Lede

burit

a

+ Ce III+ Pe

F()

+Ce III

0,77 2,11 4,3

A+F

P

Li+A

A ()

Q

A+Ce II

6,67[%] C0,0218

FeritaCementita

Perlita

FeritaLedeburita

5 [%] C

Ce Ig

Ce IIbf h

Con

stitu

ient

i st

ruct

ural

i [%

]

100

a c

d

Faz

e

100[%]

e

Figura 4.3. Diagrama Fe-Fe3C

Tabelul 4.1 Punctele critice ale sistemului Fe-Fe3C

Pct. critic

Temp. punctului [0C]

Linia ce marchează punctul

Caracterul transformării

Ao 210 - Transformarea magnetică cementitei⁄ la

încălzireα din feromagneticăα cementita devine

paramagneticăγ

A1 727 PSK Transformarea eutectoidă εperlitică→γ La răcire

austenita se transformă în perlităγ

A2 770 MOSK

Transformarea magnetică a soluţiei solide . La încălzire sγsγ feromagnetică trece în sγsγ paramagneticăα sγsγ (după linia MO→ sau în

s.s., care este întotdeauna paramagnetică

(după linia OSK→

A3 912 ÷ ●↑● GOSK Transformarea s.s. în sγsγ la încălzire

(sfârşitul transformării→

NJ Transformarea s.s. în sγsγ la încălzire

(începutul transformării→ A4

1496 ÷

1394 NH Transformarea s.s. în sγsγ la încălzire εsfârşitul

transformării→

Acem 1148 ÷

727 ES

Separarea (precipitarea) cementitei secundare în austenităα la răcireγ

t [°C]

6,67

727°CS

G 912

E CF

D1227°C

Fe3C

1538 1495

1394

JB

A

N

H

K

0,006 0,0218

0,77 2,11 4,3

PA 2

MO

A 1A 1, A 2, A 3

A 0 (210°→

A cem

1148°C

A 4

A 2, A 3

[%] C

A 3

°C

Fe3C II

Q

4.3.4. Domeniul oţelurilor carbon şi al fontelor în diagrama Fe-C (fig. 4.10) După ≤C, aliajele se împart în două categorii⁄

- oţeluri, care conţin până la ↑αθθ≤C; - fonte albe (aspect argintiu al rupturii datorat Fe3C), cu un %C de la 2,11 până la

6,67%C. În raport cu punctul eutectoid Sα oţelurile se subîmpart în⁄

- oţeluri hipoeutectoide, care conţin până la ≠α●●≤C - oţeluri eutectoide, care conţin ≠α●●≤C - oţeluri hipereutectoide, care conţin între ≠α●● şi ↑αθθ≤Cγ

În raport cu punctul eutectic Cα fontele se clasifică în⁄ - fonte hipoeutectice care conţin între ↑αθθ şi ≥α↓≤C; - fonte eutectice, care conţin ≥α↓≤C; - fonte hipereutectice, care conţin între ≥α↓ şi ≈α≈●≤Cγ

4.3.5. Mecanismul formării structurilor în diagrama Fe-Fe3C A: Oţeluri 1. C → ≠α≠≠≈ ≤ 2. C: (0,006 � 0,0218) %

3. C: 0,2%

Ferita

Fe3C III

Ferita

Pe

α

4. C: 0,4% 5. C: 0,6%

6. C: 0,77% (ol. ed.)

7. C: 1,2% (ol. Hed.)

Pe

α εlipsa limitelor dintre grăunţi→

Pe

α εreţea cu margini

neregulate)

Perlită

Pe

Fe3C (sub formă de reţea→

B. Fonte albe 8. C: 3% (Fa hec.)

t [°C]

6,67

S

G912

E C

F

D

[%] C

1538 A

K

0,0218

Li

Li+Ce I

Led + Ce IA+Ce II + Led

Pe+Ce II+Led

Led + Ce I

Pe + Ce II

Per

lita

Lede

burit

a

F+Pe

0,77 2,11 4,3

P

Li+A

A ()

A+Ce II

0,5 1,2 3,0 5,0

M

Oteluri hipoeu-tectoide

Oteluri hipereutectoide Fonte hipoeutectice Fonte hipereutectice

Ferita

Ce I

Led

Led

Ce II

Pe

Pe

Ce II

Led

Pe

Pe F

Q

O

1148

727

Figura 4.10. Oţelurile carbon şi al fontele albe în diagrama Fe-Ce

Pe

Ce II

Led

9. C: 4,3% (Fa ec.) 10. C: 5% (Fa Hec.)

4.3.6. Clasificarea şi simbolizarea oţelurilor carbon

a) după ≤ C⁄ b) după agregatul de elaborare⁄ c) după gradul de dezoxidare d) după tratamentul termic e) după modul de prelucrare

1. oţeluri deformabile - cu destinaţie generală

oţeluri de uz general⁄ OL↓↑γ↑ εO - oţel; L - laminat; σr = 32daN/mm2; 2 - clasă de

calitate) oţeluri de calitate⁄ OLCθ≠α OLCθ˚α OLC↑≠α�α OLC≈≠ εOLC θ≠⁄ O - oţelα L -

laminat, C - de calitate, 10 → ≠αθ≤C→ oţeluri de calitate superioară⁄ OLC ≥˚X εO - oţelα L - laminat, C - de calitate, 45 → ≠α≥˚≤Cα X � superior)

- cu destinaţie precisă oţeluri pt prelucrare pe maşini automate⁄ AUT ↑≠L εAUT � pt. prel. pe MA, 20→

0,2%C, L � laminat la cald); AUT 22T (AUT � pt. prel. pe MA, 22→ ≠α↑↑≤Cα T � tras la rece)

oţeluri de scule⁄ OSC●α OSCŢα OSCŢMα OSCθ≠α OSCθθα OSC13; (OSC 8M: O - oţel; SC � scule; 8 - → ≠αŢ≤C; M � un conţinut ridicat de mangan→

2. oţeluri turnate⁄ OT ≥≠γθ εO - oţel; T - turnat; σr = 40daN/mm2; 1 - clasă de

calitate) f) după duritate

Fontele albe Se utilizeză Fa hecα dură şi fragilă → se toarnă piese care sunt supuse ulterior

operaţiilor de recoacere de maleabilizareγ

Fonte cu crustă dură - au o utilizare ceva mai largă decât fontele albe - în miez este structură de fontă cenuşie şi la suprafaţăα structură de fontă albă - grosimea crustei dure este de 12-30mm şi se obţine în general prin turnarea fontei

respective în forme metalice εcochilie→ - din fonta cu crustă dură se toarnă piese care lucrează în condiţii de uzură foarte

intensă cum sunt⁄ cilindrii de laminor pentru siderurgieα calandrii pentru industria chimică şi a hârtieiα axele cu came pentru motoarele cu ardere internăα roţile pentru

vagoane, etc. 4.3.8. Sistemul Fe-Gf (grafit)

Caracteristici: - carbonul se prezintă sub formă de grafit

Led

Ce I

Led

- în locul cementitei va apare grafitul - în locul eutecticului cu cementită εledeburită→ apare eutecticul cu grafit εformat din soluţia

solidă şi grafit→ - în locul eutectoidului cu cementită εperlită→ apare eutectoidul cu grafit εformat din ferită şi

grafit). A. Fontele cenuşii αFc→

Clasificare Masa metalică de bază poate fi⁄

- feriticăα fonta numindu-se fontă cenuşie feritică; - ferito-perliticăα fonta numindu-se fonta cenuşie ferito-perlitică; - perliticăα fonta numindu-se fontă cenuşie perlitică; - perlito-cementiticăα fonta numindu-se fontă cenuşie perlito-cementiticăγ

Simbolizare Fc 100: F � fontăα c � cenuşieα σr = 100 N/mm2 B. Fontele maleabile Se obţin din Fa hec ε~↓α↑≤C→ supuse recoacerii de maleabilizareα când⁄

Fe3C → ↓FeνC εGf→ C sub formă de grafit în cuiburi εgrafit de recoacere→γ Fontele maleabile pot fi: a) cu inimă albă εPe lamelară→⁄ Fma ↓˚ α Fma ≥≠ b) cu inimă neagră εferitică→⁄ Fmn ↓≠α Fmn ↓↑α Fmn ↓˚α Fmn ↓● c) perlitice (Pe sorbitică→⁄ Fmp ≥˚α Fmp ˚≠α�α Fmp ●≠ Simbolizare F-fontăα m-maleabilă; a-albă; n-neagră sau p-perliticăα iar cifrele reprezintă σr

[daN/mm2]. Fm rezistă la solicitări staticeα dinamiceα vibraţii → punţi spate pentru autovehiculeα

cârligeα coliereα bucşeα etcγ

Fc feritică

F

Gf

Pe

G

Fc perlitică

F

Pe

G

Fc ferito-perlitică

C. Fonte modificate cu grafit lamelar - prezintă în general⁄ Rm = 30-40daN/mm2, A = 0,8-1% - Fgl 30-0.8: fontă cu Gf lamelar cu Rm = 30 daN/mm2 şi A = ≠αŢ≤γ

D. Fontele modificate cu grafit nodular

- Gf are formă sferică εde noduli→ → este eliminată sursa concentrare a tensiunilorα de

amorsare a fisurilor → caractγ mecγ se apropie de a oţelurilor slabeα se TT asemănător

oţelurilorγ - Fgn 40-12: fontă cu grafit nodular cu Rm = ≥≠daNδmm

2 şi A = θ↑≤ - După masa metalică de bazăα fontele cu grafit nodular se împart în⁄

- fonte cu grafit nodular perlitice; - fonte cu grafit nodular ferito-perlitice; - fonte cu grafit nodular feritice.

