Aceasta este versiunea html a fişierului http OPTIMIZARE

8/6/2019 Aceasta este versiunea html a fiierului http OPTIMIZARE

1/58

Aceasta este versiunea html a fiierului http://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.doc.Google genereaz automat versiuni html ale documentelor cutate pe Web.

CUPRINSOBIECTIVELE GENERALE SI SPECIFICE ALE PROIECTULUI 2

OBIECTIVELE FAZEI DE EXECUTIE..3

REZUMATUL FAZEI.4

INTRODUCERE ....6

1 Costul i disponibilitatea materialelor ...7

2 Materiale utilizate n industria de autoturisme ..9

3 Proprietile materialelor metalice13

3.1 Proprieti fizice...17

3.2 Proprieti chimice...18

3.3Proprieti mecanice...19

3.4Ruperea materialelor metalice.29

3.5Proprieti tehnologice.263.6Proprieti de exploatare..28

4 Oeluri utilizate n industria auto..33

5 Fonte utilizate n industria auto...40

6 Tratamente termochimice 43

4.1 Carburarea ..43

4.2 Carbonitrurarea ..44

7 Dezvoltri de materiale utilizate in industria auto ..48

8 Prelucrarea termoelectrochimic a metalelor i aliajelor50

9 Concluzii .55

Bibliografie ..57
http://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.dochttp://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.dochttp://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.dochttp://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.dochttp://www.upit.ro/ccma/Proiect_TIMAT%20AUTO/docs/Raport%20Cercetare%20Et_I.doc


2/58

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

Obiectivele generale ale proiectului vizeaz n principal colaborarea ntre colective de experi ce iidesfoar activitatea n domenii complementare, dezvoltarea parteneriatului instituional ntreuniversiti institute de cercetare industrie, crearea unor clustere tiinifice i tehnologice integratecare s permit cresterea competenei tehnologice i promovarea transferului de cunotine itehnologii n domeniul materialelor metalice cu proprietati de suprafata controlate, crearea de produse,

procese i tehnologii curate, optimizarea procedeelor de procesare a materialelor de interes,dezvoltarea de noi produse i procese cu nalt valoare adugat, dezvoltarea de noi direcii tiinifice

pe tematica abordat n vederea racordrii cercetrilor din cadrul prezentului proiect la tematicaeuropean/mondial de cercetare (Eureka, NATO, FP7) ceea ce va duce la cresterea competitivitatiiRomaniei in domeniul cercetarii materialelor. Proiectul propus, face parte dintr-un domeniuinterdisciplinar, imbinind activiti de cercetare tiinifica i tehnica specifice tiinei si ingineriei

suprafetelor, ingineriei mecanice, interactiei radiatiilor cu substanta, respectiv tehnicilor decaracterizare fizico-chimica a suprafetelor, ceea ce confer temei un grad deosebit de complexitate, inecesit un nalt grad de competen a participanilor, aliniind tema la cercetrile europene dindomeniu i o direcioneaz pe tematici specifice mai multor platforme tehnologice europene(EUMAT, PT4 etc.)Obiectivele specifice ale proiectului sunt: optimizarea tratamentelor termoelectrochimice decementare, asistate in plasma electrochimica, a tratamentelor de suprafata a componentelor metaliceutilizand fascicule ionice, fascicule de electroni, descarcari in plasma si radiatie LASER si aacoperirilor suprafetelor materialelor metalice cu staturi protectoare la coroziune si ultradure prindepunere laser pulsata, magnetron sputtering, procedee electrochimice si chimice.Pentru a realiza obiectivele specifice, activitatile propuse se pot grupa astfel:

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

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

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

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

Proiectarea unei instalatii pilot in vederea realizarii transferului tehnologic

Activitatile de cercetare vor fi corelate cu evolutia, tendintele si rezultatele viitoare obtinute decomunitatea stiintifica internationala.

Obiectivele fazei de executie

a) Identificarea componentelor metalice supuse la coroziune si uzurab) Elaborarea unui caiet de sarcini privind cerintele de rezistenta la coroziune, uzura si cerintele dedesign a componentelor metalice utilizate in productia de automobile.


3/58

Rezumatul fazei

Industria constructoare de autovehicule este unul dintre cei mai importani consumatori demateriale i n special de materiale metalice din economie. Concurena din acest domeniu, progresultehnic i exigenele impuse autovehiculelor necesit cunoaterea proprietilor materialelor,dezvoltarea de noi materiale, tratamente i tehnologii de prelucrare n scopul asigurrii cerinelor deexploatare, fiabilitii, cerinelor estetice cu costuri minime. Oelurile utilizate pentru organe aflate nmicare relativ i n contact cu alte organe trebuie s asigure caracteristici de tenacitate ridicata pentru

miez n timp ce zonele superficiale, tratate termic sau termochimic trebuie s asigure o bun rezistenla uzare.Scopul acestei lucrri este acela de a prezenta pricipalele categorii de materiale, proprietile i

utilizrile acestora i n special caracterizarea oelurilor i tratamentele termice i termochimiceaplicate pentru piese din industria auto.

n etapa actual de dezvoltare a economiei mondiale bazat pe legile economiei de pia,alegerea i utilizarea corect a materialelor i proceselor de prelucrare a acestora trebuie s se facconform rigorilor tiinifice, pentru a rspunde unor exigene din ce n ce mai mari. n proiectare,alegerea optim a materialelor se face n funcie de scop, de condiiile de utilizare, de solicitrileexistente, de procesele de prelucrare, de mrimea seriei fabricate, de perspectivele de fabricaie, deforma dimensiunile rolul i performanele produselor, de reglementrile oficiale i nu n ultimul rnd,

de preul de cost.Principalele categorii de materiale utilizate industria de automobile sunt: metale si aliaje,

materiale compozite, materiale ceramice, polimeri, materiale textile, fluide auto (lubrifianti).Proprietile, factorii de cost i disponibilitate care caracterizeaz materialele sunt:- proprietati intrinseci: proprietati ale suprafetei, proprietati mecanice ale volumului, proprietati

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

Proprietatile fizice ale materialelor sunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice subaciunea unor fenomene fizice: gravitaie,cmp termic, electric, magnetic, etc. Proprietatile chimicesunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice sub aciunea agenilor atmosferici, chimici,electrochimici i la temperaturi nalte. Proprietatile mecanice determin comportarea materialelormetalice la aciunea solicitrilor mecanice, statice i dinamice de ntindere, compresiune, ncovoiere,forfecare, rsucire, penetrare etc. Din punct de vedere al alegerii i utilizrii materialelor metalice

pentru industria construciilor metalice i cea constructoare de maini, instalaii, echipamente i utilaje,aceste proprieti au rol preponderent, ntruct ele determin comportarea materialelor metalice n

procesele de prelucrare i mai ales n exploatare. Proprietatile tehnologice caracterizeaz capacitateade prelucrare i modul de comportare a materialelor metalice la diferite procese tehnologice de

prelucrare la cald sau la rece. Cele mai importante proprieti tehnologice sunt: turnabilitatea,deformabilitatea plastic, sudabilitatea, achiabilitatea, clibilitatea, susceptibilitatea la supranclzire,susceptibilitatea la deformare i fisurare.

Oelurile sunt materiale de baz n industria constructoare de autovehicule, pentru c au un pre

de cost relativ mic, prelucrare tehnologic uoar, gam larg de utilizri , proprieti multiple iposibiliti de reciclare.Proprietile oelurilor depind de compoziia i structura lor, de gradul de dispersie al fazelor,

de procedeele de prelucrare aplicate i de tratamentele termice. Astfel rezistena la traciune variaz dela 30daN/mm2 pn la 250daN/mm2, alungirea pn la 50%, duritatea de la 80 la 650 HB i reziliena

pn la 300 J/cm2.Clasificarea otelurilor dupa principalele clase de calitate:

- oteluri nealiate: oteluri de calitate nealiate, oteluri speciale nealiate;- oteluri inoxidabile: se clasifica dupa continutul de Ni (mai mic de 2,5% si egal sau superior de 2.5%);- alte oteluri aliate: oteluri de calitate aliate, oteluri speciale aliate;- oteluri pentru autoturisme sunt oeluri carbon de calitate superioar care prezint urmtoarele

caracteristici generale:materialul nu se calmeaz cu titan; la oelurile resulfurate coninutul de sulftrebuie s fie max. 0,02% -0,025%. Caracteristici tehnologice: plasticitate pentru produse forjate,refulare la cald la 1/3 din nlimea iniial, clibilitate. Caracteristici metalografice: macroscopice -

punctajul pentru intensitatea segregaiei 1-3; microscopice mrimea gruntelui austenitic punctaj 5-8;


4/58

omogenitatea feritei i perlitei, produsele cu structur controlat pentru uzinare tip A,B; incluziuninemetalice punctaj max. 3,5 pentru fiecare tip.

