Download - CEW-4

Transcript
  • 2.3. NICHELUL I ALIAJELE SALE

    2.3.1.NICHELUL ELEMENTAR

    Nichelul a fost descoperit n anul1751 i se utilizeaz pe scar larg n industrie, att n stare

    pur, ct i sub form de aliaje cu alte metale. Se caracterizeaz printr-o rezisten bun la coroziune

    n diferite medii, prin rezisten la rupere suficient de ridicat i o plasticitate mare, putndu-se

    prelucra cu uurin prin deformare la cald i la rece.

    n natur este mai rspndit dect cuprul, dar ceva mai puin ca zincul. Coninutul su n

    scoara terestr este de 1,8102 %. Forma sub care se gsete este extrem de variat prin urmare i

    metodele folosite pentru extragerea sa sunt numeroase. Minereurile cele mai importante conin

    oxizi, sulfuri i silicai.

    Nichelul cristalizeaz n sistemul cubic cu fee centrate, avnd parametrul reelei a = 3,5167 ,

    distana interatomic de 2,486 i numrul de coordinaie 12.

    Exist o modificaie cu structur hexagonal care se obine prin condensarea vaporilor acestui

    metal sau prin aciunea unui curent gazos format dintr-un amestec de oxid de carbon i hidrogen, la

    presiunea atmosferic i temperatura de 175 C asupra nichelului cu reea cubic cu fee centrate.

    Ambele modificaii alotropice pot fi ntlnite la temperatur obinuit, ns la nclzire n vid peste

    250 C forma hexagonal (nichel ) se transform n modificaia cu structur cubic (nichel ). n intervalul de temperatur 340...380 C nichelul sufer o transformare nsoit de

    schimbarea proprietilor magnetice.

    Cele mai importante proprieti fizice, tehnologice i mecanice ale nichelului sunt:

    - temperatura de topire: 1455 C;

    - temperatura de fierbere: 2730 C;

    - cldura latent de topire: 1 400 cal/g;

    - cldura specific, la 20 C: 0,112 cal/Cg;

    - densitatea:8,9 g/cm3

    ;

    - coeficient de dilatare liniar la 20...100 C: 13,7106

    ;

    - modulul de elasticitate: 21 000 daN/mm 2 ;

    - limita de curgere: 60...70 daN/mm 2 ;

    - rezistena la rupere la traciune: 75...90 daN/mm 2 ;

  • - alungirea relativ (recopt): 35...40 %;

    - duritatea Brinell, recopt: 70...90 daN/mm 2 ;

    - temperatura de turnare : 1550...1650 C;

    - temperatura de recristalizare: 300 C;

    - contracia liniar la turnare: 1 %..

    Proprieti chimice. Nichelul este din punct de vedere chimic un element puin activ. La

    temperatura obinuit aerul, apa sau mpreun nu au nici o aciune asupra lui.

    Fiind foarte rezistent la aciunea mediului nconjurtor i n raport cu o serie de ageni chimici,

    nichelul se folosete pentru protejarea altor metale mai puin nobile, prin acoperiri galvanice.

    2.3.1.1. Influena elementelor nsoitoare asupra structurii i proprietilor nichelului

    Plumbul, bismutul i seleniul practic nu se dizolv n nichel i formeaz cu acesta eutectice

    uor fuzibile la fel ca i sulful, degradnd la coninuturi mai mari de 0,002...0.003 % proprietile i

    prelucrabilitatea prin deformare.

    Stibiul, arsenul i cadmiul n cantiti extrem de mici 0,003...0,005 % nrutesc brusc

    prelucrabilitatea prin deformare a nichelului i a aliajelor sale.

    Sulful este cea mai duntoare mpuritate n nichel. ntre

    nichel i sulf, aa cum se constat din diagrama de echilibru

    termic prezentat n figura 2.26, se formeaz o serie de

    combinaii: Ni 2 S, Ni 3 S 2 , Ni 7 S 6 , NiS, Ni 3 S 4 , NiS 2 . Sistemul

    prezint un eutectic la un coninut de 20,01 % sulf.

    Fig. 2.26. Diagrama de echilibru termic a sistemului

    nichel-sulf.

    Pentru a nltura influena duntoare a sulfului asupra nichelului i aliajelor sale, n tehnic

    se practic pe scar larg adugarea unei cantiti de 1,5 % Mn i 0,1 % Mg. Rezultate mai bune se

    obin, n ceea ce privete eliminarea sulfului printr-o desulfurare suplimentar cu un adaos de

    0,004...0,006 % litiu.

  • Hidrogenul se dizolv mai mult n nichel dect n cupru. Cercetrile fcute asupra sistemului

    nichel-hidrogen au demonstrat existena unor hidruri de tipul NiH, NiH 2 i NiH 4 . Toate aceste hidruri

    au proprietatea de a forma soluii solide cu hidrogenul.

    Tabelul 2.7

    Solubilitatea hidrogenului n nichelul solid

    Temperatura [C] 200 400 600 1000 1400

    Solubilitatea [cm 3 H 2 /100 g metal] 1,7 3,15 5,25 9,8 16,2

    Hidrogenul provoac n nichel, la fel ca i n cupru, boala de hidrogen, favoriznd astfel

    apariia suflurilor care conduc la scderea proprietilor mecanice i fizice ale metalului.