E. Fontele aliate Fontele albe se aliază cu⁄

Fgn feritică

Gf

F Pe

Gf

Fgn perlitică

F

Pe

Gf

Fgn ferito-perlitică

Figura 4.13. Microstructura fontelor maleabile: a) albe, b) negre, c) perlitice; sc. 200:1

Grafit în Grafit în

cuiburi

Perlită Ferită

Grafit în

cuiburi

a) b)

Sorbită

Grafit în

cuiburi

c)

- elementele carburigene (Mn, Cr, V şi Mo→α care formează carburi şi favorizează

separarea carbonului sub formă de cementită; - elemente grafitizante (Si, Al, Cu şi Ni→α care favorizează separarea carbonului sub

formă de grafitγ Pentru alierea fontelor se folosesc cel mai des Cr, Mo, Si, Ni şi Cuγ a) Cromul formează carburi → ↑ duritateaα σr, σuzură. Ft speciale bogat aliate cu Cr (1,8%C+15-30%Cr) sunt refractare, Cr opunându-se

tendinţei de creştere a fontei la încălzireγ b) Molibdenul ridică rezistenţa la şoc a fontei cenuşii c) Fontele speciale bogat aliate cu Si (14%Si+0,4-1%C+ 0,3-0,5%Mn) au proprietăţi

antiacide, rezistând la coroziunea acidului sulfuric şi acidului azoticγ Aceste fonte sunt

cunoscute si sub denumirea de duriron. F. Fontele antifricţiune Proprietăţile antifricţiune ale fontelor cenuşii depind de⁄ a) cantitatea de Gf, care absorbe lubrifiantul şi-l menţine pe suprafeţele de frecare; b) cantitatea de Pe în masa metalica de bazăγ

5. TRATAMENTE TERMICE (TT)

5.1. INTRODUCERE TT = procesul tehnologic aplicat semifabricatelor sau pieselor finite, care constă în

încălzireaα menţinerea şi răcirea cu diferite vitezeα cu scopul îmbunătăţirii proprietăţilorγ TT pp. modificarea sau nu a structurii şi nemodificarea dimensiunilor şi ale formeiγ

Un TT simplu (ciclu elementar) se reprezintă în

coordonate temperatură � timp (fig. 5.1) şi se

caracterizează prin⁄ a) perioada de încălzire t1, caracterizată de temperatura

de încălzire εTinc) şi viteza de încălzire εVinc), obţinute

într-un mediu de încălzire; b) durata de menţinereα t2; c) perioada de răcire t3, caracterizată de temperatura de

răcire εTrăc) şi viteza de răcire εVrăc), obţinute într-un mediu de răcireγ

Clasificarea TT: a) gr. I: recoaceri fără transformare de fază în stare solidă⁄

- recoacere de detensionare (înlăturarea tensiunilor interne→ - recoacere de recristalizare (înlăturarea ecruisării→ - recoacere de omogenizare (omogenizarea compoziţiei→

b) gr. II: recoaceri fără transformare de fază în stare solidă⁄ - recoacerea obişnuită εpt aducerea structurii cât mai aproape de una de echilibru→ - recoacerea de normalizare (pt obţinerea unui grăunte fin şi omogen→ - recoacerea de globulizare (pt obţinerea unei Pe εCe→ globulare

c) gr. III: căliriα pt obţinerea unor structuri în afara echilibruluiα caracterizate de ↑ durităţiiα

↑ σuzură d) gr. IV: reveniri, aplicate după căliriα pt aducerea structuriloi mai aproape de echilibruα ↓

tensiunilor interne e) tratamente termochimice, pt ↑ durităţiiα ↑ σuzură a straturilor superficiale cu păstrarea

plasticităţii miezuluiγ

Figura 5.1. Reprezentarea grafică

a unui tratament termic simplu

5.2. PUNCTELE CRITICE ALE OŢELURILOR A1 = punctul critic inferior al oţelurilor Ac1 = grad de supraîncălzire cu care se produce transformarea la încălzire; Ar1 = grad de subrăcire cu care se produce

transformarea la răcire; Ac1 corespunde Pe → A εγ→ Ar1 corespunde A (γ→ → Pe A3 = punctul critic superior al oţelurilor hed Ac3 corespunde F(α) → A εγ) Ar3 corespunde A (γ) → Fεα) Acem = punctul critic superior al oţelurilor Hed

Ac cem corespunde dizolvării Fe3C în A εγ) Ar cem corespunde separării Fe3C din A (γ) 5.3. TTRANSFORMĂRI DE BAZĂ ÎN OŢELURI

1. Pe → A 2. A → Pe 3. A → Ms 4. Ms → Pe

1. Pe → A: la încălzirea peste Ac1 2. A → Pe: la răcirea izotermă sau continuă sub Ar1, rezultă structuri diferiteα cărora le

corespund proprietăţi fizico-mecanice şi tehnologice specificeγ Corespunzător transformării izoterme a A s-a trasat diagrama TTT pt un oţel

eutectoid (fig. 5.6).

Corespunzător răcirii continue a A se suprapun peste diagrama TTT curbele de răcire

continuă a A cu diferite viteze (fig. 5.7)

Figura 5.2. Domeniul oţelurilor

în diagrama Fe-Ce

Figura 5.6. Diagrama TTT a unui oţel eutectoid

IV

Pe

Bs

log τ [s] Mf

Ms

T

Bi

S

A1 T [°C]

550

230

- 100

M+Arez

I

II III

V

1 2

M

v5 = viteza critică de călireα tg la cotul perliticα pt care în structură rezultă numai

martensită.

3. A → Ms Martensita de călire este o ss de Feα suprasaturată în C cu reţea tetragonală εcδa > θ→

cu volum centrat (fig. 5.8). M de călire = M albăγ 4. Ms → Pe După diferite stadii de încălzire ale Mα aceasta se transformă în⁄

- Ms de revenire = M neagră - Troostită de revenire εcea mai bun elasticitate→ - Sorbită de revenire εcea mai bună rezilienţă→ - Pe globulară εcea mai bună plasticitate→

5.4. TRATAMENTE TERMICE APLICATE OŢELURILOR 5.4.1. Tratamente de recoacere 1. Recoacerea pentru detensionare (fig. 5.9)

Scop: înlăturarea tensiunilor interne rămase în urma prelucrărilor prin deformare

plastică la rece sau la caldγ

Figura 5.7. Suprapunerea diferitelor viteze de răcire peste diagrama TTT

Pe S T T+M

Mf

Ms

V1

2. Recoacerea de recristalizare (fig. 5.10)

Scop: înlăturarea ecruisării 3. Recoacerea pentru omogenizare (fig. 5.11)

Scopuri: - înlăturarea microsegregaţiilor din produsele turnate εpiese şi lingouri→α deformate

plastic la cald (matriţateα forjate→α sudate → creşterea grăuntelui austenitic → structură

grosolană cu proprietăţi mecanice inferioare → recoacere de normalizare pt finisarea structurii (îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice→γ

4. Recoacerea obişnuită αrecoacerea completă→ (fig. 5.12)

Scopuri: - reducerea durităţii semifabricatelor turnate sau forjate pt a fi ulterior prelucrate uşor prin

aşchiereα diminuarea tensiunilor interne şi finisarea granulaţieiγ

+Pe

0,0218 0,77

%C

2,11

T [°C]

+CeII

Pe+CeII

P S

K

E

Figura 5.9. Recoacerea de detensionare

Figura 5.10. Recoacerea de recristalizare

+Pe

0,0218 0,77

%C

2,11

T [°C]

+CeII

Pe+CeIIP S

K

E

+Pe

0,0218 0,77

%C

2,11

T [°C]

+CeII

Pe+CeII

P S

K

E

Figura 5.11. Recoacerea de omogenizare

P

°CE

+CeII

Tem

pera

tura

Pe+CeII

SK

2,110,770,0218

%C

+Pe

Figura 5.12. Recoacerea obişnuită � banda

temperaturilor de încălzire

5. Recoacerea de normalizare (Normalizarea) (fig. 5.13) Scop:

- se aplică ol C sau slab aliate pt obţinerea structurii sorbitice având o granulaţie

fină şi omogenăα caracterizate printr-o duritate, rezistenţă la rupere şi la şoc mariγ 6. Recoacerea de înmuiere αde globulizare→ (fig. 5.14)

Scop: - transformarea Ce lamelare în Ce globulară → ↓durităţiiα ↑plasticităţiiα

îmbunătăţirea prelucrabilităţii prin aşchiereγ 5.4.2. Tratamente de călire

În structura oţelurilor călite se regăseşte în general Mα T sau Bγ Acestea rezultă în

urma răcirilor rapideα sunt structuri în afara echilibruluiα caracterizate printr-o duritate, rezistenţă la uzare şi fragilitateα ridicateγ 5.4.2.1. Călirea obişnuită Călirea obişnuită εcea mai utilizată→ se aplică oţelurilor cu peste ≠α↑˚≤ C εfigγ ˚γθ≈→γ În timpul călirii apar tensiuni structurale datorate transformării A în Mα ce se produce

cu creştere de volumγ Pentru reducerea acestor tensiuni interne, deci pentru diminuarea pericolului de fisurare a pieselor, se practică călirea în două medii sau călirea în trepteα în locul călirii

obişnuiteγ

E

2,11

P

Tem

pera

tura S

Pe+CeII

0,770,0218

°C

K

%C

+CeII

Pe

Figura 5.13. Recoacerea de normalizare � banda

temperaturilor de încălzire

Figura 5.14. Recoaceri de globulizare: a � recoacere subcritică; b � recoacere incompletă; c � recoacere pendulară

Figura 5.17. Călirea în două medii

Figura 5.16. Călirea obişnuită -banda temperaturilor de încălzire

N

P

E

2,11

Tem

pera

tura

Pe+CeII

0,770,0218

°C

S

%C

K

+CeII

Pe

5.4.2.2. Călirea în două medii (fig. 5.17) (apă ν ulei→

5.4.2.7. Călirea superficială

5.4.2.7.1. Călirea superficială a

pieselor încălzite în băi de săruri sau

metale topite Poate fi aplicată doar pieselor cu geometrie

simplă deoarece la piese mai complexe apare

pericolul fisurări în timpul răciriiα iar grosimea

stratului martensitic nu este uniformăγ

5.4.2.7.2. Călirea superficială a pieselor

încălzite cu flacără Acest procedeu se aplică de obicei la diverse

lucrări de reparaţiiα la călirea unor piese de

dimensiuni foarte mari (roţi dinţateα ghidaje→ şi în producţia de unicate.