Principalele tipuri de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto se pot clasifica astfel:- dup tipul de grafit: fonte cu grafit lamelar si fonte cu grafit nodular;- dup utilizare: fonte de uz general; fonte pentru utilizri specifice, adaptate unor familii de piese.

Tipurile de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto sunt definite de : tipul de grafit;natura matricei; caracteristicile mecanice obinute pe epruvete; caracteristicile corespunztoare pe

piese; compoziia chimic.


5/58

INTRODUCERE

Industria constructoare de autovehicule este unul dintre cei mai importani consumatori de

materiale i n special de materiale metalice din economie. Concurena din acest domeniu, progresul

tehnic i exigenele impuse autovehiculelor necesit cunoaterea proprietilor materialelor,

dezvoltarea de noi materiale, tratamente i tehnologii de prelucrare n scopul asigurrii cerinelor de

exploatare, fiabilitii, cerinelor estetice cu costuri minime. De exemplu pentru tabla din oel pentru

caroserii din punctul de vedere al prelucrrii prin ambutisare trebuie asigurate caracteristici de

deformabilitate plastic ridicat, din punctul de vedere al regulamentelor privind securitatea

pasagerilor trebuie asigurate caracteristici de rezisten mecanic ct mai ridicat iar din punctul de

vedere al utilizatorului o rezisten la coroziune bun la un pre ct mai mic. Oelurile utilizate pentru

organe aflate n micare relativ i n contact cu alte organe trebuie s asigure caracteristici de

tenacitate ridicata pentru miez n timp ce zonele superficiale, tratate termic sau termochimic trebuie s

asigure o bun rezisten la uzare.

Creterea numrului de vehicule fabricate i implicit a celor scoase din uz impune asigurarea

reciclrii acestora prin msuri luate nc din faza de concepie privind demontarea i trierea uoar pe

categorii a materialelor i limitarea sau interzicerea utilizrii de materiale periculoase ca plumbul,

cadmiul, mercurul, cromul hexavalent.

Scopul acestei lucrri este acela de a prezenta pricipalele categorii de materiale , proprietile

i utilizrile acestora i n special caracterizarea oelurilor i tratamentele termice i termochimice

aplicate pentru piese din industria auto.


6/58

Capitolul 1. Costul si disponibilitatea materialelor

Societatea omeneasc se confrunt la ora actual cu o acut penurie de materiale metalice

tradiionale. Viitorul omenirii n acest domeniu va fi asigurat de gsirea materialului teoretic :

densitate =1,2g/cm3 ;

rezistena la rupere Rm=30 000 N/mm2 ;

refractar temperatur de utilizare Tu= 3 000oC ;

rezistent la coroziune ca ceramica;

conductibilitate electric similar metalelor ;

proprieti optice similare fibrelor optice;

superplastic;

resurse apropiate de cele ale siliciului

Pn atunci omul prospecteaz alte surse de materiale metalice, dect cele tradiionale,( minereuri din subsolul Terrei ) : oceanul planetar, cosmos ( titan pe lun ), mbogirea minereurilor

srace cu ajutorul bacteriilor ( cultura de Fero Oxidants care irig zcminte foarte srace de cupru din

Utah SUA permite extragerea zilnic a 320 t de cupru ) ; exploatarea magmei ( forajul de la

Gravberg Suedia ); reciclarea materialelor metalice.

n etapa actual de dezvoltare a economiei mondiale bazat pe legile economiei de pia,

alegerea i utilizarea corect a materialelor i proceselor de prelucrare a acestora trebuie s se fac

conform rigorilor tiinifice , pentru a rspunde unor exigene din ce n ce mai mari.

n proiectare, alegerea optim a materialelor se face n funcie de scop, de condiiile de

utilizare, de solicitrile existente, de procesele de prelucrare, de mrimea seriei fabricate, de

perspectivele de fabricaie, de forma dimensiunile rolul i performanele produselor, de reglementrile

oficiale i nu n ultimul rnd, de preul de cost.

n permanen, n alegerea i utilizarea materialelor, trebuie s se in seama de principiul de

baz al ingineriei valorii i anume : obinerea de maximum de performane cu minimum de costuri.

n procesul de producie, este interzis nlocuirea unui material prevzut n documentaia

tehnic cu altul fr acordul proiectantului. Orice tendin de a prevedea materiale cu caracteristici

superioare cerinelor minime este duntoare din punct de vedere economic.

n general, nu exist materiale metalice unice destinate unor scopuri unice. Din acest motiv ,

alegerea materialelor i proceselor metalurgice de prelucrare a acestora, este o etap dificil dar foarte

important pentru performanele i costul produsului.

Alegerea are la baz experiena n realizarea de produse similare, promovarea de materiale ieftine i

uor de procurat, valorificare maxim a proprietilor tehnologice astfel nct s se compenseze


7/58

eventualele caracteristici mecanice mai sczute ale materialelor folosite, dotarea i experiena

tehnologic a uzinei care va fabrica produsul.

Ponderea principal n industria constructoare de autoturisme o au materialele metalice.

Prognozele arat c pn n anul 2050 oelul va fi principalul material folosit n industria mondial.

Rezult de aici importana care trebuie acordat cunoaterii proprietilor oelurilor i prelucrrii

metalurgice a acestora n scopul obinerii maximului de caracteristici de exploatare a acestor materiale.

Capitolul 2 Materiale utilizate n industria auto

Principalele categorii de materiale utilizate industria de automobile sunt:

MATERIALE TEXTILEFLUIDE AUTOLUBRIFIANI

MATERIALE

CERAMICE

POLIMERI


8/58

MATERIALE COMPOZITE

METALE I ALIAJE

Categorii de materiale i utilizri specifice n industria auto:

Nr.crt. Materialul Utilizri Pondere pe auto% din greutate

Obs.

A Metale i aliaje A1 Aliaje feroase

Oeluri carbon Caroserii 30-40Oeluri aliate Pinioane, arbori,

coroane cutii de vitezeTransmisii, suspensii,direcie, organe deasamblare

20-30

Fonte albeFonte pestrie Axe cu cameFonte cenuii Carter cilindrii,

cilindri, arbore cotit,discuri tamburi defrn

4-8

Fonte maleabileA2 Aliaje neferoase

uoare

Aluminiu siliciu,Aluminiucupru

Pistoane, chiulas,etrier,Cartere cutii de viteze

2-3

A3 Aliaje neferoase grele Pe baz de cupru,

bronzuri,alame

Cupru

Lagre, buciInstalaie electric

1

Cu baz de Plumb,staniu, stibiu

Cuzinei


9/58

Nr.crt. Materialul Utilizri Pondere pe auto

% din greutate

Obs.

B Materiale ceramice

Pe baz de oxid de aluminiuPe baz de bioxid de siliciu,

sticle i silicai

Parbriz, lunet, geamuri

laterale

2-4

C Polimeri Polietilena de joas i de

nalt densitate

Tubulaturi de climatizare,

vase de degazare

1

Polipropilena (modificat cu

EPDM)

Bare paraoc, panouri de ui,

plane bord

1-2

Poliamide Capace de roi, aeratoare,

canalizaii de benzin

1

Cauciuc Pneuri, chedere, garnituri,

simeringuri, covoare

2-4

Spume poliuretanice Matlasuri scaune 1Spume semirigide Plana bord, parasolare, 0.5Spume rigide Eleron 0,5

D Fluide auto Lichid de frn Lichid hidraulic n sistemul

de frnare

0,5l/auto

Lichid antigel Lichid de racire motor 6l/auto Amestec1:1cu H2O

Lubrifiani Ungere motor, cutie de

viteze, diferenial

5-8l/auto

Unsori Mecanisme, caset direcie,

rotule,

1kg/auto


10/58

Exemplu de repartiie a materialelor pe caroserie n funcie de caracteristicile mecanice, pentru a

crete securitatea pasagerilor.


11/58

Capitolul 3 Proprietile materialelor metalice

Proprietile, factorii de cost i disponibilitate care caracterizeaz materialele sunt:

PROPRIETI

INTRINSECI ATRIBUTE

COST I DISPONIBILITATEPROPRIETI ALE SUPRAFEEIPROPRIETI ESTETICEPROPRIETI TEHNOLOGICEPROPRIETI NEMECANICE ALE VOLUMULUIPROPRIETI MECANICE ALE VOLUMULUI

3.1 Proprieti fizice

Sunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice sub aciunea unor fenomene fizice:

gravitaie,cmp termic, electric, magnetic etc.Ele au importan deosebit la alegerea i utilizarea

materialelor metalice n domeniile speciale: electrotehnic , electronic, aerospaial,nuclear etc.