    Oxigenul se dizolv n nichelul metalic, producnd la cantiti mai mari de 0,22...0,24 %

    scderea brusc a plasticitii. Conform diagramei de echilibru, prezentat n figura 2.27, ntre nichel

    i oxigen pot s apar urmtorii compui: Ni 2 O, NiO, Ni 2 O 3 ,

    Ni 3 O 4 , Ni 4 O 5 i NiO 2 .

    Fig. 2.27. Diagrama de echilibru termic a sistemului

    nichel-oxigen.

    La solidificare, NiO se separ ca faz independent, la marginea grunilor i provoac fragilitatea

    metalului.

    Azotul formeaz cu nichelul o combinaie chimic nestabil, Ni 3 N. n nichel i n marea

    majoritate a aliajelor sale, azotul chiar dac se dizolv, nu are nici o influen duntoare.

  • Fosforul: Diagrama de echilibru a sistemului nichel

    -fosfor, prezentat n figura 2.28, explic motivul pentru

    care la elaborarea nichelului i aliajelor sale nu se

    utilizeaz ca dezoxidant acest element, folosit pe scar

    larg la eleborarea majoritii aliajelor de cupru.

    Fig. 2.28. Diagrama de echilibru termic pentru

    sistemul nichel-fosfor.

    Carbonul. Caracterul interaciunii dintre nichel i carbon prezint o mare importan practic,

    deoarece metalul este nsoit n permanen de acest element.

    Fig.2.29. Diagrama de echilibru termic

    pentru sistemul nichel-carbon.

    Din diagrama de echilibru prezentat n fig.

    2.29., rezult c ntre nichel (soluia saturat de

    carbon n nichel) i carbon se formeaz un

    eutectic, la concentraia de 2,22 % C i

    temperatura de 1318 C.

    La precipitarea carbonului sub form de

    grafit, nichelul i pierde maleabilitatea i capacitatea de a fi prelucrat prin deformare plastic, att la

    cald ct i la rece. Aa se explic de ce limita superioar de carbon admis n nichel este de numai

    0,15 %. La un coninut de 1 % carbon, nichelul devine att de casant, nct poate fi pulverizat.

    Fierul, cobaltul, cuprul i manganul formeaz cu nichelul soluii solide care mresc puin

    rezistena mecanic i rezistivitatea electric, dar nu au influen negativ asupra prelucrrii prin

    deformare plastic.

    Cromul confer rezisten la oxidare ca urmare a apariiei peliculei de oxizi (Cr 2 O 3 i

    Cr 2 NiO 4 ) compact, cu o mare rezisten la coroziune; formeaz carburi intergranulare de tipul

    Me23 C 6 i Me 7 C 3 ; mbuntete refractaritatea i valoarea rezistivitii.

  • 2.3.2 ALIAJELE NICHELULUI

    Aliajele pe baz de nichel sunt materiale metalice de o importan covritoare n tehnic,

    datorit proprietilor deosebite pe care le posed, dintre care putem aminti: caracteristici mecanice

    foarte bune att la temperaturi ridicate ct i la temperaturi sczute, refractaritate i rezisten la

    coroziune, proprieti magnetice (permeabilitate magnetic variabil sau constant, pentru magnei

    permaneni), rezisten la uzur i proprieti de antifriciune corespunztoare, coeficient de dilatare

    practic nul n domeniul de temperatur 0...100 C sau apropiat de cel al platinei i sticlei, rezistivitate

    electric, for termoelectromotoare ridicat etc.

    Dup proprieti i domeniile de utilizare, aliajele pe baz de nichel pot fi convenional

    mprite n: - aliaje pentru industria construciilor de maini;

    - aliaje pentru industria electrotehnic i electronic;

    - aliaje cu proprieti fizice speciale (aliaje refractare, aliaje cu memorie,

    aliaje pentru industria aerospaial, energetic, nuclear, chimic, alimentar i criogenie).

    n industria constructoare de maini, unde se cer materiale cu o nalt rezisten mecanic i o

    mare stabilitate la coroziune se utilizeaz mai ales aliajele nichelului cu cupru, fiind prezente i alte

    elemente de aliere precum i aliaje pe baza altor sisteme.

    2.3.2.1. ALIAJE NICHEL - CUPRU I MAI COMPLEXE

    Proprietile caracteristice ale aliajelor pe baza acestui sistem sunt rezistena foarte mare la

    coroziune, stabilitatea ridicat pn la 500 C; se comport mai bine dect nichelul n mediu

    reductor i dect cuprul n mediu oxidant i posed o rezisten la fluaj superioar n intervalul

    250...500 C. n comparaie cu aliajele pe baz de cupru i fier.

  • Conform diagramei de echilibru prezentat n figura 2.30, aceste dou elemente, fiind

    izomorfe i avnd razele atomice de dimensiuni

    foarte apropiate, se aliaz n orice proporie, avnd

    o miscibilitate total n stare lichid.