5.4.2.7.4. Călirea superficială prin curenţi de inducţie

Prin acest procedeu se pot căli⁄ axeα ineleα bolţuriα

roţi dinţateα plăciα ghidajeα sculeα etcγ Marele avantaj al

procedeului, constă în faptul că instalaţiile de călire

având un gabarit relativ mic, pot fi amplasate pe fluxurile tehnologice de prelucrare prin aşchiereα fiind

eliminată astfel necesitatea transportului pieselor până

la secţiile de tratament termicγ

5.4.3. Revenirea Revenirea este un tratament termic ce se aplică

obligatoriu pieselor călite cu scopul reducerii parţiale a

stării de maxim neechilibru şi implicit scade duritatea şi

se îmbunătăţeşte plasticitateaγ Tratamentul constă în

încălzirea oţelului călit până la o temperatură sub Ac1, menţinerea la temperatură pentru transformarea M,

după care urmează răcirea în aer liberγ Se deosebesc trei tipuri de reveniri: revenire joasăα revenire medie şi revenire înaltăγ

6. OŢELURI ALIATE 6.1. GENERALITĂŢI. CLASIFICARE Oţelurile aliate sunt aliaje ale fierului cu carbonulα care pe lângă elementele însoţitoare

aflate în cantităţi relativ reduseα conţin unul sau mai multe elemente de aliere εEA→γ După comportarea EA faţă de atomii de C din oţeluriα acestea se împart în⁄ - elemente grafitizante (Ni, Si, Cu, Al), care favorizează descompunerea Ce cu formarea de Gf; - elemente neutre (Co) care nu favorizează nici grafitizarea şi nici formarea carburilor;

strat calit

strat incalzit

deplasarile piesei

piesa

inductor

jet de apa rece

Figura 5.24. Schema procedeului de călire prin curenţi de inducţie

Figura 5.21. Călirea superficială

simultană a unei piese plane

- elemente carburigene (Cr, Mn, Mo, W, V, Ti, Nb, Zr), care au o afinitate ridicată

pentru atomii de C, formând carburi εîn oţelurile aliate, numai elementele sistemul periodic aflate înaintea Fe formează carburi→γ 6.2. SIMBOLIZAREA OŢELURILOR ALIATE

a) Oţelurile aliate de construcţie Clasificare 1. după TT⁄

- oţeluri aliate de cementare εC<↑≤→ - oţeluri aliate de îmbunătăţire εC≥↑≤→

2. după modul de prelucrare - turnate în piese; T↓≈MoCrNiθ≥ - deformabile

a) cu destinaţie generală obişnuite; ↓≠MoCrNi↑≠ superioare; 40Cr10X

b) cu destinţie precizată pt rulmenţi; RUL θ şi RUL ↑ pt rulmenţi ce lucrează în condiţii grele; RUL θVα RUL ↑V pt arcuri; 51 VCr 11 A pt cazane şi recipienţi; OLKθαγγγα OLK˚; pt ţevi; OLT ˚˚⁄ pt construcţii sudate; OCS ≥≈≠

b) oţeluri pt scule aşchietoare slab aliate; - pt freze, filiere, burghie, tarozi avânt temperatura muchiei aşchietoare de ↑≠≠-300°C; înalt aliate; Rpθα Rp↑α�α Rp10 plăcuţe din carburi metalice εtemperatura muchiei aşchietoare de Ţ≠≠-1000°C→γ

c) oţeluri cu proprietăţi speciale 1. oţeluri inoxidabile⁄ - cu Cr; 12 Cr 120 - cu Cr şi Ni; θθ Ni Cr θ≈≠ 2. oţeluri refractare - pt O.M. ce lucrează la max ˚≠≠°C εturbineα cazane→

- pt O.M. ce lucrează la max ≈˚≠°C εmotoare cu reacţieα rachete→ d) materiale cu proprietăţi termice speciale a) invar: nu se dilată până la θ≠≠°C; utilizat la fabricarea etaloanelor de lungimeα

cronometrelor, aparatelor de măsură b) platinit: are coeficientul de dilatare termică egal cu al sticlei şi al platineiα aγ cγ este

folosit ca înlocuitor al Pt la piesele ce se îmbină cu sticla din componenţa aparaturii utilizată

mai ales în domeniul fiziciiγ c) elinvar: nu-şi modifică E până la 100°C; utilizat la confecţionarea arcurilor de

precizie.

7. METALE ŞI ALIAJE NEFEROASE 7.1. CONSIDERAŢII GENERALE

Metalele şi aliajele neferoase prezintă un deosebit interes pentru diferite domenii

datorită rezistenţei lor ridicate la coroziune, conductibilităţii termice şi electrice mariα greutăţii

specifice (densităţii→ miciα unor caracteristici mecanice mai înalte la greutate egală cu aliajele

feroase. Deşi oţelurile carbon au caracteristici mecanice buneα se prelucrează uşor prin

deformare plastică şi prin aşchiereα nu au rezistenţă la coroziuneγ Oţelurile aliate sunt

rezistente la coroziune, dar au cost foarte ridicat şi sunt înlocuite prin metale şi aliaje

neferoase în numeroase aplicaţii practiceγ Fontele deşi au cost scăzutα se toarnă şi se

prelucrează cu uşurinţăα au caracteristici mecanice mai scăzuteγ Principalele metale

neferoase utilizate în stare pură sau ca element de aliere εEA→ principal în diverse aliaje sunt⁄

Al, Au, Ag, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Mg, Mo, Ni, Pb, Pt, Sb, Sn, Ti, W, Zn, Zr; cel mai frecvent sunt utilizate: Cu, Al, Ti, Mg, Pb şi Znγ

După felul metalului de bazăα aliajele neferoase se împart în⁄ aliaje pe bază de Al;

aliaje pe bază de Cu; aliaje pe bază de Tiα etcγ După numărul EA se deosebesc⁄ aliaje

binare; aliaje ternare; aliaje complexe. După greutatea specifică se împart în⁄ aliaje

neferoase uşoare εγ=↑-4 g/cm3) (ex: cele pe bază de Al→; aliaje neferoase grele εγ>≈ gδcm3)

(ex: aliaje pe bază de Cuα Pbα Zn→; aliaje semiuşoare εγ=≥-6 g/cm3) (ex: cele pe bază de Ti→ şi aliaje suprauşoare εγ<↑ gδcm

3) (ex: aliaje pe bază de Mg→γ

7.2. CUPRUL ŞI ALIAJELE DE CUPRU

7.2.1. Cuprul Cuprul are o largă utilizare datorită conductibilităţii termice şi electrice ridicate şi

rezistenţei bune la coroziuneγ Cu se topeşte la θ≠Ţ≥˚C; prezintă reţea CFC; are rezistenţă la

rupere la tracţiune mică εRm=20�↑˚ daNδmm2), alungire după recoacere de A = ↓≠�↓˚ ≤

şi

greutatea specifică γ = Ţαβ gδcm3 la 20˚C; conductibilitatea electrică ridicată εal doilea după

Ag); este foarte plastic, deformându-se bine la rece şi la caldγ După modul de obţinereα

cuprul poate fi: cupru brut de convertizor; cupru electrolitic; cupru tehnic pur în scopuri

electrotehnice; cupru de înaltă puritate chimică sau spectralăα obţinut prin topire zonară sau

atmosferă de azot. 7.2.2. Aliaje Cu-Zn (Alame) a) Alame obişnuite (simple) Alamele obişnuite sunt utilizate datorită caracteristicilor mecanice ridicate şi costului

mai scăzut decât al cuprului; au o bună turnabilitateα o bună aşchiabilitate şi o bună

rezistenţă la coroziune. Simbolizarea alamelor obişnuite se face prin notarea elementului de bază Cuα după

care urmează simbolul elementului de aliere Zn şi grupul de cifre ce arată ≤Zn; de ex⁄

CuZn5, CuZn10, CuZn15, CuZn20, CuZn28, CuZn30, CuZn36, CuZn37, CuZn40, CuZn43. CuZn37 = Am 63 b) Alame speciale Aceste alame se aliază cu Cuα Alα Mnα Siα Niα Feα Pbα Snα cu scopul îmbunătăţirii

anumitor proprietăţi ca⁄ rezistenţa la oxidare la caldα rezistenţa la coroziuneα valori mai

ridicate ale rezistenţei şi tenacităţiiγ

7.2.3. Bronzuri a) Bronzuri obişnuite Bronzurile obişnuite sunt aliajele cuprului cu staniulγ Variaţia anumitor proprietăţi

mecanice demonstrează că importanţă tehnică au numai aliajele cu până la ↑˚-30% Sn, iar din diagrama de echilibru parţială rezultă că aceste bronzuri pot prezenta microstructuri

mono sau bifazice, respectiv ssα sau ssα ν Ed εανδ→γ Bronzurile cu peste 10% Sn sunt utilizate ca aliaje pentru turnătorie εCuSnθ≠Tα

CuSn12T, CuSn14T). Acestea au σr>30 daN/mm2, dar alungiri la rupere mici (1-10%); prin urmare sunt dure şi fragile şi nu pot fi prelucrate prin deformare plastică la receγ Ele au însă o

bună rezistenţă la uzare şi un coeficient de frecare redusγ Bronzurile pentru piese turnate

prezintă o structură formată din ssα ν Ed(ssανCu31Sn8). Compusul chimic electronic Cu31Sn8 (faza δ→ determină creşterea accentuată a durităţii şi rezistenţei la uzareγ Din astfel de

bronzuri se execută prin turnare carcase pentru pompeα roţi dinţateα cuzineţiα ghidaje etcγ b) Bronzuri speciale Bronzurile speciale sunt aliaje ale cuprului cu Al, Pb, Si, Mn, Be şi se numesc bronzuri

cu Al, bronzuri cu Pb, etc.

7.2.4. Tratamente termice aplicate aliajelor pe bază de Cu Principalele tratamente termice care sunt aplicate aliajelor pe bază de Cu sunt⁄

recoacerea de omogenizare, recoacerea de recristalizare, recoacerea de detensionare, iar la unele aliaje susceptibile la durificare prin precipitare � călirea şi îmbătrânireaγ

7.3. ALUMINIUL ŞI ALIAJELE PE BAZĂ DE ALUMINIU 7.3.1. Aluminiul

Aluminiul ocupă primul loc în producţia mondială de metale neferoase şi al doilea loc

după Feγ El intră în categoria metalelor uşoareα având o densitate de ↑α● gδcm3. În tehnică

este utilizat Al de puritate tehnică εexγ de mărci⁄ AlββαŢ≤α Alββα●≤α Alββα≈≤α Alββα˚≤α

Al99,4%, Al99,3%) şi Al pentru electrotehnică εAlE→γ Se mai utilizează şi Al de înaltă puritate

(0,005-0,05% impurităţi→ pentru fabricarea aparaturii speciale şi a foilor pentru condensatoare

electrice, precum şi Al extrapur εmaxγ ≠α≠≠θ≤ impurităţi→ în tehnica nucleară şi în tehnica

semiconductoarelor. Impurităţile obişnuite şi de neînlăturat din compoziţia Al prin tehnologiile

obişnuite (Cu-Zn)

speciale (Cu-Zn + Al, Mn, Ni, Sn, Si)

Alame

obişnuite (Cu-Sn)

speciale (Cu-Pb, Si, Mn, Be, Al, Zr)