Ele determin comportarea materialelor metalice la turnare, deformare plastic(n special n etapa de

nclzire),tratamente termice i termochimice.a) Densitatea reprezint masa unitii de volum a unui corp omogen, msurat n kg/m3

(g/cm3).

Pentru metale, densitatea variaz cu temperatura, iar pentru aliaje, variaz att cu temperatura,

ct i cu compoziia chimic.De exemplu, pentru oeluri care conin 0,11,3 %C, densitatea este:

=7,871-0,32 T-0,025 C,unde:

T este temperatura n oC, iar C este coninutul de carbon n procente de mas.

Cel mai uor material este litiul ( =0,534 g/cm3

), iar cele mai grele sunt iridiul i osmiul ( =22,5respectiv 22,6 g/cm3), urmate n ordine descresctoare de Pt (21,45), Re (20,5), Au (19,32), W (19,30),

V (18,7) etc.

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

solid n stare lichid.

Este o constant fizic, spre deosebire de temperatura de solidificare, care depinde de

suprarcire, fiind cu att mai sczut pentru unul i acelai metal, cu ct viteza de rcire este mai mare.

Aliajele metalice, cu excepia eutecticelor i compuilor chimici,se topesc ntr-un interval detemperaturi.Cel mai uor fuzibil metal este Hg(-38,87 oC) i cel mai greu fuzibil este W (3410

oC).


12/58

c) Cldura specific este cantitatea de cldur necesar creterii temperaturii masei de 1 kg

cu 1 oC. Se msoar n cal/g oC sau J/kg K.

Este dat de relaia Cp= Q/ T, n care Q este cantitatea de cldur furnizat mesei

de 1 kg, iar T este saltul de temperatur (la o presiune constant).Cldura specific a metalelor cu

greutate atomic mai mare este mai mic (de exemplu, uraniul are Cp=109,3 J/kg K), iar litiul are

Cp=4171,6J/kg K).

d) Conductibilitatea termic este proprietatea metalelor de a conduce i transmite cldura cu

ajutorul electronilor liberi(gaz electronic). Se msoar n cal/cm oC sau W/m K. Practic, este

independent de temperatur,deoarece cu creterea temperaturii crete energia termic a electronilor

liberi, dar accelerarea lor va fi frnat de creterea reelei de ioni din metal, dat de cretereaamplitudinii de vibraie a ionilor.S-a constatat totui scderea conductivitii termice cu temperatura,

excepie fcnd oelurile bogat aliate cu crom, nichel i mangan.

Coeficientul de conductibilitate termic este dat de relaia:

=-dQ ,

n care dQeste cantitate de cldur care trece prin suprafaa dS n timpul dt, la un gradient de

temperatur T/ X pe direcia X de transmitere a cldurii.Cu ct coeficientul de conductivitate termic este mai mare , cu att transmiterea cldurii se

face mai rapid.aceast transmitere nu poate fi instantanee, deoarece este frnat de cldur i

densitate(cu ct produsul Cp este mai mare, cu att cldura se va transmite mai greu).Astfel, viteza

de uniformizare a temperaturii ntr-un corp la nclzirea sau rcirea lui este dat de difuziunea termic:

a= ,[m2/h].Cea mai mic conductivitate o au bismutul i mercurul cu 0,02 cal/cm oC, iar cea mai mare o are

argintul, cu 1,0 cal/cm oC, urmat n ordine descresctoare de Cu(0,94), Al(0,53)

W (0,48), Mg i Be (0,38) etc.

e) Cldura latent de topire este cantitatea de cldur necesar pentru topirea masei de 1

kg, msurat n J/kg sau cal/g.Ea este aceeai cu cldura latent de solidificare,fiind necesar pentru

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

ordinea apropiat i invers).Cea mai mare cldur latent de topire o are siliciul(395,6 cal/g),iar cea mai mic o are mercurul

(2,8 cal/g).


13/58

f) Dilatarea termic este propietatea materialelor metalice de a-i modifica (mri)

dimensiunile la variaia (creterea) temperaturii. Este inversul contraciei i se exprim n grd-1.

Dilatarea liniar se exprim cu relaia:

l=l0(l+ T),

n care l este lungimea final, cnd temperatura a crescut cu T,l0 este lungimea iniial iar este

coeficientul de dilatare liniar.Dintre metale,cel mai mic coeficient l are wolframul (2,4 10-6 oC-1),iar

cel mai mare l are cesiul (98 10-6 oC-1).Aliajul metalic cu cel mai mic coeficient de dilatare (de 8 ori

mai mic dect fierul) este Invarul(36%Ni +64%Fe) cu 1,4 10-6 oC-1.

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

electric prin intermediul elctronilor liberi.Se caracterizeaz prin mrimea denumit conductivitateelectric =l/R S,m-1 -1(m/ mm2),unde l este lungimea sectorului;S-seciunea lui,iar R- rezistena

electric.Conductivitatea electric este inversul rezistivitii =1, ea scade continuu cu creterea

temperaturii,cauza fiind frnarea deplasrii electronilor liberi prin ciocnirea lor de ionii din reeaua

cristalin, tot mai dezordonat la temperaturi tot mai mari.La scderea temperaturii,conductivitatea

electric crete, putnd aprea supraconductivitatea ( ~0),n preajma lui 0 K la unele metale

(plumb).La aceste temperaturi, vibraia ionilor din reeaua cristalin este foarte mic, iar electronii

liberi se pot deplasa practic fr a fi frnai.Metalele au ntotdeauna conductivitatea electric mai maredect aliajele metalice, care n general sunt rezistoare. Alierea i ecruisarea micoreaz ntotdeauna

conductivitatea electric.Valoarea coeficientului de temperatur al rezistivitii, =

,mparte materialele n general n conductoare ( >0) i dielectrici (


14/58

-susceptibilitatea magnetic, exprimat prin relaia:

K=

Materialele care au susceptibilitatea negativ sau permeabilitatea subunitar sunt

diamagnetice ; ele disperseaz liniile de for magnetic , nu se magnetizeaz i sunt respinse de

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

Materialele care au susceptibilitatea pozitiv i mic , K=10-210-6 Gs/Oe i permeabilitatea

unitar i puin supraunitar sunt paramagnetice; ele conduc liniile de for

magnetic mai bine dect vidul i sunt puin atrase de cmpul magnetic. Exemple: aluminiul,

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

Materialele care au susceptibilitatea pozitiv i mare , K=10105Gs/Oe i permeabilitatea

foarte mare sunt feromagnetice- fierul, nichelul, cobaltul, gadoliniul; ele se magnetizeaz uor pn la

saturaie , n cmpuri magnetice slabe, fiind puternic atrase de acestea. Aceste materiale prin nclzire

la anumite temperaturi puncte Curie- devin paramagnetice: Fe la 770oC, Ni la 372oC, Co la 1131oC.

Permeabilitatea magnetic cea mai mare o are permalloyul, 75%Ni-25%Fe, 100000Gs/Oe; Ni

i oelul cu Si au 10 000Gs/Oe, iar fierul are 5 000Gs/Oe.

i) Fora termoelectromotoareeste caracteristica a dou metale, aliaje sau semiconductoare

diferite , sub form de fire sudate la un capt ( punctul cald ), de a natere unei tensiuni electrice n

circuitul deschis sau unui curent electric n circuitul nchis, adic de a transforma energia caloric n

energie electric- efectul Seebeck. St la baza construirii termocuplurilor.

j) Coloraiareprezint capacitatea materialelor metalice de aabsorbi i de areflecta selectiv

lungimile de und din spectrul vizibil. Lungimea de und reflectat va da culoarea (cuprul- rou,

alama, bronzul aurul- galbene). Majoritatea metalelor i aliajelor reflect aproape ntregul spectru

luminos , iar culoarea lor este alb sau gri.

k) Luciul metalicexprim capacitatea materialelor metalice cu suprafee lustruite i curate de

areflecta imaginea ca n oglind. Proprietatea este legat de caracterul opac al materialelor metalice;

luciul metalic se estompeaz sau dispare n timp datorit oxidrii. Materialele metalice cu cel mai bul

luciu sunt aurul, argintul, staniul, aluminiul, nichelul, cuprul, cromul, plumbul, alama, bronzul; frluciu este fonta cenuie.

3.2 Proprieti chimice

Sunt cele care stabilesc comportarea materialelor metalice sub aciunea agenilor atmosferici,

chimici, electrochimici i la temperaturi nalte.Au o mare importan n alegerea i utilizarea

materialelor metalice, n industria chimic, alimentar, medical, nuclear, i aerospaial.