    Fig.2.30. Diagrama de echilibru termic

    pentru sistemul nichel-cupru.

    Rezistena la traciune crete odat cu

    mrirea coninutului de nichel i atinge un maxim la

    60...70 % Ni, fiind nsoit de scderea plasticitii,

    dar totui alungirea rmne mai mare de 40 %,

    figura 2.31. Ca urmare a acestui fapt, aceste

    materiale metalice sunt apreciate pentru

    proprietile lor bune de prelucrare, att la cald ct

    i la rece, putnd fi ambutisate adnc, matriate, extrudate, trefilate etc., dar au proprieti de

    achiabilitate reduse.

    n sistemul Ni-Cu rezistivitatea electric i atinge valoarea maxim la 50 % cupru, iar

    coeficientul de temperatur a rezistivitii devine minim la aceast compoziie.

    Fig. 2.31. Variaia rezistenei la rupere i a

    alungirii n sistemul cupru-nichel.

    Aceste materiale metalice au proprieti de

    turnare dificile: temperatur ridicat (1400...1500 C),

    tendin mare de absorbie a gazelor, de a forma

    retasuri i incluziuni de zgur, o fluiditate mic etc.

    Aceste aliaje sunt preferabil s fie elaborate n cuptoare electrice cu inducie, pentru a se

    scurta ct mai mult timpul. Topirea optim se realizeaz n vid, dac nu este posibil, n mediu neutru,

    n cel mai ru caz n atmosfer oxidant, dar se interzice elaborarea n atmosfer reductoare.

  • 2.3.2.1.1. ALIAJE .NICHEL - CUPRU - ZINC

    Aceste aliaje cunoscute sub numeroase denumiri comerciale (alpaca, neusilber, argentan etc.)

    au o culoare argintie atunci cnd coninutul de nichel este mai mare de 20 %. La adugarea nichelului

    n alame este posibil schimbarea culorii de la galben, respectiv rou, prin verzui, alb, argintiu,

    albstrui pn la albastru.

    Zincul acioneaz favorabil att asupra plasticitii i fluiditii ct i a rezistenei la rupere la

    traciune.

    Staniul i plumbul sunt adugate pentru mbuntirea fluiditii, a proprietilor de achiere

    i antifriciune, fcnd apte aliajele pentru obinerea cuzineilor, pistoanelor pentru pompe, a

    lagrelor de alunecare.

    n timpul elaborrii, pentru a se evita impurificarea cu gaze, se recomand folosirea unor

    fondani de protecie formai din amestecuri care conin NaCl, Na 2 CO 3 , Na 2 B 4 O 7 , sprturi de

    sticl i nisip cuaros uscat.

    Turnarea se realizeaz la 1100...1300 C n forme metalice sau nemetalice, pudrate n interior

    cu o vopsea pe baz de grafit.

    2.3.2.1.2. ALIAJE NICHEL - CUPRU - ALUMINIU

    2.3.2.2. ALIAJE NICHEL - MANGAN

    Pot fi binare sau complexe i sunt caracterizate printr-o mare refractaritate i rezisten la

    oxidare, au o temperatur nalt de volatilizare chiar la un vid naintat, posed putere de emisie de

    electroni n tuburi catodice i se prelucreaz uor prin deformare la cald i la rece.

    n calitate de elemente de aliere sunt utilizate Al, Fe, Si i C care n cantitile adugate nu

    formeaz faze noi, dizolvndu-se integral n nichel.

    2.3.2.3. ALIAJE NICHEL - FIER

    Dezvoltarea tehnicii n domeniul telecomunicaiilor, automatizrii n industria msurtorilor i

    aparaturii electrice, n electronic i a instalaiilor de nalt precizie, necesit aliaje cu proprieti

    deosebite, care s se modifice foarte puin cu temperatura sau s rmn constante n anumite limite

    ale acestuia. n acest sens, proprietile cele mai valoroase (coeficieni de dilatare constani n

    domeniul de temperaturi 0...100 C, sau apropiai de ai platinei i sticlei; permeabilitate magnetic

    mare i for coercitiv mic; magnetizare permanent; proprieti magnetice care sunt constante

  • ntr-un domeniu de temperatur; rezisten ridicat la coroziune i oxidare etc.) le posed aliajele pe

    baza sistemului nichel - fier.

    La temperaturi peste 1000 C, fig. 2.33, nichelul cu fierul formeaz un ir nentrerupt de soluii

    solide care cristalizeaz n sistemul cubic cu fee centrate.

    Fig. 2.33. Diagrama de echilibru termic pentru sistemul nichel-

    fier.

    Aceste aliaje sunt utilizate pentru construcia releelor foarte

    sensibile, transformatoarelor i bobinelor de oc care lucreaz n

    cmpuri slabe, n aparate de precizie, ecrane magnetice,

    transformatoare de frecven joas i ridicat, inductori care funcioneaz la frecven nalt,

    amplificatoare magnetice care funcioneaz n gama frecvenelor acustice, aparate de msur etc.