Bronzuri

Aliaje de cupru

Fig. 7.1. Aliajele cuprului

actuale sunt Fe şi Siα care împreună cu Al formează compuşi ternari care se depun la limita

grăunţilor şi determină scăderea plasticităţiiγ Aluminiul se caracterizează prin conductibilitate termică şi electrică mariα rezistenţă

bună la coroziuneα plasticitate ridicată şi rezistenţă mică la rupere; Al de înaltă puritate

laminat şi recopt are σr = 6 daN/mm2, δr = 40% şi o duritate de ↑˚ HB. 7.3.2. Aliaje de Al deformabile Principalele EA ale aliajelor de Al deformabile sunt: Cu, Mg şi Mnα rezultând aliaje

binare Al-Cu, Al-Mn, Al-Mg sau aliaje ternare Al-Cu-Mg, Al-Mn-Mg, sau aliaje polinare Al-Cu-Mn-Mg (duraluminiu). Aliajele din sistemele Al-Mn, Al-Mg şi Al-Mn-Mg nu pot fi durificate prin tratament termic, Mg şi Mn au rolul de a creşte rezistenţa la rupereα duritatea şi rezistenţa la

temperaturi mai mari. Aliajele nedurificabile prin tratament termic se deformează plastic

foarte uşor având în stare recoaptă σr ≈ θ˚ daNδmm2 şi δr ≈ ↑˚≤α iar în stare ecruisată σr ≈

20-25 daN/mm2 şi δr ≈ ˚≤γ Aceste aliaje sunt utilizate pentru semifabricate de tipul barelorα

tablelor, profilelor şi ţevilorγ 7.3.3. Tratamentul termic al aliajelor de Al Solubilitatea maximă a Cu în Al este de ˚α●≤ la temperatura de ˚≥Ţ˚C εfigγ ●γ≥→γ

Solubilitatea Cu în ssα scade odată cu scăderea temperaturiiα astfel încât la temperatura

ordinară ajunge la ≠α˚≤ Cuγ La răcirea cu viteză micăα excesul de Cu va fi eliminat din ssα

formând compusul chimic CuAl2, care se separă la limita grăunţilor de ssα şi în planele de

alunecare. Tratamentul termic al aliajului Al-

Cu (4,5% Cu) este prezentat în figγ ●γ˚γ

Atunci când după încălzirea în

domeniul ssαα răcirea se efectuează

rapid (în apă→α se va obţine la

temperatura ambiantă o structură călită

formată din ssα suprasaturată cu atomi

de Cu. Aceasta este nestabilă şi

datorită difuziei atomilor de Cu vor avea

loc modificări care tind să aducă aliajul

la o stare mai apropiată de cea de echilibru. Acest proces care are loc după călire se numeşte de îmbătrânireγ

Ea se poate desfăşura spontan în

decurs de câteva zileα la temperatura

ambiantăα fiind numită îmbătrânire

naturalăγ Prin cercetare microscopică

nu pot fi evidenţiate modificări ale structurii rezultate după călireα

deoarece transformările care se produc

nu conduc la separarea de faze noi, dar în timpul îmbătrâniriiα datorită tensionării reţelei cristaline se înregistrează o creştere

importantă a durităţii şi a rezistenţei la rupere. Procesul de îmbătrânire poate fi accelerat

printr-o încălzire a aliajului călit la θ˚≠-180˚C cu menţinere de θ orăγ Acest tratament este

numit recoacere artificialăγ Dacă este depăşită temperatura de ↑≠≠˚Cα Cu în exces iese din

soluţie formând compusul chimic CuAl2 (evidenţiat prin analiză microscopică→α starea de

tensiune a ss scade şi ca urmare duritatea şi rezistenţa la rupere vor scădeaγ

Figura 7.5. Tratamentul termic de durificare prin precipitare-călire de punere în soluţie şi îmbătrânire

a unui aliaj Al-Cu cu 4,5%Cu (diagramăα structuri): a) aliaj încălzit εîn condiţiile din punctul M→; b→ aliaj

recopt; c) aliaj călit; d→ aliaj îmbătrânit; e→ aliaj

supraîmbătrânit

α

M *

α+CuAl2sec (la microscop)

[°C

]

9. TERMODINAMICA PROCESULUI DE SOLIDIFICARE

9.1. Curbe de răcire

9.2. MECANISMUL SOLIDIFICĂRII Formarea grăunţilor cristalini în timpul procesului de solidificare este rezultatul a două

procese elementare: - formarea în topitură a unor germeni de solidificare; - dezvoltarea (creşterea→ germenilor formaţiγ 9.2.1. Procesul de creştere al germenilor de cristalizare Un germen de cristalizare, fie el omogen sau eterogen, odată format într-o topitură

subrăcităα se va dezvolta dând naştere unui grăunte cristalinγ Creşterea germenilor se

desfăşoară prin ataşarea atomilor din topitură pe suprafaţa cristalului în devenireγ

Figura 9.4. Schema creşterii germenilor de cristalizare

dislocaţie elicoidală

Fig. 9.3. Histerezis termic

4

1

2 3

1

2 3

4 τ [s]

Tt

T [°C]

Ts

h.t.

Fig. 9.1. Curba de răcire a unui metal pur

aflat în stare solidă

Tîncălzire

τ (timpul) [s]

T [°C]

Fig. 9.2. Curba de răcire a unui metal pur

aflat în stare lichidă

τ [s]

Tt 1

2 3

4

Ts

T [°C]

9.3. STRUCTURA DE SOLIDIFICARE A MATERIALELOR METALICE Structura rezultată in urma solidificării prezintă o importanţă practică deosebită pentru

două categorii de aplicaţii ale procesului de cristalizare: - producerea de lingouri destinate prelucrării prin deformare plastică; - producerea de piese turnate. Procesul de solidificare exercită o influenţă decisivă asupra următoarelor aspecteα

care determină calitatea materialului turnat: - microstructura (forma şi mărimea grăunţilorα modul de distribuire a fazelor

constitutive, precum şi variaţia acestora în volumul materialului→; - tensiunile reziduale; - porozităţile; - incluziunile străine; - segregaţia elementelor de aliere şi a impurităţilorγ

9.3.1. Microstructura materialelor metalice turnate În urma cristalizării va rezulta o

microstructură neomogenăα care este

neavantajoasă deoarece proprietăţile

mecanice nu sunt uniforme pe întreaga secţiune a pieselorγ Pentru îmbunătăţirea structurii de turnare a

pieselor se pot lua unele măsuriα ca⁄ - introducerea de modificatori în topiturile metaliceα în vederea

măririi numărului de germeni de

cristalizare eterogeni; - supunerea topiturii pe toată

durata cristalizării unor vibraţii

mecanice, cu scopul fragmentării

dendritelor în curs de formareα care

pe lângă dimensiunile miciα vor

constitui şi noi germeni de cristalizareγ

Figura 9.5. Schema procesului de formare a agregatului policristalin

Figura 9.6. Schema procesului de solidificare a unei topituri metalice turnate într-o formă de turnare

cristale de răcire

cristale columnare cristale dendritice

Pe aceste căi se vor putea obţine piese turnate cu structuri uniforme şi fineα şi deci cu

proprietăţi ridicate pe întreaga secţiuneγ 9.3.2. Tensiuni reziduale în semifabricatele turnate În timpul solidificării pieselorα temperaturile înregistrate în diferitele puncte ale unei

piese nu sunt uniforme. Astfel, în zonele în care secţiunea piesei este mai mare, timpul în

care căldura va fi evacuată în mediul înconjurător va fi mai lung decât în zonele unde

secţiunea este mai mică şi unde temperatura scade mai rapidγ Aceste tensiuni reziduale pot

atinge valori foarte ridicate, putând determina chiar fisurarea sau ruperea pieselor în curs de

solidificare sau răcireα în timpul prelucrărilor mecanice sau în timpul funcţionării pieselorγ Pentru reducerea cât mai avansată a tensiunilor rezidualeα pieselor li se vor aplica

tratamente termice specifice. 9.3.3. Porozităţi Ele determină scăderea rezistenţei la rupereα a rezistenţei la uzareα a rezilienţeiα etcγ şi

pot fi generate fie de contracţiile ce apar la solidificare şi răcireα fie de scăderea solubilităţii

gazelor dizolvate în topiturăα fie ca efect combinat al celor două cauzeγ

9.3.4. Incluziuni Un defect aparte des întâlnit în semifabricatele turnate o reprezintă incluziunileα care

întrerup continuitatea materialului metalic afectectând mult proprietăţile pieselor. Incluziunile pot fi metalice sau nemetalice. 9.3.5. Segregaţii Materialul metalic obţinut în urma cristalizării nu este omogen din punct de vedere

chimic, iar această neomogenitate chimică a materialului solidificat se numeşte segregaţieγ

Clasificarea segregaţiilor se face astfel⁄ - intracristaline ● minore εmicrosegregaţii→ - intercristaline Segregaţii⁄ - normale ● majore εmacrosegregaţii→ - inverse - gravitaţionale 9.4. PRELUCRAREA PRIN TURNARE A MATERIALELOR METALICE

9.4.1. CONSIDERAŢII GENERALE

Turnarea este procedeul tehnologic de fabricare a unei piese prin solidificarea unei cantităţi determinate de metal lichidα introdus în cavitatea formei de turnareα care are

configuraţia şi dimensiunile corespunzătoare formei de turnare a reperuluiγ

a) b) c) d) Figura 9.7. Formarea retasurii

deschise

Figura 9.8 Retasură închisă

Figura 9.9 Retasură dispersată

Piesele turnate pot fi clasificate în funcţie de greutateα astfel⁄ - piese mici, având sub θ≠≠ kg; - piese mijlocii, având θ≠≠ � 1000 kg; - piese mari, având θ≠≠≠ � 5000 kg; - piese foarte mari, având peste ˚≠≠≠ kgγ

9.4.2. TURNAREA PIESELOR METALICE ÎN FORME TEMPORARE DE AMESTEC Forma de turnare reprezintă ansamblul metalic sau nemetalic ce conţine cavitateaγ

Acestea pot fi: - temporare, când se folosesc la o singură turnare; - permanente (durabile), folosite pentru un mare număr de turnăriγ

9.4.2.1. Structura formelor de turnare

9.4.2.2. Reţele de turnare Elementele componente ale reţelei de turnare sunt εfigγ βγθ↑): - gura (1) şi piciorul pâlniei de turnare ε↑→; - colectorul de zgură ε↓→; - canalele de alimentare (4).