15/58

Majoritatea materialelor metalice sunt instabile termodinamic fa de oxigen, ap, soluii de

acizi, baze i sruri.Proprietile chimice sunt: rezistena la coroziune i refractaritatea.

a) Rezistena la coroziune,sau stabilitatea chimic, este proprietatea materialelor metalice de

a se opune aciunii distructive a agenilor atmosferici i chimici, denumit coroziune.

Cnd mediul corosiv este un electrolit (mediul cu ioni disociai capabili s primeasc ioni de

metal ),coroziunea este un proces electrochimic.Coroziunea se manifest prin reducerea n greutate,

modificarea structurii, compoziiei chimice, dimensiunilor, culorii suprafeei i proprietilor fizice,

mecanice i tehnologice ale materialelor metalice.

Practic toate materialele metalice n prezena oxigenului se oxideaz, ns rezistena lor la

oxidare i la coroziune depinde de calitile peliculeide oxizi format la suprafa. Cnd pelicula de

oxizi este compact, subire i aderent la masa metalului aceasta izoleaz metalul de agentul corosiv,

iar rezistena la coroziune a acestuia este mare (cazul platinei, iridiului, aurului, cuprului, argintului,

wolframului, zincului, plumbului, nichelului, cromului, molibdenului, titanului, etc., care n mod

natural nu corodeaz). Fenomenul se numete pasivizarea metalelor.Cnd pelicula de oxizi este

poroas i neaderent la masa meterialului, aceasta permite contactul permanent dintre material i

agentul chimic, iar fenomenul de coroziune continu pn la distrugerea complet a materialului, cum

este cazul fierului i a aliajelor obinuite ale acestuia cu carbonul-oelurile i fontele.

Rezistena la coroziune se apreciaz prin viteza de corodare Vcor = m/S t,[g/m2 s] sau

penetraia p =Vcor/g, [mm/s] unde m este pierderea de mas;S-suprafaa;t-timpul; g-densitatea.

Un metal are o rezisten la o coroziune electrochimic n contact cu un electrolit (chiar aer

atmosferic ) cu att mai mare cu ct potenialul electrochimic este mai accentuat pozitiv (ndeprtat)

fa de un alt metal electronegativ sau tot electropozitiv cu care va forma macro sau micro elemente

galvanice locale.Acelai fenomen apare i la aliajele metalice eterogene din punct de vedere structural

(polifazice) sau mecanic (ecruisate, clite, sudate) n contact cu un electrolit.

Coroziunea poate fi micorat prin evitarea contactului metal electropozitiv-metal

electronegativ (de exemplu aluminiul lng cupru sau oel aliat, bronzul lng oel etc.),prin aliere (de

exemplu, oelurile aliate cu peste 12%Cr,5-25%Ni, aliate cu molibden, cupru etc., aliajele de Cu-Al,

Cu-Be, Cu-Zn etc.)sau prin protecie anticorosiv: galvanizare, metalizare, placare, tratamente

termochimice, vopsire, lcuire etc.

b) Refractaritateasau stabilitatea chimic la cald este proprietatea complex a metalelor i a

aliajelor de a-i pstra rezistena mecanic, n special fluajul, de a nu se oxida puternic (formnd tunder

sau arsur) i de a nu crete inacceptabil n volum n condiii de temperaturi nalte.Pentru aceasta, este

necesar ca n masa materialelor metalice s nu se produc transformri secundare care pot micora

rezistena mecanic i de asemenea pot forma pelicule subiri continue, compacte i aderente de oxizipe suprafaa lor (cum este cazul wolframului, tantalului, titanului, molibdenului, nichelului, oelurilor

i fontelor aliate cu crom, aluminiului, siliciului,


16/58

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

ele sunt caracterizate prin limit de fluaj mare i rezisten de durat la temperaturi nalte.

3.3 Proprieti mecanice

Aceste proprieti determin comportarea materialelor metalice la aciunea solicitrilormecanice, statice i dinamice de ntindere, compresiune, ncovoiere, forfecare, rsucire, penetrare etc.

Din punct de vedere al alegerii i utilizrii materialelor metalice pentru industria construciilor

metalice i cea constructoare de maini, instalaii, echipamente i utilaje, aceste proprieti au rol

preponderent, ntruct ele determin comportarea materialelor metalice n procesele de prelucrare i

mai ales n exploatare.

Aceste proprieti sunt:rezistena mecanic, elasticitatea, plasticitatea, tenacitatea, duritatea,

ecruisarea, fragilitatea, curgerea, fluajul, reziliena, rezistena la oboseal, relaxarea plastic i

revenirea elastic.

a) Rezistena mecanic reprezint proprietatea materialelor metalice de a se opune deformrii

i ruperii sub aciunea unor solicitri (fore) interne sau externe.Rezistena la rupere este cea mai

important proprietate a materialelor mecanice, fiind definit ca tensiunea care corespunde valorii

maxime a sarcinii(forei) pentru care, capacitatea de deformare se epuizeaz i materialele se rup i

este dat de relaia:

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

n care Fmax este fora maxim i So este seciunea iniial a epruvetei.

Sub aciunea solicitrilor exterioare, n masa corpurilor metalice, iau natere tensiuni (eforturi )

care se opun deformrii i ruperii.

Totalitatea acestor tensiuni care acioneaz pe unitatea de suprafa se numete efort

unitar = F/S. Efortul unitar ntr-o suprafa a crei normal face unghiul cu direcia

solicitrii F se va descompune n dou componente:una normal n= cos i una tangenial

cuprins n suprafa

=( /2) sin2 . Sub aciunea solicitrilor externe ( fore de traciune, compresiune, rsucire, etc.) sau

interne ( tensiuni remanenete de la tratamentele termice, de la deformrile la rece, etc.), materialele

metalice se deformeaz i n final se rup. Deformaiile specifice pot fi liniare ( modificarea lungimii

corpurilor): = (Lf i Li fiind lungimile final i iniial ale


17/58

corpului) i unghiulare modificarea unghiurilor dintre diferitele elemente liniare ale corpului.

Deformaiile liniare i unghiulare pot fi elastice i plastice. Comportarea unei epruvete asupra creia

acioneaz axial o for static F este dat de curba caracteristic tensiune-deformaie care pentru un

material plastic are forma prezentat n diagrama urmatoare :

Pe curb se observ o poriune liniar, unde materialul are o comportare elastic, i este zona n care

deformaia are un caracter nepermanent unde acioneaz legea lui Hooke: =E , E fiind modulul lui

Young.

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


18/58

Alte caracteristici importante pentru caracterizarea materialelor cu plasticitate ridicata sunt :

- coeficientul de anizotropie plastica ( r)

- coeficientul de ecruisare (n)

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

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

unde : a este deformatia reala pe grosime

b este deformatia reala pe latimeCoeficientul de ecruisare (n) este definit ca fiind exponentul deformatiei reale in ecuatia matematica

ce da relatia dintre tensiunea reala si deformatia naturala in timpul aplicarii unei forte monoaxiale :

= K n

unde : este tensiunea reala instantanee dupa aplicarea fortei F

este deformatia reala instantanee dupa aplicarea fortei F,

Keste coeficientul de rezistenta , [N/mm2]

este deformatia reala instantanee dupa aplicarea fortei F

= ln (L / L0 ) , sau sub forma logaritmica : ln = ln K + nln


19/58

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

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

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

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

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

Nr mm N/mm N/mm %

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

2 10% alung. initiala 15.65 288.54 332.10 34.82 0.13

3 15% alung. initiala 15.43 330.54 357.56 29.88 0.10

4 20% alung. initiala 15.04 357.40 378.87 28.74 -

5 25% alung. initiala 14.86 355.39 373.61 16.61 -

6 30% alung. initiala 14.67 372.91 - 1.16 -

7 35% alung. initiala 14.47 398.64 412.27 2.90 -


20/58

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

Nr mm N/mm N/mm %

8 36% alung. initiala 14.27 397.07 - 0.52 -

9 40% alung. initiala 13.40 - 426.04 0.19 -

10 43% alung. initiala 12.12 469.31 - 1.84 -

Pentru cteva materiale uzuale curbele tensiune deformaie sunt prezentate n diagramele urmatoare :

Rm

[N/mm2]A [%]

20.7 2.0


21/58

Aliaj de aluminiu AS9U3

Fonta cu grafit nodular Fgn


22/58


23/58


24/58

Diameter d0 S0 Rp 0,2 Rm A E-Modulusmm mm N/mm N/mm % kN/mm

10 78.54 386.57 603.15 13.69 165.1


25/58

Otel 20M5 tratat termic - clire 875 C , apa

Rm , [daN/mm2]

A5, [%]

146.1 7.45147.7 8.37

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

solicitrilor interne i externe i de a reveni la forma i dimensiunile iniiale dup eliminarea

solicitrilor. Limita elastic este tensiunea corespunztoare unei deformaii specifice permanente foartemici de 0,001-0,03%. Pentru oeluri 0,02%. n cadrul limitei elastice, se consider proporionalitatea

dintre efort-deformaie dat de legea lui Hooke, E i G fiind modulele de elasticitate longitudinal

respectiv transversal.