    2.3.2.4. ALIAJE NICHEL - CROM

    Aceste aliaje ndeplinesc n cele mai bune condiii cerinele impuse materialelor folosite

    pentru confecionarea elementelor de nclzire ale cuptoarelor electrice: refractaritate ridicat i o

    rezisten la coroziune deosebit n atmosfer oxidant i la aciunea altor gaze cu care vin n

    contact; o durat de funcionare ndelungat la temperatura de regim; rezistivitate electric mare i

    un coeficient mic de variaie a acesteia cu temperatura; proprieti mecanice, tehnologice

    satisfctoare; posibiliti de prelucrare i de sudare prin toate metodele cunoscute i pre de cost

    relativ redus.

    proprietilor mecanice i reduce progresiv temperatura punctului Curie, odat cu creterea

    coninutului su, aceasta atingnd 0 C la 15 % Cr.

    Aliajele care sunt utilizate n mod curent n practica industrial (cromel, nicrom) au un

    coninut de crom de pn la 30 % Cr, avnd o structur tipic de soluie solid, ceea ce permite o

    prelucrare uoar prin deformare la cald i la rece.

    2.3.2.5. ALIAJE REFRACTARE PE BAZ DE NICHEL

    Aceste aliaje pot funciona n domeniul temperaturilor 800...1000 C, avnd n compoziie, ca

    elemente de aliere: Cr, Co, Fe, Al, Ti, Mo, Wo, Nb, Ta, Be, metale din grupa platinei; beriliu, cupru,

    argint ca modificatori i adausuri de rafinare (B, Zr, Hf, Mg, Mn, Th, Ce, Ca, La, Y, Li, Si, C); vanadiu

    precum i oxizi ai metalelor din grupa pmnturilor rare

  • 2.4. ZINCUL I ALIAJELE PE BAZ DE ZINC

    2.4.1. ZINCUL ELEMENTAR

    Zincul este unul din metalele industriale importante, fiind utilizat n industria chimic,

    industria poligrafic, n galvanotehnie i n alte domenii ale tehnicii, att sub form metalic, ct i

    sub form de aliaje.

    Zincul se caracterizeaz printr-o plasticitate bun la cald, proprieti mecanice medii i o

    rezisten ridicat la coroziune.

    Face parte din grupa a doua a sistemului lui Mendeleev, cu numrul de ordine 30 i cu o greutate

    atomic de 65,38. Are 12 izotopi a cror mas atomic variaz ntre 62 i 73, unii din ei fiind

    radioactivi. Cristalizeaz n sistemul hexagonal compact i nu prezint transformri alotropice.

    Cele mai importante proprieti fizico-mecanice ale zincului sunt date n tabelul2.8.

    Tabelul 2.8

    Proprietile fizico-mecanice ale zincului

    Nr. crt. Proprietatea U.M. Valoarea

    1 Temperatura de topire C 419,5

    2 Temperatura de fierbere C 906,4

    3 Densitatea metalului turnat kg/dm 7,13

    4 Densitatea metalului topit kg/dm 6,92

    5 Cldura latent de topire kcal/mol 0,153

    6 Cldura specific la 20 kJ/gC4,18 0,0910

    7 Coeficient de dilatare liniar ntre 20...250 J/cmsC4,18 39,510

    8 Rezistena la rupere la traciune, n stare turnat [daN/mm] 8...10

    9 Rezistena la rupere la traciune, n stare

    deformat

    [daN/mm] 11...15

    10 Rezistena la rupere la traciune, n stare recoapt [daN/mm] 7...10

    11 Rezistena la curgere a zincului turnat [daN/mm] 7,5

    12 Rezistena la curgere a zincului deformat [daN/mm] 8...10

    13 Alungirea relativ a zincului turnat % 0,3...0,5

    14 Alungirea relativ a zincului deformat % 10...20

    15 Alungirea relativ a zincului recopt % 40...50

    16 Duritatea Brinell n stare turnat [daN/mm] 30...40

    17 Duritatea Brinell n stare deformat [daN/mm] 35...45

    Proprieti chimice. Zincul se dizolv bine n acizi i alcalii, iar nclzit la rou descompune

    energic vaporii de ap. Oxizii unor metale (Cd, Pb, Cu, Ni) sunt redui de zinc.

  • Pn la temperaturi de 600 C dizolv hidrogenul, att n stare solid, ct i dup trecerea n

    stare lichid.

    Zincul n atmosfer uscat nu se oxideaz, pstrndu-i suprafaa strlucitoare mult timp;

    numai la temperaturi peste 150C ncepe s se formeze n mod vizibil oxidul de zinc. n oxigen perfect

    uscat oxidarea metalului are loc foarte lent, chiar la 400C, ns, trecut n stare lichid se oxideaz

    repede i se acoper la suprafa cu o crust de culoare cenuie.

    2.4.1.1. Influena elementelor nsoitoare asupra zincului

    Staniul formeaz cu zincul un eutectic uor fuzibil, care se separ la limitele grunilor i

    provoac apariia fisurilor la prelucrarea plastic la cald a metalului. De aceea, zincul destinat pentru

    laminare nu trebuie s conin mai mult de 0,002 % Sn.

    Plumbul are o influen redus asupra caracteristicilor mecanice

    Fierul mrete duritatea, dar scade puternic plasticitatea.