9.4. 3. METODE SPECIALE DE TURNARE A. Turnarea în formă metalică αcochilă→ Piesele rezultate prin acest procedeu se remarcă prin⁄

caracteristici mecanice mai bune decât cele obţinute în amestecuri de formare; precizie dimensională mai mare; calitatea suprafeţei ridicată; piesele mici nu mai necesită prelucrări ulterioare; un număr mare de utilizări ale unei formeγ

Dezavantajele turnării în aceste tipuri de forme permanente sunt⁄ conductivitatea mare a formei metalice determină scăderea fluidităţii metalului

topit;

Figura 9.10. Structura formei de turnare

9

8 7 6 5 4

3

2

1

10 11

1

2 3

4

Figura 9.11. Părţile

componente ale reţelei de turnare

a) b) c) Figura 9.12. Tipuri de reţele de turnare

piesele sunt mai scumpe; formele sunt scumpe şi trebuie să conţină canale de evacuare a gazelorγ

B. Turnarea fontei cu crustă dură Acest procedeu presupune utilizarea formelor combinate. Astfel, pentru obţinerea unui

cilindru de laminor se foloseşte forma metalică în zona tăblieiα pentru ca în urma răcirii rapide

să rezulte crusta durăα iar fusurile se obţin în forme temporare din amestec de formareα care

permit o grafitizare normală în condiţiile unei răciri lenteγ

C. Turnarea sub presiune Acest procedeu are ca principiu de lucru injectarea metalului lichid sub presiune în

forme metalice Se obţin piese utilizate în industria electrotehnicăα mecanică finăα în

construcţia de avioaneα de automobile εcarburatoare→α şγaγ D. Turnarea centrifugală Principiul acestui procedeu constă în obţinerea pieselor prin turnarea metalului topit în forma metalică, în timp ce aceasta ce se roteşte în jurul axului de antrenareγ Ca urmareα

forţa centrifugă împinge metalul lichid pe pereţii formeiα unde se solidificăγ E. Turnarea continuă Specific acestui procedeu este faptul că introducerea metalului în cavitatea formei şi

scoaterea piesei finite se realizează simultan F. Turnarea prin aspiraţie

Introducerea metalului în cavitatea formei se datorează depresiunii create de pompa

de vid. Se obţin piese tubulare εbucşeα ineleα roţi dinţate din aliaje cu greutate specifică mică

(aliaje de Mg)).

10. PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTICĂ A MATERIALELOR

METALICE

10.1. INTRODUCERE Prelucrarea prin deformare plastică se poate face la rece sau la caldγ În urma prelucrării la rece se înregistrează ecruisarea materialuluiα care impune

aplicarea unor recoaceri de recristalizare, atunci când este necesară continuarea procesului

de prelucrare. Există situaţii când se doreşte ca materialul să fie ecruisatα deoarece

caracteristicile mecanice finale sunt mai ridicate decât ale unui material normalizatγ 10.2. PRELUCRAREA PRIN LAMINARE 10.2.1.Consideraţii generale Laminarea este procedeul tehnologic de prelucrare a metalelor şi aliajelorα care constă

în trecerea semifabricatului prin spaţiul dintre doi cilindriα care se rotesc în sens contrar În urma laminării rezultă semifabricate şi piese finite cu structură finăα îmbunătăţirea

proprietăţilor mecaniceα creşterea compactităţii metalelorα obţinerea unor suprafeţe curate şi

în general fără defecteγ Materia primă pentru laminare o reprezintă lingourileγ

Semifabricatele obţinute în urma laminării sunt⁄ Grele

blumuri

sleburi (brame)

uşoare ţagle

platine Cilindrul de laminor este alcătuit din tăblie εvine în contact cu semifabricatul→α fusuri

(se sprijină în lagăre→ şi rozete εpermit cuplarea cilindrilor pentru antrenare→ Tăblia poate fi⁄

netedă⁄ pentru tableα benzi profilată⁄ pentru diferite profile; calibrele pot fi închise sau deschiseγ

Clasificarea laminoarelor: după organizarea cajelor de lucru

În linie În paralel

după numărul cilindrilor din caja de lucru după destinaţie⁄ pentru blumuriα sleburiα tableα profile, etc. după natura materialului⁄ pentru oţeluriα Cuα Alα Znα şγaγ după temperatura de lucru⁄ la caldα la rece; după sensul de rotaţie al cilindrului de lucru⁄ reversibile şi ireversibile; după amplasarea cilindrilor de lucru⁄ cu cilindrii orizontaliα cu cilindrii verticali, cu

cilindrii aşezaţi oblicα universali; 10.2.3. Tehnologia laminării la cald Materia primă folosită este reprezentată de⁄

lingouri (de diferite forme şi mărimi→ la care se taie retasura şi piciorul lingoului; semifabricate obţinute dintr-o laminare anterioară εblumuriα sleburiα ţagleα platine→α care

se taie la dimensiuni. Din aceste materiale se obţin următoarele tipuri de produse laminate⁄

o oţeluri cu diferite forme ale secţiunii⁄ pătratα triunghiularα rotundα semirotundα ovalα etc.; o profile: L, LL, U, I, T, Z; o profile speciale: şină de cale feratăα pentru ferestre metaliceα pentru industria

constructoare de maşini εagricoleα maşini de cusut→; o benzi de oţel pentru arcuri în foiγ

10.2.4. Tehnologia laminării la rece Materia primă folosită o constituie semifabricatele obţinute prin laminare la caldγ Produsele rezultate prin laminare la rece sunt tablele şi benzile subţiriγ

10.3. PRELUCRAREA PRIN TRAGERE ŞI TREFILARE

10.3.1. Consideraţii generale

Profile grele

Tablă groasă

Profile uşoareα mijlocii, sârmă, benzi

Tablă subţireα benzi subţiri

Produse laminate

Tragerea este procedeul tehnologic de deformare plastică care constă în trecerea

forţată a semifabricatului εbareα ţevi cu sau fără cusătură→ prin orificiul unei matriţe cu

secţiunea mai mică decât a semifabricatuluiγ Avantajele acestui procedeu de prelucrare sunt reprezentate de obţinerea unor

dimensiuni precise, a unei foarte bune calităţi a suprafeţeiα a unor suprafeţe ecruisate εde

exemplu: sârme de arc→γ

10.3.2. Scule şi utilaje Prelucrarea semifabricatelor (bare, ţevi→ cu diametre mai mari de θ≠ mm se face cu

ajutorul matriţelorα iar pentru cele cu dimensiuni sub această valoare se utilizeză filiereleγ Filiere şi matriţe

Pentru tragerea barelor sau ţevilor se utilizează bancul de tras. Pentru trefilarea sârmelor groase se foloseşte maşina de trefilat singulară εfigγ θ≠.11). Pentru micşorarea diametrului sârmelor se utilizează maşinile multipleα la care tobele sunt

amplasate în serie sau în paralelγ 10.3.3. Tehnologia tragerii

Tragerea ţevilor Ţevile obţinute prin laminare sunt prelucrate prin tragere cu scopul:

micşorării diametrului şi grosimii pereţilor; finisării dimensiunilor εobţinerea toleranţelor prescrise→; ecruisării suprafeţelorγ

Tragerea la rece se poate face: a) fără dorn; b) cu dorn scurt fix; c) cu dorn scurt flotant; d) cu dorn lung, pentru ţevi cu diametre mici.

7

1 2 3 4

6 5

Figura 10.11. Maşina de trefilat singulară

l c

d

1 2 3

4 5 6

2

Figura 10.9. Filieră

60

2

d

Figura 10.10. Matriţă

10.4. PRELUCRAREA PRIN EXTRUDARE 10.4.1. Consideraţii generale. Tipuri de extrudare Extrudarea este procedeul de deformare plastică care constă în trecerea forţată a

semifabricatului datorită unei forţe de compresiuneα prin orificiul profilat al unei matriţeγ Avantaje ale acestui procedeu sunt: obţinerea de ţeviα bareα piese cu profile

complicate din materiale cu plasticitate mică; precizie foarte mare de prelucrareα astfel încât

nu se mai impun operaţii ulterioare de finisare. Printre dezavantaje se pot menţiona⁄ durabilitate scăzută a matriţei; neuniformitatea

deformaţiilor volumiceγ Tipuri de extrudare:

Extrudarea directă Extrudarea indirectă (inversă) Extrudarea combinată Extrudarea laterală Extrudarea prin explozie

10.5. PRELUCRAREA PRIN FORJARE

10.5.1. Consideraţii generale

Forjarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastică al cald sau la receα în

care se aplică manual sau mecanicα forţe exterioare statice sau dinamiceγ Prelucrarea la cald

presupune încălzirea semifabricatului în cuptoare cu combustibil solidα lichid sau gazosα cu

rezistenţă electrică sau inducţie şi se face în condiţiile neapariţiei fisurilor şi cu forţe cât mai

mici. Piesele forjate de dimensiuni mari se obţin plecând de la lingouriα iar pentru cele de dimensiuni mici şi mijlocii se folosesc profile laminate tăiate la lungimile corespunzătoareγ Este un procedeu ieftin, relativ simplu, iar piesele prezintă o stuctură densă şi

omogenă şi caracteristici mecanice buneγ În schimb sunt necesare forţe deformatoare mariα

iar calitatea suprafeţelor şi precizia dimensională sunt scăzuteγ Forjarea poate fi⁄ liberă

(manuală şi mecanică→α în matriţă εmatriţare→ şi pe maşini specialeγ 10.5.2. Forjarea liberă Prin forjare liberă manuală se obţin piese mici pentru lăcătuşerieα uz casnicα agricolα

reparaţiiγ Sculele sunt acţionate manual şi se împart în două categorii⁄ de bază⁄ nicovaleα ciocaneα baroaseα dălţiα dornuriα gâtuitoareα şγaγ ajutătoare εpentru manevrareα sprijin şi fixare→⁄ cleştiα menghini de forjăα şγaγ

Cele mai importante operaţii simple de forjare sunt⁄

a) refularea; b) lungirea; c) lăţirea; d) întinderea pe dorn; e) găurirea cu dorn plin sau inelar εpentru diametre de ↓≠≠-400 mm); f) tăierea;

a) b) c) d) e) f) Figura 10.18. Scule folosite la forjarea liberă mecanică

g) îndoirea; h) răsucirea; i) sudarea prin forjare. Prin forjare se pot prelucra arbori cotiţi. În funcţie de masa pieselorα forjarea se

realizează cu ciocane mecaniceα cu abur cu simplă şi dublă acţiuneα pneumatice şi prese cu

fricţiuneα cu excentricα hidrauliceγ 10.5.3. Matriţarea

Forjarea în matriţă (matriţarea→ este procedeul de prelucrare prin deformare plastică la

cald sau la rece, prin care materialul se deformează simultan în tot volumul cavităţii sculei

numită matriţăα ce se caracterizează prin forma şi dimensiunile produsuluiγ Clasificarea matriţelor⁄ - simple - duble - închise - deschise Tăierea bavurii se realizează cu ajutorul ştanţei pentru debavurareα la cald sau la receα