26/58

Raportul dintre deformaia n direcie transversal i cea n direcie longitudinal este

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

Modulul de elasticitate longitudinal E caracterizeaz forele de legtur interatomice i este o msur a

rigiditii materialelor metalice. Cel mai rigid metal este cesiul cu E=56 000 daN/mm 2, apoi wolframul

cu E=42 000 daN/mm2, iar cel mai puin rigid este plumbul cu

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

E=70 000daN/mm2.

Un material metalic se apreciaz din punct de vedere elastic nu numai dup valoarea

modulului de elasticitate ci i dup capacitatea de aabsorbi energie : Ue= c /2= c2 /(2E). Deci

materialele pentru arcuri trebuie s aib limita de curgere mare i modulul de elasticitate mic. Clirea

urmat de revenire medie i ecruisare n cazul oelurilor au tocmai acest rol.

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

apariia de fisuri. Se caracterizeaz prin alungirea la rupere A n= 100%. n domeniul deformrii

plastice, pn la apariia gtuirii este valabil relaia =K n, unde K este coeficient de rezisten i n

coeficientul de ecruisare. Foarte plastice sunt: plumbul, cuprul, aluminiul, aurul, argintul, nichelul,

fierul, oelul moale, toate fiind materiale cristalizate n sistemul c.f.c.

Superplasticitatea unor materiale metalice este capacitatea acestora de a se deforma plastic

foarte mult i uniform fr s se rup. Aceste materiale prezint alungiri mai mari de 2 000%.

Materialele superplastice prezint sensibilitate mare la viteza de deformare. ntre limita de curgere i

viteza de deformare exist relaia: c = K(d /dt)m, unde K este o constant iar m un coeficient de

sensibilitate la viteza de deformare cu valori de 0,2-0,3 pentru materiale plastice i cu valori de 0,6-0,9

pentru materiale superplastice.

Condiiile n care un aliaj metalic este superplastic sunt:

- gruni foarte mici, sub 0,01mm, vitez de deformare mic i temperatur mare, 0,7-

0,8Tt;

- prezint transformri cu difuzie n stare solid- superplastice imediat sub temperatura

de transformare;

- prezint transformare martensitic- sunt superplastice n timpul transformrii.

Exemple de aliaje metalice superplastice:

- Zn-Al cu 22%Al, la 200-260oC, cu 0,001-0,002mm mrimea gruntelui i coeficientul

de sensibilitate m=0,5;

- Al-Cu cu 33% Cu la 440-500oC, cu 0,001-0,002mm mrimea gruntelui i m=0,9;

- aliaje complexe de Al cu 1,2-1,9%Cu, 1,9-2,6%Mg, 5,2-6,2%Zn;- aliaje de titan cu 5,6-6,5%Al, 3,5-4,5%V.


27/58

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

plastic, adic de ase deforma mult nainte de rupere. Implic att rezisten mecanic ridicat ct i

plasticitate. Tenacitatea se determin n general prin ncercarea de rezilien care este o ncercare

dinamic de ncovoiere prin oc i se exprim prin energia absorbit pentru ruperea epruvetei dintr-o

singur lovitur raportat la seciunea epruvetei cu cresttur.. Sunt tenace cuprul, aluminiul, oelul

moale

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

solicitrilor, fr a suferi deformaii plastice. Fragilitatea este o caracteristic relativ, ea fiind funcie

de temperatur. Materiale care sunt fragile la temperatura ambiant devin plastice la temperaturi nalte.

n general sunt fragile fonta alb, fonta cenuie, oelurile clite

f) Fluajul, este proprietatea materialelor metalice de a se deforma lent, continuu i progresiv n

timp, sub aciunea unei sarcini constante. Limita tehnic de fluaj este tensiunea constant maxim

pentru care la temperatura de lucru ( 450-500 oC), dup un timp t nu se depete o anumit deformaie

specific.

g) Duritatea reprezint rezistena opus de materiale la ptrunderea n suprafaa lor a unui

penetrator. Este proprietatea care se determin cel mai rapid i cel mai frecvent n practica industrial,

evideniind starea de tratament termic sau termochimic, posibilitatea prelucrrii prin achiere .

n funcie de metodele de ncercare, sarcin, forma penetratorului, mod de exprimare sunt mai multe

tipuri de duritate:

- Brinell- HB-

- Rockwell- HRC, HRB, HRA

- Vickers HV, cu microsarcini sau cu sarcini uzuale,

- Shore, pentru cauciuc.

Pentru oeluri ntre duritatea Brinell i rezistena la rupere este valabil corelaia Rm=0,35HB.

h) Rezistena la oboseal este proprietatea materialelor metalice de a rezista la solicitri

repetate i variabile n timp. Se apreciaz prin tensiunea maxim pe care o poate suporta materialul la

un numr foarte mare 106-108 solicitri ciclice fr s se rup. Se determin pe curbe Whler.

Rezistena la oboseal este puternic influenat de calitatea suprafeei, de calitatea materialului, de

starea de tratament termic sau termochimic, de starea de tensiuni interne, de natura solicitrii variabile.

Determinarea rezistentei la oboseala pentru Arbore planetar prin curba Wohler : Frecvena : 30 Hz

Lungimea braului levierului : 242 mm

Masa echivalent a braului : 13,450 daN


28/58

Masina de incercat la oboseala Baldwin

Nr.

Marcaj

Momentul dencovoiere ,

(daN/m)

F dinamic( libre)

Amplitudine(mm)

Nr. cicluri

Observaii

1 24 60 534 1,375 10 000 000 Fr rupere2 30 62 553 1,500 10 000 000 Fr rupere3 27 65 579 1,550 4 033 000 Cu rupere4 25 70 625 1,600 10 000 000 Fr rupere5 21 75 668 1,700 2 000 000 Cu rupere6 12 80 713 1,875 1 410 000 Cu rupere

7 29 85 759 2,125 109 000 Cu rupere8 13 90 802 2,250 82 000 Cu rupere9 17 95 848 2,250 98 000 Cu rupere

10 9 100 893 2,625 30 000 Cu rupere

i) Ecruisarea este proprietatea materialelor metalice de a-i mri rezistena mecanic i

duritatea prin deformare plastic la rece. Acestea cresc, deoarece pe msur ce crete gradul de

deformare posibilitile de deformare prin alunecare i maclare se epuizeaz, densitatea de dislocaii,

inclusiv barierele care se opun deplasrii dislocaiilor , crete. Prin ecruisare crete fragilitatea. Din alt

punct de vedere ecruisarea superficial, care provoac tensiuni de compresiune n materiale are un

efect favorabil asupra rezistenei la oboseal. Ecruisarea se elimin prin nclzirea materialelor

metalice, peste pragul de recristalizare,( recoacerea de recristalizare).

3.4 Ruperea materialelor metalice

Ruperea reprezint fenomenul de fragmentare a unui corp solid sub aciunea unor tensiuni

externe sau interne. n exploatarea pieselor de autovehicule, importan deosebit prezint caracterul


29/58

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

sunt:

- condiiile de solicitare

- proprietile materialelor metalice

Caracterul ruperii, ductil sau fragil pentru acelai material metalic este n funcie de temperatur.

Orice material metalic prezint o temperatur de tranziie ductil-fragil. Cu ct temperatura de tranziie

este mai sczut cu att materialul metalic respectiv este mai tenace i invers.

Dup aspectul casurii ruperile se clasific n:

- ruperi ductile

- ruperi fragile

- ruperi la oboseal.

3.5 Proprieti tehnologice

Aceste proprieti caracterizeaz capacitatea de prelucrare i modul de comportare a

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

importante proprieti tehnologice sunt: turnabilitatea, deformabilitatea plastic, sudabilitatea,

achiabilitatea, clibilitatea, susceptibilitatea la supranclzire, susceptibilitatea la deformare i

fisurare.


30/58

a) Deformabilitatea plastic este proprietatea materialelor metalice de a-i modifica

uor i remanent forma i dimensiunile la volum constant fr a se fisura sub aciunea solicitrilor

exterioare, la cald sau la rece. Importan practic deosebit prezint forjabilitatea oelurilor mediu

aliate utilizate pentru pinioane, arbori de cutii de viteze, pentru biele de motor, etc. deformare la

temperaturi nalte i ambutisabilitatea specific tablelor pentru realizarea pieselor de caroserie.

b) Sudabilitatea este aptitudinea materialelor metalice de ase mbina nedemontabil

prin nclzire local pn la stare plastic sau topire, cu sau fr adaos de alte materiale i cu sau fr

presiune mecanic. Sudabilitatea este influenat de compoziia chimic, de conductibilitatea termic,

de viteza de rcire dup sudare, de parametrii de sudare.