    Cadmiul, dei formeaz cu zincul un eutectic uor fuzibil, la 266C, influeneaz n mic

    msur proprietile de plasticitate.

    Magneziul produce durificarea i fragilitatea zincului, datorit formrii de faze intermetalice

    dure.

    Prezena simultan n zinc a elementelor Pb, Sn i Cd provoac o reducere brusc a rezistenei

    la coroziune.

    Cea mai mare cantitate de zinc este folosit la obinerea alamelor. De asemenea este utilizat

    n diferite domenii ale tehnici, n special n industria constructoare de maini, galvanotehnie,

    metalurgia aurului i plumbului.

    n afara folosirii n stare metalic, zincul este ntrebuinat adesea n industria vopselelor, a

    cauciucului, n ceramic i n industria mtsii artificiale, sub form de oxid i sruri ale diferiilor

    acizi. n ultimul timp, clorura de zinc (ZnCl 2 ) a cptat o mare ntrebuinare la rafinarea aliajelor

    metalelor neferoase.

    2.4.2. ALIAJE DE ZINC

    Aliajele pe baz de zinc, se pot clasifica dup destinaie, n urmtoarele categorii: - aliaje de

    turntorie ( n special pentru turnare sub presiune);

    - aliaje deformabile;

    - aliaje de antifriciune;

    - aliaje tipografice;

    - aliaje de lipit.

  • n funcie de sistemele binare i ternare, care stau la baz, aliajele de zinc se pot clasifica n

    urmtoarele grupe:

    - aliaje cu baz de zinc cu aluminiu;

    - aliaje cu baz de zinc cu cupru;

    - aliaje cu baz de zinc cu aluminiu i cupru;

    - aliaje cu baz de zinc cu aluminiu i magneziu;

    - aliaje cu baz de zinc cu mangan;

    - aliaje cu baz de zinc cu litiu;

    - aliaje cu baz de zinc cu cadmiu.

    2.4.2.1. ALIAJE DE ZINC DE TURNTORIE

    Se folosesc, n special, pentru obinerea prin turnarea sub presiune a unor piese mici,

    fasonate.

    Aceste aliaje pot fi mprite convenional, n trei grupe: aliaje zinc-aluminiu, aliaje zinc-cupru

    i aliaje zinc-aluminiu-cupru.

    Aliaje zinc-aluminiu. Din diagrama de echilibru termic a sistemului Zn-Al, prezentat n fig.

    2.35, se constat c zincul formeaz cu aluminiul un eutectic cu un coninut de 5,1 % Al, avnd

    temperatura de topire de 382 C. Soluia solid (Zn), bogat n zinc, dizolv mai mult aluminiu la temperaturi ridicate dect la temperaturi joase.

    Fig.2.35. Diagrama de echilibru termic

    pentru sistemul zinc-aluminiu.

    Solubilitatea aluminiului n zinc la

    temperatura eutectic este de 1,02 % i

    se micoreaz la 0,05 la temperatura

    mediului ambiant. Ca urmare domeniul

    soluiei solide se simbolizeaz i cu Zn, datorit concentraiei sczute a

    aluminiului n acesta.

    Faza ZnAl se formeaz n urma

    reaciei peritectice:

  • L + 420

    C (2.29)

    Aceast faz la temperatura de 275 C sufer o descompunere eutectoid:

    ZnAl 275

    C + (2.30)

    Soluia solid , bogat n aluminiu, cristalizeaz n sistemul cubic cu fee centrate.

    Aluminiul mbuntete proprietile mecanice ale zincului, mai ales n cazul aliajelor presate.

    Un adaus de 4 % Al ridic rezistena de rupere la traciune de la 10 la 30 daN/mm 2 i alungirea

    relativ de la 5 % la 30. De asemenea, acest element mbuntete apreciabil fluiditatea zincului i

    deci capacitatea sa de turnare.

    Aliajele de zinc-aluminiu, datorit tendinei de corodare, conin ntotdeauna un adaos de circa

    0,05 % Mg.

    Nichelul prezent n aceste aliaje mrete stabilitatea lor la mbtrnire.

    Aliajele Zn-Al-Cu (cunoscute sub denumirea de zamak) sunt cele mai rspndite aliaje pentru

    turnarea sub presiune, avnd proprieti mecanice bune i proprieti tehnologice de turnare foarte

    bune. Aceste materiale metalice prezint avantaje foarte importante fa de alte aliaje utilizate n

    acest scop. Astfel, n comparaie cu aliajele pe baz de aluminiu, ele au proprieti de turnare i

    mecanice superioare i nu se lipesc de forma metalic, iar fa de cele pe baz de cupru sunt mai

    ieftine, iar formele metalice utilizate la turnare au o durabilitate mult mai ridicat.

    n acelai timp elaborarea zamakurilor se realizeaz cu consumuri energetice mult mai mici

    dect a celor pe baz de aluminiu i cupru.

    n cazul n care piesele nu trebuie s ndeplineasc condiii speciale, n ceea ce privete

    greutatea specific i funcionarea la temperaturi ridicate, aliajele de zinc pot s fie utilizate pentru

    producerea celor mai importante organe de maini.