în funcţie de grosimea bavurii şi puterea utilajuluiγ Matriţa se montează pe o instalaţie de forţă precum⁄ ciocan matriţorα presă cu

excentric, presă cu fricţiuneα presă hidraulică sau utilaj specializat εde exempluα maşina de

forjat orizontală→γ

10.6. PRELUCRAREA TABLELOR PRIN FORFECARE ŞI DEFORMARE

PLASTICĂ 10.6.2. Prelucrarea tablelor prin tăiere Prin operaţia de tăiere se realizează separarea unei părţi din semifabricatul supus

prelucrăriiγ Porţiunea separată poate constitui deşeul sau piesaγ Tăierea tablelor se poate

realiza prin forfecare şi ştanţare. 10.6.2.1. Tăierea cu foarfeci În funcţie de configuraţia piesei şi de grosimea tablei se pot utiliza⁄ Foarfeca cu lame paralele

Foarfeca cu lame înclinate αghilotina→ Foarfeca cu cuţite disc 10.6.2.2. Tăierea prin ştanţare Prin ştanţare se execută următoarele operaţii⁄

- decuparea; - perforarea; - crestarea; - tăierea marginilor.

a) b) c) d) Figura 10.21. Tipuri de matriţe

10.6.3. Prelucrarea tablelor prin deformare plastică

10.6.3.1. Prelucrarea tablelor prin îndoire

10.6.3.2. Prelucrarea tablelor prin ambutisare Ambutisarea este operaţia de prelucrare a tablelor prin deformare plastică prin care

dintr-un semifabricat plan se obţine o piesă cavă sau care constă din continuarea deformării

semifabricatului cav în scopul scăderii diametrului şi creşterii înălţimiiγ Ambutisarea se realizează din semifabricate individuale sau din bandă obţinându-se produse ca: scuturi pentru maşini electrice şi transformatoareα cutiiα capsuleα capaceα

ambalaje pentru industria alimentară şi chimicăα rezervoareα bidoaneα părţi componente ale

caroseriilor auto, tractoarelor, maşinilor agricole, fuzelajului, articole de marochinărieα tuburi

de cartuşeα şγaγ

11. SUDAREA METALELOR

11.1. CONSIDERAŢII GENERALE Procedeul prin care se realizează îmbinări nedemontabile ale materialelor metalice cu

sau fără materiale de adaosα în anumite condiţii de temperatură şi presiuneα se numeşte

sudare. Sudura realizată se numeşte cusătură sau cordon de sudură εCS→γ Porţiunea din

materialul de bază aflată în jurul cusăturiiα care nu a ajuns în stare de topireα dar care a

suferit transformări structurale datorită încălzirii puterniceα formează zona influenţată termic

(ZIT). CS împreună cu ZIT şi zonele învecinate acesteia formează îmbinarea sudatăγ Clasificarea procedeelor de sudare este prezentată în fig. 11.1.

Metodele de deformare plastică prin îndoire

Îndoire propriu-zisă Profilare Curbare

Prin presare

Prin laminare

Cu role, pe maşini

speciale

Cu ştanţe specialeα

pe maşini universale

de îndoit

Simplă εîn V→

Dublă εîn U→

Complexă

Figura 10.33 Metodele de deformare plastică

prin îndoire

11.2.2. Sudabilitatea altor metale şi aliaje Fonta este un material nesudabil datorită ≤C mareα care determină apariţia fisurilor şi

ruperilor. Sunt sudabile doar cele cenuşiiα dacă se execută la cald ε≈˚≠-700°C→ şi se aliază

baia de sudare cu elemente de grafitizare; sunt importante condiţiile de răcire ulterioareγ Al, Cu şi aliajele lor sunt greu sudabileα motiv pentru care se iau măsuri de precauţie

precum: folosirea fluxurilor de dezoxidare a oxizilor ce se formează în baia de sudurăα

preîncălziriα surse puternice la sudareα utilizarea de gaze protectoare. Alamele se sudează

greu datorită oxidării puternice a Znγ Bronzul se sudează greu datorită segregaţiei foarte

mari. Ti, Zr se sudează numai în mediu de gaz inertγ Mo, W (metale greu fuzibile) se sudează cu WIGα cu jet de plasmăα cu fascicul de electroni, etc. Pb, Zn, Ni se sudează cu flacără utilizând fluxuri decapanteγ

Cu fascicul de ioni / electroni

Cu fascicul de fotoni

Prin rezistenţă

de contact Prin inducţie

WIG

MIG

Procedee de sudare

Prin topire

Prin presiune

Cu energie electrică Cu flacără Cu termit Cu energie de radiaţie

În baie

de zgură Cu arc electric

Descoperit Acoperit

Sub strat de flux

În atmosferă de

gaze protectoare

În gaze inerte

În H atomic

În CO2

Cu jet de plasmă

La rece La cald

Prin deformare plastică la rece

Cu ultrasunete

Cu încălzire

prin frecare

Cu încălzire

în cuptor

Cu încălzire

la flacără

Cu încălzire

electrică

Figura 11.1 Clasificarea procedeelor de sudare

11.3. ÎMBINĂRI SUDATE 11.3.1. Tipuri de îmbinări

Rostul cusăturii reprezintă spaţiul delimitat de marginile pieselor de sudatα în care se

formează CSγ La procedeele de sudare prin topire CS se formeaza prin solidificarea băii de

metal topit (BMT), care ia naştere din materialul de adaos εce se aşează pe direcţia rostului→

şi materialul de bază εMB→γ La procedeele de sudare prin presiune sudura rezultă în urma

întrepătrunderii materialelor celor două piese aduse în stare plastică sau de topire

superficialăγ Îmbinarea sudată primeşte denumirea după cea a rostului suduriiγ Forma rostului se

stabileşte în funcţie de grosimea pieselor de sudat şi de poziţia lor relativă

11.4. SUDAREA PRIN TOPIRE Topirea materialelor de sudat se poate realiza cu energie electricăα cu flacărăα cu

termit şi cu energie de radiaţieγ 11.4.1. Sudarea prin topire cu arc electric Piesele de sudat pot fi asamblate în prezenţa arcului electric ce ia naştere între cei doi

electrozi, a electrozilor şi fluxurilorγ 11.4.1.1. Materiale de adaos 11.4.1.1.2.2. Electrozi înveliţi. Fluxuri

Învelişurile au următoarele roluri⁄ a) de ionizare, necesar stabilităţii arcului; b) de protecţie a BMT de acţiunea H2 şi N2; c) de rafinare, în cazul în care picăturile transferate au suferit oxidări sau nitrurări; d) de aliere a BMT, când în înveliş sunt introduse feroaliaje sau oxizi ai elementelor de aliere; e) de topire a compuşilor greu fuzibiliα când în înveliş sunt introduse fondanţi, fluidifianţi; f) de protecţie termică a CSα zgura fiind rea conducătoare de căldură; g) de creştere a masei metaliceα când în înveliş este introdusă pulbere de Feγ Fluxurile au rolurile:

- de protejare a BMT; - de aliere a cusăturii; - de dezoxidant; - de eliminare a gazelor din CS; - de reducere a vitezei de răcire a cusăturii; - de stabilizare a arcului electric.

11.4.1. 2. Arcul electric

Clasificarea arcurilor electrice: - arc cu acţiune directă şi electrod nefuzibil ; - arc cu acţiune directă şi electrod fuzibil; - arc cu acţiune indirectă .

11.4.1.2.2. Fenomenul de ionizare 11.4.1.2.3. Mecanismul formării şi amorsării AE Sudurile se pot efectua:

în curent continuu cu polaritate directă. Este procedeul cel mai des utilizat. în curent continuu cu polaritate inversă. Metoda este recomandată pentru sudarea tablelor

subţiri sau în cazul utilizării electrozilor greu fuzibiliγ în cγaγ

Materiale de adaos

Înveliţi Neînveliţi

Electrozi fuzibili

După formă După secţiune

Sârmă

Vergele Benzi

Bare

Cu secţiune plină

Cu inimă εtubulari→

După natura

învelişului

Înveliş special

După

destinaţie Pt oţeluri carbon

şi slab aliate Pt oţeluri slab aliate

rezistente până la ˚≠≠°C Pentru oţeluri înalt aliate anticorozive şi refractare

Pentru încărcare

de straturi dure

Pentru fonte

Pentru metale şi aliaje neferoase

Figura 11.3. Clasificarea materialelor de adaos

Înveliş acid Înveliş bazic Înveliş celulozic Înveliş oxidant Înveliş titanic Înveliş rutilic

Fluxuri

După modul

de elaborare După destinaţie După felul zgurei

Pt sudare cu arc

Pt sudare în

baie de zgură

Fluxuri topite

Fluxuri ceramice

Fluxuri acide

Fluxuri bazice

Fluxuri neutre

11.4.1.3. Sudarea cu AE descoperit şi electrod învelit

11.4.1.3.5. Tehnologia sudării manuale cu arc electric

Variante ale mişcării εIII→ a) b) c) III II

I

Figura 11.13 Mişcările

efectuate de electrod

Figura 11.9 Schema sudării cu AE deschis

şi electrod învelit

6 7 8

4 3

5

2 1

50º 90º

30º

a) b) c) Figura 11.12 Poziţia electrodului

a) b) c) Figura 11.14 Sudura în jgheab şi de înărcare

45º = = =

=

11.4.1.3.6. Recomandări privind sudarea manuală a materialelor metalice cu arc

electric descoperit şi electrod învelit Sudarea oţelurilor carbon şi aliate

În general sudarea acestor materiale se realizează cu electrozi înveliţiγ La repararea

pieselor sparte sau uzate este necesară scobirea şi curăţarea defectului până la nivel de

luciu metalic, după care se efectuează sudareaγ Oţelurile turnate se sudează asemănător

celor laminate. Oţelurile laminate în table groase pentru cazane şi recipiente sub presiune

(OLK 1, OLK 2, OLK 3) şi cele pentru ţevi εOLT ↓↑α OLT ↓˚α γγγα OLT≈˚→ se sudează cu

electrozi cu înveliş titanic şi bazicγ Oţelurile slab aliate au sub ≠α↑≤Cα cantităţi reduse de EA

(Mn, Si, Cr, şγaγ→α care conferă creşterea rezistenţei la rupere şi limitei de curgereα precum şi

modificatori (Al, V, B, şγaγ→ cu rol de finisare a granulaţieiγ În funcţie de valoarea carbonului

echivalent Ce (v. rel. 12.1), la sudarea lor se deosebesc următoarele situaţii⁄ Ce ≤ ≠α≥˚≤α sudare fără preîncălzire; dacă grosimile sunt mariα iar solicitările sunt

dinamice se aplică preîncălzire; Ce ≤ ≠α≈≠≤α sudare cu preîncălzire la θ≠≠ - 200°C; Ce > 0,60%, sudare cu preîncălzire la ↑≠≠ - 350°C. În cazul sudării oţelurilor aliate cu oţelurile carbon alegerea electrozilor se face în

funcţie de cel aliatγ

Sudarea fontelor Fonta cenuşie se sudează cu vergele de acelaşi fel ce conţin Siα P εVT-S30 (3% Si), VT-S36 (3,6% Si)), care împiedică formarea Fe3C la răcirea lentă a CSα ceea ce o va face

prelucrabilă prin aşchiereγ Prelucrarea se face numai cu preîncălzire la ≈˚≠ - 750°C sau ≥≠≠ - 450°Cγ Fonta albă se sudează numai cu electrozi de acelaşi felα după care se supune

recoacerii de maleabilizare. Fonta devenind brusc lichidăα se sudează numai în poziţie

orizontalăα capetele rostului fiind delimitate cu plăci de grafitγ Sudarea la rece este eterogenă