Sudabilitatea oelurilor poate fi calificat n funcie de compoziia chimic i de grosimea

oelului ca:

- bun necondiionat;

- bun condiionat;

- posibil;

- necorespunztoare.

c) Achiabilitatea este capacitatea materialelor metalice pde aputea fi prelucrate prin

achiere, cu consum ct mai redus de scule i energie. Achiabilitatea este o proprietate complex care

depinde de factori de material de tipul i materialul sculei i de condiiile de achiere.

d) Clibilitatea este proprietatea materialelor metalice n special a oelurilor de a

realiza o anumit duritate prin clire pe o anumit adncime a materialului. Depinde de compoziia

chimic, de mrimea gruntelui, de viteza de rcire. n mod curent clibilitatea oelurilor se determin

prin metoda clirii frontale - Jominy.


31/58

Temperatura de austenitizare : 875 0C , calire apa

HRC

mm Nr. 1 Nr. 21.5 45 44,53 44 435 41 417 39 389 37 3711

33 3413 31 3215 30 31

e) Susceptibilitatea la deformare i fisurare se manifest n timpul nclzirii i

rcirii materialelor metalice pentru tratamente termice i termochimice i este cauzat de aciunea

tensiunilor interne de natur termic i structural. n cazul oelurilor crete cu coninutul de carbon i

elemente de aliere, cu viteza de rcire. Cunoaterea deformarii pieselor este foarte important

deoarece prelucrarea danturilor pinioanelor (i alte piese) se face nainte de tratamentul termochimic

iar deformarea i mai ales deformarea neuniform conduce la funcionare necorespunztoare apieselor .


32/58

3.6 Proprieti de exploatare

a) Rezistena la uzare este proprietatea materialelor metalice de a rezista la solicitri

superficiale prin frecare sau eroziune.

Tipurile de uzur pot fi:

-

aderen-gripare- transfer mecanic

- oboseala suprafeei-pitting

- uzur prin fluaj,

- uzur prin abraziune

- mbtrnire sau degradare de origine termic

- uzur prin coroziune de contact.

Rezistena la uzare a materialelor metalice depinde de: compoziia chimic, structura metalografic,

calitatea suprafeelor, duritate, viteza relativ, presiunea de contact, calitatea ungerii, condiiile de

exploatare.

b) Designul produselor reprezint totalitatea nsuirilor estetice , aspect, textur, senzaie

de confort, care fac produsul plcut, atractiv. Are importan deosebit n n industria

autoturismelor. De asemenea st la baza uzurii morale a produselor i este determinat

de linia modei la un moment dat.


33/58

Capitolul 4 Oeluri

Oelurile sunt aliaje ale fierului cu carbonul, care conin pna la aproximativ 2,11%C i alte

elemente nsoitoare i de aliere.

Oelurile sunt materiale de baz n industria constructoare de autovehicule, pentru c au un

pre de cost relativ mic, prelucrare tehnologic uoar, gam larg de utilizri , proprieti multiple i

posibiliti de reciclare.

Proprietile oelurilor depind de compoziia i structura lor, de gradul de dispersie al fazelor,

de procedeele de prelucrare aplicate i de tratamentele termice. Astfel rezistena la traciune variaz de

la 30daN/mm2 pn la 250daN/mm2, alungirea pn la 50%, duritatea de la 80 la 650 HB i reziliena

pn la 300 J/cm2.

Reglnd compoziia chimic, prin adugare de elemente de aliere, se pot obine structuri

feritice, austenitice,martensitice, austenito-feritice cu proprietile corespunztoare lor.

Influena elementelor nsoitoare i de aliere asupra structurii i proprietilor

oelurilor

Dintre elementele din compoziia oelurilor se consider elemente nsoitoare: S,P,N,O i

elemente de aliere: C, Si, Mn, Cr, W, Al, Cu, Ni, V, Ti, Nb, etc. Mn i Si n proporii mici sunt

elemente nsoitoare n oelurile carbon.n anexa 1 este descris influena principalelor elemente nsoitoare i de aliere asupra structurii i

proprietilor oelurilor.

n tabelele 4 i 5 am prezentat efectul elementelor de aliere aupra proprietilor :

- cretere , - cretere puternic

- reducere , -reducere puternic

-constant

- nu este caracteristic


34/58

INFLUENA ELEMENTELOR DE ALIERE ASUPRA

PROPRIETILOR OELURILOR Tabel 4

N

r.

crt.

PROPRIET

ATE /

ELEMENT

DE

ALIERE

CARACTERISTICI MECANICE

DURI

TATE

REZISTE

N

LA

RUPERE

LIMIT

A DE

CURG

ERE

ALUNG

IRE

GTUI

RE

REZILIE

NA

ELASTICI

TATE

REZISTE

NA LA

TEMP.

RIDICAT

E

1 SILICIU

2 MANGAN

oel perlitic

3 MANGAN

oel

austenitic

4 CROM

5 NICHEL

oel perlitic

6 NICHEL

oel

austenitic

7 ALUMINI

U

8 WOLFRA

M

9 VANADIU

1

0

COBALT

1

1

MOLIBDE

N

1

2

CUPRU

1

3

SULF

1

4

FOSFOR

Tabel 5N CARACTERISTICI TEHNOLOGICE


35/58

r.

cr

t.

PROPRIET

ATE

ELEMENT

DE ALIERE

ACHI

ABILI-

TATEA

CAPACITA

TEA DE

FORJARE

VITEZ

A DE

RCI

RE

FORMA

RE DE

CARBU

RI

FORMA

RE DE

UNDE

R

REZISTE

NA LA

UZUR

REZISTE

NA LA

COROZIU

NE

CAPACITA

TEA DE

NITRURA

RE

1 SILICIU

2 MANGAN

oel perlitic

3 MANGAN

oel

austenitic

4 CROM

5 NICHEL

oel perlitic

6 NICHEL

oel

austenitic

7 ALUMINIU

8 WOLFRAM

9 VANADIU

1

0

COBALT

1

1

MOLIBDE

N

1

2

CUPRU

1

3

SULF

1

4

FOSFOR

Clasificarea oelurilor dup compoziia chimic (Conform normei europene EN 10020) :

- oeluri nealiate: oeluri care nu conin elemente de aliere peste valorile prezentate n tabelul 6

- oeluri inoxidabile: oeluri care conin minim 10,5% Cr imaxim 1,2% C.


36/58

- oeluri aliate: oeluri care nu se ncadreaz la clasa inoxidabile i care conin cel puin un element

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

Tabelul 6 : Limita ntre oelurile nealiate i oelurile aliate (coninut % n mas)Element Coninut

limit

Element Coninut

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

Nichel 0,30 Altele (exceptnd C, P, S i N ) luate individual 0,10Niobiu 0,06Tabelul 61.2. Clasificare dup principalele clase de calitate1.2.1. Oeluri nealiate

Sunt prevzute 2 clase de calitate:

1.2.1.1. Oeluri de calitate nealiate

Sunt oeluri pentru care, n general, exist de exemplu exigene pentru proprieti specifice de

tenacitate, mrime de grunte, i/sau de deformabilitate.

Exemple :

Calitatea ambutisrii tablelor laminate la rece sau la cald.

Oelurile de construcie de uz general.

Srm pentru trefilare.

1.2.1.2. Oeluri speciale nealiate

Acestea sunt mrci de oeluri care prezint n raport cu oelurile de calitate o mai mare

puritate, n special pentru incluziunile nemetalice.

n cea mai mare msur, ele sunt destinate unui tratament de clire i revenire sau unui tratament de

clire superficial i se caracterizeaz printr-o comportare bun la acest tratament.Respectarea strict a compoziiei chimice condiiile particulare de elaborare i control le confer

proprieti mbuntite permindu-le s rspund la exigene severe. Asocierea acestor proprieti n

general n limite restrnse, conduce la obinerea unor valori ridicate sau bine delimitate pentru limita


37/58

de elasticitate sau clibilitate i confer aptitudini de deformare la rece, de sudabilitate sau de

tenacitate.

Exemple :

Oeluri pentru tratamente termice.

Oeluri de cementare.

Oeluri cu reziliena garantat la -50 C, superioar la 27 J.

...1.2.2. Oeluri inoxidabile :

a) se clasific dup coninutul n nichel :

. nichel mai mic de 2,5 %,

. nichel egal sau superior la 2,5 %

b) caracteristici principale :

. rezistena la coroziune,

. rezistena la oxidare la cald,

. rezistena la fluaj.