    Compoziiile precum i proprietile aliajelor de zinc pentru turntorii sunt reglementate prin

    STAS 6025. Este de menionat faptul c norma amintit cuprinde doar dou mrci de aliaje, fiecare cu

    4 % Al. Au fost cercetate i stabilite noi compoziii pentru turnare, cu 9, 12 respectiv 27 % Al.

    Totui, aceste aliaje pentru a corespunde cerinelor este necesar s nu conin o cantitate de

    impuriti duntoare: Pb, Cd, Sn etc., deoarece prezena lor contribuie la intensificarea coroziunii

    intercristaline i la mdificarea dimensiunilor pieselor turnate, ceea ce provoac apariia fisurilor.

    2.4.2.2. ALIAJE DE ZINC DEFORMABILE

    Aceste aliaje se bazeaz tot pe sistemele tratate mai nainte i sunt caracterizate prin

    proprieti mecanice foarte bune.

    Pentru mbuntirea proprietilor mecanice, a rezistenei la coroziune, aliajele deformabile,

    pe baza sistemului Zn-Al-Cu-Mg, sunt microaliate cu bismut, beriliu, nichel, titan, argint etc.

  • Numeroase aliaje pe baz de zinc sunt superplastice, proprietate folosit pe larg n tehnologia

    de deformare, compoziia cea mai caracteristic este: 9 % Sn, rest % Zn - cunoscut sub denumirea de

    staniol.

    2.4.2.3. ALIAJE ANTIFRICIUNE PE BAZ DE ZINC

    Cele mai valoroase proprieti mecanice i de antifriciune le au aliajele din sistemul Zn-Al-Cu,

    fiind destinate obinerii lagrelor mainilor unelte, piese mici la mainile de ridicat, a forjelor i

    laminoarelor.

    2.4.2.4. ALIAJE DE LIPIT PE BAZ DE ZINC

    Aliajele de lipit pe baz de zinc se utilizeaz pentru mbinarea produselor metalice. n funcie

    de destinaia lor, aliajele de lipit trebuie s aib o temperatur de topire relativ joas, aderen bun

    fa de alte metale sau aliaje, capacitate mare de difuzie i s dea o mbinare destul de rezistent.

    n funcie de temperatura de topire i de destinaie, aliajele de lipit se mpart n aliaje moi i

    tari. Din grupa aliajelor de lipit moi fac parte i aliajele pe baz de zinc.

    n tehnic sunt utilizate aliaje de lipit din sistemul Zn-Cd i Sn-Zn, destinate pentru lipirea

    magneziului, aluminiului i aliajelor sale, precum i pentru lipirea diferitelor metale pe ceramic.

  • 2.5. PLUMBUL, STANIUL I ALIAJELE PE BAZ DE

    PLUMB I STANIU

    2.5.1. PLUMBUL I STANIUL ELEMENTAR

    Plumbul i staniul fac parte din grupa metalelor neferoase care se caracterizeaz printr-o

    temperatur de topire relativ sczut, o duritate mic i o bun stabilitate la coroziune. Ca urmare a

    proprietilor lor, aceste dou metale au gsit o larg utilizare n diferite domenii ale tehnicii, att n

    stare metalic, ct mai ales sub form de aliaje.

    Staniul prezint dou modificri alotropice:

    - -staniu alb, are nsuiri metalice, cristalizeaz n sistemul tetragonal, este stabil la temperaturi mai mari de 13,2 C i

    - -staniu cenuiu, are nsuiri semiconductoare, cristalizeaz ntr-o reea de tip

    diamant, este stabil sub temperatura de 13,2 C.

    Trecerea staniului n staniu este ntrziat de prezena impuritilor (elementelor nsoitoare):Bi, Sb, Pb, Cd etc., i n acelai timp, aceste elemente, coboar i temperatura de

    transformare. Astfel, de exemplu, prezena a 0,5 % Bi ntrzie transformarea staniului n staniu . Prin urmare, transformarea alotropic se va produce la o temperatur mult inferioar, i n acelai

    timp la viteze mrite, cnd modificarea de volum poate s ajung pn la 27 %. Acest modificare de

    volum duce la pulverizarea staniului, fenomenul este cunoscut sub denumirea de ciuma staniului.

    Plumbul nu prezint fenomenul de polimorfism, cristalizeaz n sistemul cubic cu fee

    centrate.

    2.5.1.1.Proprietile chimice, fizice, mecanice i tehnologice

    Staniul este un metal foarte stabil n condiii obinuite, deoarece nu reacioneaz cu apa

    dulce, de mare, acizi organici, produse alimentare, se oxideaz destul de lent chiar n prezena

    umiditii i se dizolv greu n acizii diluai. Oxidarea metalului nu se intensific la temperaturi mai

    mari de 150 C, cnd se formeaz la suprafaa sa o pelicul de oxid dens i rezistent, foarte subire,

    care-l protejeaz de oxidarea ulterioar.

    Stabilitatea la coroziune a plumbului depinde n mare msur de puritatea metalului.

  • Caracteristicile fizice, mecanice i tehnologice ale plumbului i staniului sunt prezentate n

    tabelul 2.9.