şi se efectuează cu electrozi de Ni-Cu, Ni, Fe-Ni, Cu-oţelα baziciγ În cazul sudării pieselor cu

grosimi peste 6 mm, se prelucrează rosturi în Vα X şi pe suprafeţele acestoraα se realizează

pe direcţie perpendiculară găuri filetate în care se introduc şuruburi prezoaneα care rămân

deasupra feţei rostului cu ↑ � 3 mm, pentru a constitui o ancoră între CS şi MBγ Sudarea metalelor neferoase Acestea sunt dificil de sudat prin acest procedeu datorită avidităţii lor faţă de O2, care determină apariţia porilor şi oxizilorα iar zgura formează incluziuni nemetalice în CSγ De

aceea se recomandă sudarea lor în atmosferă de gaze protectoareγ Conductivitatea termică

ridicată impune folosirea unor surse de curent puterniceγ Dilatările importante generează

deformaţii mariγ Sudarea Al şi aliajelor sale se realizează cu preîncălzire la θ˚≠ - 400°Cα cu electrozi

înveliţiα în cγcγ cu polaritate inversăα pentru a evita străpungerea tablelor subţiriγ Până la

grosimi de 6 mm sudura se execută în ţIţ pe o garnitură de Cu sau oţelα pe care s-a practicat un şanţ sub rostγ Până la grosimi de ↑≠mm nu se prelucrează marginile pieselor care formează un rost de ≠α˚ � 1mm şi care se vor suda pe ambele părţiγ

Figura 11.16 Sudarea pe perete vertical

1

2

Figura 11.15 Mişcările

electrodului la sudura de colţ

Sudarea Cu şi aliajelor sale se realizează cu preîncălzire la ↑≠≠ - 300°C sau ●≠≠°C la

piesele groase, cu electrozi înveliţiα în cγcγ cu polaritate inversăγ Marginile tablelor nu se prelucrează până la grosimi de ≈ mmα care se sudează pe garnituri de grafitγ Tablele groase

se sudează în X sau Yγ Bronzurile Cu-Si, Cu-Al sau alamele Cu-Zn se sudează cu

preîncălzire la ≥≠≠ - 500°Cα deoarece sunt foarte fragileγ Sudarea metalelor neferoase cu arc electric descoperit şi electrozi înveliţi nu este

recomandabilăα cu excepţia Ni şi aliajelor saleγ

11.4.1.4. Sudarea cu arc electric acoperit sub strat de flux 11.4.1.4.1. Principiul procedeului

Arcul electric 1 ia naştere sub stratul de flux 2

determinând topirea electrodului ↓ şi a materialului de bază ≥α formând BMT ˚ εfigγ θθ.27). Se evidenţiază ↑

mişcări necesare obţinerii CS⁄ a) avansul sârmei electrod către BMTα pentru

menţinerea constantă a lungimii arculuiα care se

realizează automat cu ajutorul unor capete de sudare;

b) avansul sârmei electrod în lungul rostuluiα pentru

obţinerea CS pe toată lungimeaα care se poate

face manual (sudare semiautomată→ sau automat

(sudare automată→γ 11.4.1.5. Sudarea cu arc electric în atmosferă de gaze protectoare Utilizarea acestor atmosfere se face cu scopul protejăriiα în generalα a BMT de

acţiunea oxigenului şi azotului din aerγ 11.4.1.5.1. Sudarea în atmosferă de gaze inerte

Procedeul constă în acoperirea BMT cu gaze inerte ca Arα Heα care nu au nici o acţiune chimică asupra acesteia şi care protejează cusătura de acţiunea O2 şi N2 din atmosferăγ Se utilizează ↑ metode de sudare în atmosferă de gaze protectoare⁄ WIG

(Wolfram inert gaz) şi MIG εmetal inert gaz→γ

a) Procedeul WIG (TIG sau argonare) Metoda se aplică la sudarea pieselor cu pereţi subţiri din oţeluri inoxidabileα Alα Cuα Niα

Ti, Zr, Nb, Be si aliajele acestora. Piesele din Al şi aliajele sale se degreseazăα se sudează

fără fluxuri după care se spală pentru a preveni coroziuneaγ Oţelurile inox se sudează în cγcγ

cu polaritate directăγ b) Procedeul MIG

Ambele procedee fiind scumpe se sudează numai piesele importanteγ

11.4.1.5.2. Sudarea cu jet de plasmă Procedeul se aplică sudării în ţIţ a foliilor cu g = ≠α≠θ � 0,8mm cu ajutorul

microplasmei (plasma obţinută în domeniul ≠α↑ � 10 A). Tablele sub 7 mm, se sudează fără

prelucrarea rostului şi fără material de adaosγ La grosimi de peste ● mm se prelucrează

rostul în formă de Yα cu rădăcina de ˚ mmα în care se execută ↑ treceri⁄ a→ prima se face cu plasmă; b→ a doua se face sub strat de flux sau cu MIGγ Prin acest procedeu se sudează

oţeluri înalt aliateα inoxidabileα Niα Tiα Al şi aliajele lorγ

Figura 11.27. Sudarea sub strat de flux

11.4.1.5.3.Sudarea cu CO2 (MAG) CO2 este un gaz protector care reacţionează cu BMTα motiv pentru care procedeul se

numeşte ţmetal activ gazţγ Schema de principiu este identică cu cea de la MIGα cu

deosebirea că gazul protector este CO2. Metoda este recomandată sudării oţelurilor carbon obişnuiteα de calitate având până la

0,45% C şi oţeluri slab aliate cu Mn şi Siγ 11.4.1.6. Sudarea în baie de zgură

- Permite sudarea economică a pieselor cu g = ≥≠ � 1000 mm, cu depunere până la

300 kg metal/orăα la un singur electrodγ Cel mai bine se sudează oţelul calmat cu C < ≠α↑˚≤ sau cel slab aliatγ Oţelurile cu

0,25% < C < 0,5% se sudează cu sârme slab aliateγ Oţelurile austenitice înalt aliate şi

refractare sau încărcarea oţelului carbon cu oţel aliat se sudează cu sârme aliate şi

fluxuri cu fluoruri. După efectuarea sudurii este obligatorie aplicarea tratamentului de normalizare.

11.4.2. Sudarea prin topire cu flacără

11.4.2.1. Flăcări de sudare Flacăra rezultă din arderea combustibililor gazoşi sau a vaporilor de hidrocarburi în

prezenţa O2. Cea mai folosită este acetilena deoarece în prezenţa O2 aceasta atinge o temperatură de ↓θ˚≠ - 3200°C; vaporii de lichide combustibile εbenzinaα petrolulα şγaγ→

dezvoltă în prezenţa O2 temperaturi de 1900 - 2500°Cγ Acetilena εC2H2) se obţine în urma

reacţiei dintre carbid εCaC2) şi apăγ C2H2 se produce în generatoare de acetilenă şi datorită

pericolului de explozie în amestec cu aerul se păstrează în butelii compartimentate specialα

care conţin o masă poroasă îmbibată cu acetonă εcare dizolvă acetilena→γ Flacăra depinde de raportul dintre O2 şi C2H2, adică

β0 = O2 ⁄ C2H2. Astfel se disting 3 categorii de flăcări⁄ a) flacără normalăα pentru β0 = 1,1-1,2; b) flacără carburantăα pentru β0<1,1; c) flacără oxidantă εfigγ θ↑γ≥≠b→α pentru β0 >

1,1.

11.4.2.2. Materiale de adaos şi fluxuri Pentru sudarea oţelurilor se utilizează sârme nealiate obişnuite sau de calitateγ

Utilizarea fluxurilor (sub formă lichidăα de paste sau pulberi→ este absolut necesară la sudarea

oţelurilor specialeα fontelorα metalelor şi aliajelor neferoase. Fluxurile se îndepărtează după

sudare prin periere, după care se spală bine CSγ 11.4.2.3. Utilajul sudării cu flacără

Flacăra ce iese din arzător se datorează arderii acetileneiα obţinută în generatoare de

acetilenăα în prezenţa oxigenuluiα stocat în butelii specialeγ 11.4.2.3.1. Generatoare de acetilenă. Supape de siguranţă

În funcţie de presiunea la care este debitată acetilena se deosebesc: - generatoare de presiune joasă εpnominală < 0,1 daN/cm2); - generatoare de presiune medie (pnominală < 1,5 daN/cm2).

Figura 12.40. Flacăra

oxiacetilenică⁄ a→

carburantă; b→ oxidantă

11.4.2.3.2. Butelii de oxigen şi acetilenă Atât O2 cât şi C2H2 se stochează în buteliiγ Se acţionează robinetul de la partea superioară a butelieiα se purjează puţin O2 pentru eliminarea eventualelor impurităţi lăsate de

garnitura capacului, se închide robinetulα după care se înşurubează reductorul de presiune

pentru O2. Reductorul de O2 serveşte la micşorarea presiunii din butelie la 1 � 15 daN/cm2 şi la menţinerea constantă a acesteiaγ Reductoarele funcţionează pe principiul a două forţe

opuse: forţa de presare a unui arc care închide admisia O2 şi forţa de presare a unei

membrane acţionate de presiunea O2, opusă arcului şi care tinde să deschidă admisia O2. Reductorul de presiune la buteliile de acetilenă are acelaşi principiu de funcţionare ca şi cel

de O2 cu deosebirea că manometrul de înaltă presiune permite maxim ↓≠ daNδcm2, iar cel de

joasă presiune maxim ≈ daNδcm2.