1.2.3. Alte oeluri aliate

1.2.3.1. Oeluri de calitate aliate

Oelurile de calitate aliate sunt oeluri pentru care exist, de exemplu exigene de tenacitate, de mrime

de grunte, i/sau de deformabilitate.

Oelurile de calitate aliate nu sunt, n general destinate unui tratament de mbuntire sau unui

tratament de clire superficial.

Exemple:

Oeluri cu grunte fin sudabile, pentru construcii,

Oeluri cu grunte fin pentru evi,

Oeluri aliate numai cu cupru,

Oeluri cu proprieti magnetice.

1.2.3.2. Oeluri speciale aliate :


38/58

Oelurile speciale aliate, altele dect oelurile inoxidabile, sunt caracterizate prin compoziia

chimic precis, prin condiii particulare de elaborare i de control care le confer proprieti

mbuntite, specificate de obicei n limite restrnse.

Exemple :

Oeluri pentru construcii mecanice.

Oeluri pentru recipiente sub presiune.

Oeluri pentru rulmeni.

Oeluri de scule.

1.2.4 Oeluri pentru autoturisme

Sunt oeluri carbon de calitate superioar care prezint urmtoarele caracteristici generale:

Material

nu se calmeaz cu titan;

- la oelurile resulfurate coninutul de suf trebuie s fie : - max. 0,02% -0,025%

Caracteristici tehnologice:

- plasticitate pentru produse forjate refulare la cald la 1/3 din nlimea iniial

- clibilitate

Caracteristici metalografice:

- macroscopice - punctajul pentru intensitatea segregaiei 1-3

- microscopice mrimea gruntelui austenitic punctaj 5-8

- omogenitatea feritei i perlitei, produsele cu structur controlat pentru uzinare tip A,B

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

MRCI, DOMENII DE APLICARE, TRATAMENT TERMIC SAU TERMOCHIMIC

Tabelul 7

Nr.Crt Marca oelului STAS/CAIET DESARCINI

Principalele domenii de utilizare Tratament termic /termochimic

1 13MoCr11 STAS 11500/2-90 Pivoi suspensii, rotule de direcie Carburare/clire ulei2 17MoCr11 STAS 11500/2-90 Coroane dinate pentru cutii de

vitez, tripode transmisii, pinioane,portfuzete, fuzete roi, cremaliere ipinioanele cremalierelor

Carburare/clire ulei

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

Carburare/clire ulei

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

ulei5 31MoCr11 STAS 11500/2-90 Trenuri pentru cutii de vitez,

pinioane, arboriCarbonitrurare, clireulei

6 32Cr10 STAS 11500/2-90 Prezoane pentru roi, axe, capetecremalier, pinioane pentru cutii de

Carbonitrurare, clireulei


39/58

vitez8 33MoCr11 STAS 11500/2-90 Arbore cotit, pinioane, biele, butuci

pentru roi, piese diverse forjateCarbonitrurare, clireulei

9 34MoCrNi40 STAS 11500/2-90 Supape admisie mbuntire10 37Cr5 STAS 11500/2-90 Biele motor, capace biele, fuzete mbuntire11 37Cr10 STAS 11500/2-90 Butuci pentru roi, axe i pinioane

balador pentru cutii de vitez, pivoisuspensii, rotule direcie

mbuntire

12 OLC38 STAS 11500/2-90 Coroane demaror pentru motor mbuntire13 OLC38B STAS 11500/2-90 Axe bra pentru puni mbuntire14 OLC43 STAS 11500/2-90 Tachei motor, corp rotul

suspensie, lalea transmisie,mbuntire

15 60CrMnSi17A STAS 11500/2-90 Arcuri suspensie, bare antiruliu Clire ulei , revenireaer


40/58

Capitolul 5 Fonte utilizate n industria auto

Principalele tipuri de fonte utilizate pentru fabricarea de piese auto se pot clasifica astfel:

- Dup tipul de grafit: - fonte cu grafit lamelar

- - fonte cu grafit nodular

- Dup utilizare - fonte de uz general

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

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

- tipul de grafit;

- natura matricei

- caracteristicile mecanice obinute pe epruvete

- caracteristicile corespunztoare pe piese

- compoziia chimic

Caracteristici metalurgice

Compoziia chimic . Pentru fontele cu grafit lamelar de uz curent compoziia chimic este

informativ. Coninutul in sulf i fosfor este ns impus.

Pentru fontele cu grafit lamelar specifice compoziia chimic este imperativ.

Carbonul echivalent se determin cu relaia Ceq.= C+(Si+P)/3.

Un carbon echivalent ridicat conduce la :

- grafit grosier- caracteristici mecanice sczute

Un carbon echivalent sczut conduce la :

- risc de apariie a cementitei favoriznd fragilitate i dificulti de prelucrare.

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

Se determin:

- duritatea;

- rezistena la rupere;- alungirea (pentru fontele cu grafit nodular)

- rezistena la ncovoiere

- reziliena (pentru fontele cu grafit nodular).

Caracteristici pe piese:

Din punct de vedere al structurii metalografice , grafitul i matricea de baz sunt impuse.

Pentru grafit se determin :

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

- distribuia, omogen, n rozet, neomogen, interdendritic;


41/58

- dimensiunea lamelelor, n mm;

- mrimea i distribuia grafitului nodular;

Pentru structur se determin:

- masa de baz, ferita, perlita, sorbita;

- procentul de faze;

- cementita liber, eutecticul fosforos.

Fonte cu grafit lamelar de uz general

Se utilizeaz pentru carter cilindrii, capace palier, volant. Masa de baz este perlitic cu ferit pna la

15%. Duritatea este n funcie de grosimea peretului variind ntre 170 i 255 HB, iar rezistena la

rupere ntre 180-250N/mm2.

Fonte cu grafit lamelar pentru utilizri specifice

n aceast categorie intr fonta pentru arbori cu came, clit superficial cu rcitori, fontele de frecare

pentru discuri i tamburi de frn, fontele de frecare turnate centrifugal pentru cmi cilindru, fonte

cu nalt rezisten la cald, bainitice, pentru scaune de supap,etc.

Caracteristicile specifice pentru aceste categorii de fonte se obin prin reglarea compoziiei chimice,

prin prezena elementelor de aliere ca Cr, Mo, Cu, W, prin tratamente termice aplicate pieselor.

Caracteristicile mecanice sunt superioare fontelor de uz general.

Fontele maleabile , feritice, perlitice sau sorbitice se utilizeaz pentru cutii diferenial, butuci,tamburi,

prezentnd caracteristici mecanice ridicate, apropiate de oeluri: rezistena la rupere de la 340-

640N/mm2 i alungire de 10-3%.

Fonte cu grafit nodular se utilizeaz pentru piese cu caracteristici deosebite ca arbori cotii, furci

pentru cutii de viteze, piese care au i tratamente superficiale.

Acestea prezint grafit nodular peste 85%, structur perlitic,cu ferit sub 25%, caracteristici mecanice

ridicate ( duritate 241-285 HB), rezistena la rupere peste 740N/mm 2. Ofer posibilitatea unei clirisuperficiale prin inducie cu duritate peste 48HRC.

Alte categorii speciale de fonte cu gratit nodular sunt:

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

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

Exemplu de font cu grafit nodularGS53 (Aplicaie)

Analiza chimic

Elemente [%] C Si Mn S P Mo CalitateImpus

min. 3,20 3,80 0,00 0,00 0,00 0,40 GS53max. 3,60 4,20 0,50 0,02 0,05 0,60

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


42/58

ncercri mecaniceIncercarea de duritate HB5/750

Impus 190 241 HBObinut 241 241 241

Analiza metalograficStructura

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

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

Grafit, x 100 Structura, x 250


43/58

Capitolul 6 Tratamente termochimice

Tratamentele termochimice de difuzie sunt procedeee de prelucrare la cald care constau n

nclziri n medii active chimic la temperaturi i cu durate astfel stabilite, nct s se realizeze

modificri ale compoziiei chimice i structurii superficiale a produsului metalic prin aportul i difuzia

unuia sau mai multor elemente chimice pornind de la suprafaa lor, iar prin rciri pn la temperatura

mediului ambiant sau prin aplicarea unui tratament termic ulterior, s se realizeze o durificaresuperficial asociat cu o stare de tensiuni reziduale de compresie corespunztor caracteristicilor

mecanice, fizice i chimice prescrise straturilor superficiale i zonelor nvecinate.

Scopul tratamentelor termochimice este de a produce o durificare superficial asociat cu

tensiuni de compresiune n stratul superficial conferind o bun rezisten la uzare i la gripare,

rezisten la coroziune, rezisten la oboseal, fiabilitate, aspect comercial.