    Tabelul 2.9

    Caracteristicile fizice, mecanice i tehnologice ale plumbului i staniului

    Caracteristici U.M Starea Staniu Plumb

    Greutatea specific la 20 C kg/dm 3 - 5,85 7,2984 11,3915

    Temperatura de topire sau de transformare C - 13,2 231.9 327,4

    Temperatura de fierbere C - - 2270 1744

    Cldura specific la 0 C cal/gC - - 0,0541 0,0305

    Coeficient de dilatare liniar ntre 0...100 C 106 /C - - 23 29,5

    turnat - 1,9...2,1 1,1...1,3

    Rezistena la rupere la traciune [daN/mm 2 ] deformat - 1,7 1,5

    recopt - 1,2 1,12

    Limita de curgere [daN/mm 2 ] turnat - 1,2 0,5

    turnat - 4,9...5,2 3,2...4,5

    Duritatea Brinell [daN/mm 2 ] deformat - 5,4 3...4,8

    recopt - 5,2 -

    turnat - 35...60 30...40

    Alungirea relativ % deformat - 37 -

    recopt - 80...90 60...70

    Temperatura de turnare C - - 350..40

    0

    445..480

    Contracia la turnare % - - 2,8 3,5

    Temperatura de nceput de recristalizare C - - 10...25 15...20

    Plumbul i staniul au o larg utilizare n technic, mai ales sub form de aliaje uor fuzibile,

    aliaje antifriciune i aliaje de lipit. De altfel, dintre metalele nepreioase, plumbul este singurul metal

    antiacid i din aceast cauz nu se poate concepe o industrie chimic modern fr utilizarea lui.

    Aceste dou metale sunt componenii principali de aliere ai cuprului, att pentru obinerea

    alamelor speciale, ct i pentru bronzurile cu staniu sau plumb, materiale metalice excelente pentru

    producerea lagrelor, cuzineilor i a altor piese care lucreaz sub sarcin la frecri mari

    O parte important din consumul total de staniu se utilizeaz pentru cositorirea tablelor,

    fabricarea foielor de staniu i a tuburilor, n industria chimic i n scopul cositoririi electrolitice.

    n afar de acestea, staniul este elementul principal ale aliajelor decorative, iar plumbul

    reprezint elementul de baz pentru compoziiile tip babbit.

  • Plumbul se consum, de asemenea, n cantiti mari la fabricarea alicelor i gloanelor. n

    toate aceste cazuri se adaug n plumb stibiu sau arsen, pentru a-i mri tensiunea superficial i

    duritatea.

    2.5.2. ALIAJE PE BAZ DE STANIU I PLUMB

    Aliajele acestor dou metale n funcie de compoziie i domeniile de utilizare se pot clasifica

    n urmtoarele grupe: - aliaje de lipit;

    - aliaje antifriciune;

    - aliaje tipografice;

    - aliaje pentru acumulatoare, armturi i cabluri electrotehnice;

    - aliaje uor fuzibile;

    - aliaje cu destinaie special.

    2.5.2.1. ALIAJE DE LIPIT

    Aliajele pentru lipirea materialelor metalice, ceramice sau produse din sticl, n funcie de

    destinaia lor, trebuie s aib o temperatur de topire relativ joas, proprieti bune de umectare, o

    aderen perfect, o mare capacitate de difuzie, permind n acelai timp obinerea unor mbinri

    suficient de rezistente. De asemenea, aceste materiale metalice trebuie s posede o fluiditate foarte

    bun, pentru a umple toate interstiiile de lipit, o stabilitate ridicat la coroziune, coeficieni de

    dilatare aproape egali cu ai materialelor de mbinat, o rezisten de contact ct mai mic i o

    conductibilitate electric ct mai ridicat (pentru domeniul electronic, electrotehnic i radiotehnic),

    precum i un pre de cost relativ sczut.

    Dintre aliajele de lipit ale staniului i plumbului, uor fuzibile, cele mai rspndite n tehnic

    sunt pe baza urmtoarelor sisteme: Sn-Pb; Sn-Pb-Cd; Sn-Pb-Zn i Pb-Ag, fiind utilizate pentru lipirea

    oelurilor, cuprului, aluminiului i aliajelor lor, materialelor metalice cu ceramic sau sticl, lipituri

    fine n electrotehnic, radiotehnic, electronic, n instalaiile medicale etc.

    2.5.2.1.1. Aliaje staniu-plumb. Conform diagramei de echilibru prezentat n figura 2.38, ntre

    aceste dou metale se formeaz un eutectic i dou soluii solide i . Eutecticul de compoziia 61,9 % Sn + 38,1 % Pb are o temperatur de topire de 183 C i se caracterizeaz printr-o bun fluiditate.

    Avnd n vedere aceast caracteristic, materialele metalice cu o compoziie apropiat de eutectic se

    utilizeaz pentru lipirea pieselor care nu trebuie s se nclzeasc prea mult sau unde sunt interstiii

    numeroase i extrem de fine n care poate s ptrund numai un aliaj foarte fluid.

  • Fig. 2.38. Diagrama de echilibru termic a

    sistemului staniu-plumb.