2 4 1 3 5 9

1187610Figura 11.44. Trusa de sudare şi tăiere acetilenică

11.4.2.3.3. Arzătoare

11.4.2.4. Tehnologia sudării cu flacără Se utilizează cu precădere la sudarea metalelor şi aliajelor cu temperatura de topire

sub 1000°Cα la piesele de fontă cu grosimi mici, la încărcarea cu metale şi aliaje dureα la

recondiţionarea pieselor din bronzα etcγ Procedeul este economic pentru pisele cu grosimi

mici, deoarece numai ≈ θ≠≤ din căldura degajată de flacără este folosită pentru sudarea

propriu-zisăγ Avantaje: procedeul este ieftin, flacăra este o sursă de căldură uşor reglabilăα iar în

cazul pieselor subţiri este mai productivă decât cea cu arcγ Se recomandă sudarea

recipientelor din industria chimicăα recipientelor de presiune din industria alimentarăα a

recipientelor pentru abur, boilerelor, căldărilor de presiuneα conductelorα autoclavelorα

separatoarelor, şγaγ Dezavantaje: nu se pot face alieri în cusăturăα apar deformaţii mari ale pieselor

sudate, iar în zonele învecinate sudurii se produc transformări structurale. Nu se recomandă

efectuarea sudurilor de colţ sau sudarea tablelor suprapuse deoarece apar deformaţii mari şi

rezistenţa acestor îmbinări este redusăγ 11.5. SUDAREA PRIN PRESIUNE În acest caz îmbinarea are loc datorită forţelor de coeziune interatomice, nefiind necesare materiale de adaos, fluxuri, gaze protectoare şi ca urmare îmbinarea are rezistenţa

metalului de bazăγ 11.5.1.1. Sudarea prin deformare plastică la rece

Sudarea prin presiune la rece, aplicabilă metalelor cu o mare deformabilitate, precum Al (70%), Cu (80%), Ni, se realizează cap la capα prin suprapunere εprin puncteα în linie→ şi

Figura 11.45. Suflai de sudare oxiacetilenică

prin explozie. Sudarea se datorează întrepătrunderii straturilor de material astfel încât

electronii de pe suprafeţele de îmbinat să fie în sfera de atracţie reciprocăγ Pentru aceasta

este obligatorie curăţarea suprafeţelor de îmbinat cu răzuitoareα perii rotative din sârmă de

oţelα pentru îndepărtarea oxizilor sau a altor impurităţiγ

11.5.1.2. Sudarea cu ultrasunete Sudarea cu ultrasunete se aplică metalelor feroaseα neferoaseα a metalelor cu metale

refractare, cu materiale ceramice sau plastice. Procedeul are o largă aplicabilitate în

electrotehnicăα la sudarea sârmelor şi tablelor subţiriα deoarece eliminarea impurităţilor

asigură îmbinării o conductivitate electrică bună şi pentru că Al poate fi asamblat astfel cu

orice metal (excepţie făcând W şi Nb→γ 11.5.2. Sudarea prin presiune la cald Deoarece îmbinarea rezultă în urma coeziunii la nivel interatomic a materialelor

supuse prelucrăriiα fără material de adaos, atunci cusătura va prezenta aceeaşi rezistenţă cu

a materialelor de bazăγ 11.5.2.1. Sudarea prin presiune cu încălzire în cuptoare Aceasta reprezintă sudarea prin forjareα care se aplică pieselor din oţel cu până la

0,6% C, tablelor cu diferite concentraţii de C sau tablelor din oţel carbon cu cele din oţel

inoxidabil. Pentru obţinerea îmbinării se aplică iniţial lovituri dese şi uşoareα apoi puterniceα

folosindu-se ciocane cu abur sau prese hidraulice. 11.5.2.2. Sudarea prin presiune cu încălzire la flacără Aceasta se realizează cu un arzător inelarα care încălzeşte piesele cilindrice la exterior

sau cu unul ce asigură încălzirea suprafeţelor frontale ale pieselor de sudatγ 11.5.2.3. Sudarea prin presiune cu difuziune Sudarea prin difuziune se aplică la îmbinarea metalelor şi aliajelor specialeγ Piesele se

încălzesc în vid sau în mediu de gaz inert la ε≠α● � 0,8)Ttopire, se aplică o presiune de θ

daN/mm2, timp îndelungat pentru realizarea difuziei şi pentru evitarea apariţiei deformaţiilorγ 11.5.2.4. Sudarea prin presiune cu încălzire electrică de contact αsudare electrică

prin rezistenţă→ În cadrul acestui procedeu se realizează o încălzire locală a pieselorα datorată trecerii

unui curent de intensitate mare, concomitent cu aplicarea unei presiuni. La creşterea

presiunii se realizează aplatizarea microneregularităţilor suprafeţelorα ceea ce conduce la

creşterea suprafeţei de contact şi îndepărtarea peliculelor izolatoareγ Sudarea se poate executa: - prin puncte - în linie. 11.5.2.5. Sudarea prin presiune cu încălzire prin inducţie

Principiul de lucru permite obţinerea unor temperaturi înalte pe lungimi de zeci de mm

în timpi scurţiα care determină sudarea cu viteze mariγ Procedeul se aplică la sudarea ţevilor

de Al sau oţel austeniticγ 11.6. Tratamentele termice ale sudurilor Zona influenţată termic determină scăderea proprietăţilor asamblării sudateγ Ca

urmare, se are în vedere o combinare a procesului de sudare cu un tratament termicα cu

scopul obţinerii unei structuri corespunzătoare cerinţelor de exploatareγ Se deosebesc⁄

1. tratamente anterioare sudării εde detensionare, de normalizare a pieselor ) 2. tratamente aplicate în timpul sudării; 3. tratamente ulterioare sudării (de detensionare, de normalizare, de recoacere, de călireα

de revenire), aplicate cu scopul micşorării sau înlăturării tensiunilor. 12. CONTROLUL DEFECTOSCOPIC A STRUCTURII MATERIALELOR 12.1. DEFECTE ŞI METODE DE CONTROL 12.1.1. Definirea şi clasificarea defectelor Defectele se regăsesc în piese turnateα forjateα laminate sau îmbinări sudate şi pot fi

grupate astfel: - fisuri ; - goluri; - incluziuni; - discontinuităţi de material - defecte de formăγ

12.1.2. Clasificarea metodelor de control Se deosebesc:

- controlul preventiv, dinaintea fabricaţiei; - controlul operativ, aplicat în timpul desfăşurării procesului de producţie; - controlul final, dinaintea livrăriiγ

12.2. CONTROLUL CU LICHIDE PENETRANTE (CLP)

12.2.1 . Generalităţi Această metodă de control presupune utilizarea a ↑ variante⁄

1. controlul cu petrol lampant, utilizat la verificarea etanşietăţilor sudurilor pereţilor planiα

rezervoarelor deschise, carcaselor reductoarelor. metoda luminescentă de control 12.2.2. Tehnologia controlului cu lichide penetrante Aceasta cuprinde următoarele etape⁄ - pregătirea suprafeţelorα - aplicarea lichidului penetrant, - îndepărtarea excesului de penetrant - aplicarea developantului - examinarea suprafeţelor colorate la ˚α θ˚α ↓≠ minute pentru identificarea defectelor

profunde sau a celor foarte mici (care apar mai târziu→ - curăţarea finalăγ

12.2.3. Echipamente de control Avantajele utilizării CLP sunt:

preţ de cost scăzutα echipamente simple; uşor de folosit în condiţii de şantier; interpretarea imediată a rezultatelor; aplicabilitatea pe orice tip de materiale (feroase, neferoase, ceramice, sticlăα mase

plastice etc) sensibilitate foarte mare la depistarea defectelor superficiale (deschiderea 0,01mm,

adâncimea ≠α≠↓ mmα lungimea ≠α↓mm →

Dezavantajele CLP sunt: numai depistarea defectelor deschise; nu se poate folosi la depistarea defectelor metalelor poroase sau fibroase; suprafeţele protejate prin vopsireα nichelareα cromareα zincare nu pot fi controlate; volum mare de manoperăγ

12.2.3.1. Seturi de lichide penetrante Sunt produse sub diferite mărci⁄ Spotcheckα Met-L-Check, Zyglo, Ardrox, Karl

Deutsch, Nivea Braşov etcγ 12.2.3.2. Lampă cu ultraviolete Lampa cu ultraviolete este o lampă specială cu cuarţ şi vapori de mercurα care se

foloseşte împreună cu lichidele penetrante fluorescente. 12.2.3.3. Piese de probă Sunt piese simple cu defecte naturale sau provocate artificial, rigide sau reglabile,

denumite şi corp de probăα defectometruα bloc de controlα etalon etcγ Aceste piese sunt

folosite pentru apreierea calităţii lichidelor sau stabilirea tehnologiei optime de control.

12.3. CONTROLUL MAGNETIC

12.3.1. Principiul controlului magnetic. Magnetizarea. Dispozitive pentru magnetizare

Materiale introduse într-un câmp magnetic uniform au proprietatea de a concentra sau dispersa (devia) liniile de câmp, proprietate ce stă la baza principiului controlului magnetic. Introducerea unui câmp magnetic uniform în materialele controlate se face prin magnetizarea

acestora. Magnetizarea poate fi produsă cu ajutorul magneţilor permanenţi sau a curentului

electric (alternativ, continuu, pulsatoriu). Dispozitivele folosite la magnetizarea cu ajutorul curentului electric sunt:

Jugul electromagnetic Solenoidul Tije de Cu, Al Electrozi plani sau mobili ce asigură magnetizarea prin injecţie de curent. Defectoscop specializat pe magnetizarea prin inducţie de curent (fig. 15.17).

12.3.3. Echipamente pentru magnetizare Având în vedere dimensiunileα greutatea şi modul de utilizareα echipamentele de

magnetizare pot fi: portative, mobile, staţionareα improvizate.

12.3.4. Metode de control magnetic A. Controlul cu pulberi magnetice

B. Controlul magnetografic C. Controlul magnetic prin inducţie

12.4. CONTROLUL ULTRASONIC 12.4.1. Producerea ultrasunetelor. Proprietăţile şi incidenţa acestora

Ultrasunetele în domeniul θγγγθ≠ MHz au aplicaţii în controlul materialelor metalice, după cum urmează⁄

a) Oţelurile carbon sunt controlabile astfel:

Oţelurile turnate şi forjate se pot controla cu frecvenţe joase ≠α˚γγγθ MHz datorită

granulaţiei mari; Oţelurile laminate se pot controla cu frecvenţe mai ridicate 2...6 MHz.

b) Fontele sunt controlabile astfel: Fontele cenuşiiα datorită grafitului sunt mai greu controlabileγ Pot fi controlate fontele cu

grafit lamelar având rezistenţa la rupere peste ↑≠≠ Nδmm2;

Fontele albe sunt similare oţelului turnatγ c) Oţelurile austenitice inoxidabile sau refractare, bogate în cromα nichel sau mangan

sunt mai greu de controlat datorită mărimii grăunţilorγ d) Aluminiu, magneziul şi aliajele lor se controlează uşorα cu parametrii reglaţi pentru

oţel carbonγ e) Cuprul şi aliajele sale (alamele, bronzurile), datorită coeficientului mare de atenuare

şi vitezei relativ mici de propagere a ultrasunetelorα sunt dificil de controlatγ