    Soluia solid conine la temperatura eutecticului 2,5 % Pb, iar la temperatura mediului

    ambiant solubilitatea plumbului n staniu se

    micoreaz, ajungnd la 0,4 %. Materialele metalice

    cu structur au proprietatea de a lipi n bune condiiuni majoritatea oelurilor i aliajelor de cupru. Ele au o temperatur sczut de topire, o bun stabilitate la coroziune i, datorit coninutului mic de

    plumb, sunt inofensive pentru organism i ca atare se pot utiliza n calitate de materiale metalice de

    lipit n industria alimentar i la aparatura medical.

    2.5.2.1.2. Aliaje staniu-zinc. Sunt folosite pentru lipirea aluminiului i aliajelor sale, a zincului,

    cuprului, alamei, bronzurilor i a oelului galvanizat. Conform diagramei de echilibru, figura 2.39, cele

    dou metale sunt complet miscibile n stare lichid, dar parial miscibile n stare solid. La

    temperatura eutectic, 199 C, solubilitatea zincului n staniu i a staniului n zinc este de 1,1 %,

    respectiv 0,1 % (valoare neglijabil- ca urmare n diagrama de echilibru nici nu apare soluia solid pe

    baz de zinc). Materialele metalice cu cea mai larg utilizare n tehnic pe baza acestui sistem, au

    urmtoarele compoziii: - 92 % Sn + 8% Zn (staniol);

    - 70 % Sn + 30 % Zn;

    - 60 % Sn + 40 % Zn, cu sau fr adaosuri de cadmiu,

    plumb, aluminiu, magneziu sau cupru.

    Fig. 2.39. Diagrama de echilibru termic

    pentru sistemul staniu-zinc.

  • 2.5.2.1.3. Aliaje plumb-argint. Conform diagramei de echilibru, figura 2.40, ntre aceste

    dou elemente se formeaz un eutectic cu

    compoziia 97,5 % Pb i 2,5 % Ag, avnd o

    temperatur de topire de 304 C. Prezena argintului

    n plumb favorizeaz mbuntirea proprietilor de

    lipire a acestuia, reduce temperatura de topire i

    amelioreaz conductivitatea electric.

    Fig. 2.40. Diagrama de echilibru termic

    pentru sistemul plumb-argint.

    2.5.2.2. ALIAJE ANTIFRICIUNE

    Aliajele antifriciune pe baz de staniu sau plumb sunt considerate printre cele mai bune

    materiale pentru lagre, fiind caracterizate prin:

    - temperatur sczut de topire;

    - proprieti bune de turnare;

    - rezisten ridicat la frecare i compresiune la presiuni i viteze mari;

    - stabilitate nalt la coroziune n diferite substane folosite pentru ungere;

    - conductivitate termic suficient;

    - aderen corespunztoare la pereii lagrului;

    - rezisten mare la uzur;

    - o uoar prelucrare prin achiere.

    De asemenea, posed o mare plasticitate i o duritate suficient pentru a asigura valori mici

    coeficienilor de frecare, avnd o structur heterogen, alctuit dintr-o baz moale (metal pur,

    soluie solid sau eutectic) n care se gsesc distribuii uniform compui intermetalici duri, figura 2.41.

    Dezavantajul cel mai important al acestor materiale metalice l reprezint proprietile

    mecanice foarte sczute, ceea ce implic folosirea unui suport din font, oel, alam sau bronz,

    pentru turnarea compoziiilor de lagr.

  • Fig. 2.41. Reprezentare pentru structura

    aliajelor de antifriciune.

    Toate aliajele de antifriciune pe baz

    de staniu i plumb conin stibiu, deoarece

    contribuie la durificarea lor, conferindu-le

    proprieti de antifriciune.

    Aceste materiale metalice pot fi mprite convenional n trei grupe:

    - aliaje pe baz de staniu;

    - aliaje pe baz de plumb;

    - aliaje pe baz de staniu i plumb.

    2.5.2.3. ALIAJE TIPOGRAFICE

    Ca materiale metalice tipografice se utilizeaz mai ales aliajele pe baz de plumb, cu adausuri

    de stibiu, staniu, cupru i arsen. Ele sunt, n general, aliaje de compoziie eutectic, deoarece astfel se

    realizeaz o fluiditate optim la turnare. n funcie de destinaia lor, aliajele tipografice se mpart n

    aliaje pentru maini de cules i pentru turnarea literelor, fiind caracterizate prin urmtoarele

    proprieti:

    - duritate i rezisten la uzur ridicat, astfel nct dup utilizri repetate caracterele

    tipografice s nu devin neclare;

    - fluiditate bun la supranclziri i o tmperatur joas de topire (sub 300 C), avnd n

    vedere c aliajul trebuie s fie retopit de mai multe ori, fr pierderi nsemnate;

    - capacitate foarte bun de umplere a formei, pentru a reda cu fidelitate toate detaliile

    literelor;

    - contracie ct mai mic la solidificare i o compactitate suficient;

    - stabilitate mare la coroziune fa de substanele cu care vin n contact;

    - caracteristici mecanice medii, pentru a nu suporta deformri n timpul funcionrii.