Tratamentele termochimice constau n introducerea pieselor de tratat ntr-un spaiu nchis n

care se gsete mediul de cementare ( solid, lichid sau gazos), capabil , la temperatura de lucru sfurnizeze atomi activi i meninerea piesei n acest mediu pe durata necesar pentru realizarea grosimii

i a compoziiei dorite pentru stratul tratat. Urmeaz rcirea piesei, de obicei clire.

Tratamentele termochimice se clasific n funcie de elementul care difuzeaz.

Dintre tratamentele cu larg utilizare n industria auto menionm:

- carburarea mbogirea cu carbon;

- carbonitrurarea mbogirea cu carbon i azot;

- nitrurarea - mbogirea cu azot.

Carburarea este tratamentul termochimic care const n mbogirea cu carbon a stratului superficial

al pieselor de oel cu coninut iniial de carbon de obicei sub 0,25-0,30%. Ea se realizeaz la

temperaturi situate n domeniul austenitic, n mediu gazos ( solid sau lichid), bogat n carbon, n

scopun creterii procentului de carbon n sratul superficial pn la 0,8-1,1%, pe o grosime de la 0,5 la

maxim 3mm, n funcie de grosimea pieselor. Prin clirea aplicat dup cementare se obine n sratul

superficial martensit cu duritate ridicat, peste 58HRC. Duritatea scade de la exterior spre interior,

miezul rmnnd tenace, 30-35HRC. Se aplic pieselor supuse la solicitri complexe, uzare, oboseal,oc.

Carbonitrurarea este tratamentul termochimic care const n mbogirea simultan n C i N a

stratului superficial al pieselor din oel sau font cu scopul creterii rezistenei la uzare i oboseal, a

creterii fiabilitii i durabilitii pieselor de maini. Tratamentul se poate executa n

bi de sruri i se numete cianizare sau n atmosfer gazoas cnd se numete carbonitrurare.

Carbonitrurarea se poate efectua la temperatur joas, 500-700oC sau la temperatur nalt 840- 930oC.n industria auto cea mai larg aplicare prezint carbonitrurarea de temperatur nalt.

n funcie de exigenele cerute pieselor se disting dou categorii:


44/58

- Piese cu exigene privind duritatea superficial i rezisten la anduran;

- Piese care nu au dect exigene de duritate superficial.

Definirea i proprietile straturilor carburate sau carbonitrurate, clite, aplicate pieselor cu

exigene privind duritatea superficial i andurana

Adncimea convenional

Adncimea convenional Ec a unui strat tratat este definit ca fiind distana de la suprafa pn la

un punct unde duritatea HV0,5 este de :

- 650HV pentru oeluri cu coninutul iniial de carbon peste 0,20%;

- 550HV pentru oeluri cu coninutul de carbon iniial sub 0,20%.

Ele se simbolizeaz E650, respectiv E550.

Adncimea total

Adncimea total a unui strat carburat sau carbonitrurat este definit ca toat zona mbogit n

carbon i n azot. Ea se simbolizeaz cu Et.

Structura

Zona preponderent martensitic trebuie s aib o adncime cuprins ntre 65-75% din Et. Pentru

oeluri cu clibilitate redus zona martensitic trebuie s fie superioar la 50% din E t.

Austenita rezidual vizibil cu microscopul optic nu trebuie s fie prezent pe o adncime mai mare de

30% din Et, sau 50% din Ec.

Duritatea

Duritatea superficial a straturilor mbogite i tratate se determin cu o sarcin de 196,1N (HV20)

i trebuie s fie ntre 680-900 HV.

Microduritatea n strat se determin prin filiaie de duritate cu sarcin HV0,5, efectuat din 0,1 n

0,1mm .

Exemple de utilizare:

Clasa de adncime Tratamenttermochimic

Exemple Specificaii

A- mic Carbonitrurare Piese supuse la oc ioboseal

E650=0,20,05mmEt 0,45mm

B- mare Carbonitrurare Piese solicitate puternic la E650=0,350,10mm


45/58

oboseal i mai puin la oc Et 0,45mmC- foarte mare Carbonitrurare Piese care se rectific dup

tratament i sunt supuse lapresiuni mari de contact

E650=0,50,10mmEt 0,85mm

D- mic Carburare Piese de mici dimensiuni,puternic solicitate

E550=0,750,15mmEt 1,2mm

E-mare Carburare Piese de mari dimensiuniputernic solicitate

E550=1,000,20mmEt 1,4mm

F- Foarte mare Carburare Piese care se rectific duptratament i sunt supuse la

presiuni mari de contact

E550=1,20,20mmEt 1,7mm

Definirea i proprietile straturilor carburate sau carbonitrurate, clite, aplicate pieselor cu

exigene privind numai duritatea superficial

n general pentru aceste piese adncimea total a stratului mbogit este inferioar la 0,25mm.

Duritatea superficial HV10 trebuie s fie superioar sau egal cu 650.

Profilul optim de carbon i de azot pentru oelul 27MoCr10 sau 27MC5[ 23 ]


46/58

Continut, %Adncime mm

Fig. 10

Exemplu de caracteristici de tratament termochimic- carbonitrurare clire n ulei - obinute pe oelul

27MoCr10 (Aplicaie)


47/58

Incercarea de duritate superficiala , HV20 Incercarea de duritate HV50

Impus 680 900 HV20 372 535 HV50Obtinut 1 810 802 388 389

2 802 795 408 409

Filiatie de duritate (vezi diagrama)

Impus E650 : 0.25 0.45

Obtinut

mm 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45rampa

779 757 757 736 724 681 652 629 585

caneluri

802 802 802 802 779 716 670 642 610

Analiza metalografica

Adancime strat , [mm] Structura

Impus Et = 0,35 0,6

Obtinutrampa caneluri strat miez0.40 0.40 martensita bainita


48/58

Capitolul 7 Dezvoltri de materiale pentru industria auto

Familii de oel pentru table de ambutisare i mecanisme de durificare1. Oeluri moi durificare prin ecruisare

2. Oeluri refosforate- durificare prin soluie solid

3. Oeluri dispersoide- durificare structural

4. Oeluri cu carbon mangan, oeluri Dual Phases , oeluri TRIP, oeluri Complexex Phases,

oeluri pentru tratament termic(20MnB5)- tratamente termomecanice i termice

De la 1 la 4 cresc rezistena mecanic Rm i limita de elasticitate Re.

Faze i constitueni specifici acestor oeluri:

- ferita = soluie solid de carbon n fier ( cubic centrat)

- austenita= soluie solid de carbon n fier ( cubic cu fee centrate)

- ferita =soluie solid de carbon n fier ( cubic centrat)- cementita=carbura de fier, Fe3C

- perlita = eutectoid (ferit i cementit)

n funcie de compoziia chimic, modul de elaborare i modul de recoacere structura oelurilor

laminate la rece poate fi :

Monofazic - ferit i precipitri de carburi pentru oeluri cu carbon sub 0,5%;

Bifazic - ferit i perlit pentru carbon 0,1%

Oeluri cu limit nalt de elasticitate

DP- ( Dual Phase) prezint structur format din ferit i martensit

TRIP- ( Transform Induce Plasticity )- prezint structur format din ferit, bainit, austenit

metastabil i martensit.

CP- ( Complexe Phase)- Prezint n structur martensit, bainit superioar, i bainit +ferit.


49/58

Oeluri pentru tratament termic ( 20MnB5)- prezint n stare recoapt o structur ferito-perlitic, cu

proprieti bune de plasticitate, iar n stare clit structur martensitic cu proprieti foarte bune de

rezisten mecanic.

n diagrama urmtoare se prezint domeniul de caracteristici mecanice de rezisten i alungire

specific acestor mrci de oel.

Marci conventionaleCP (TT)DPTRIPOteluriC-Mn

Fig.11

Capitolul 8 Prelucrarea termoelectrochimic a metalelor i aliajelor


50/58

Trecerea unui curent electric printr-o celul electrochimic, n care aria suprafeei anodului esteconsiderabil mai mic dect a catodului, este descris de caracteristica volt-amperic prezentat nfigura 1:

Figura 8.1: Caracteristicile volt-amperic (a) i tensiune-temperatur (b) ale unei celule cu suprafa

mic a anodului

Pentru valori mici ale tensiunii, trecerea curentului electric prin volumul celulei este descris de

legea lui Ohm, iar procesele la electrozi de legile lui Faraday (poriunea AB), fr apariia unorefecte optice sau acustice. Creterea tensiunii duce la nclzirea electrolitului, n special n zona dinfaa anodului, deoarece n ea este concentrat aproape ntreaga rezisten electric a celulei

electrolitice. n concordan cu acest efect, temperatura anodului crete i atinge valoarea den punctul B (figura 1, b).Uneori, linia punctat de pe poriunea AB (figura 1, a) nu este liniar datorit modificrii rezistivitiielectrice a soluiei cu creterea temperaturii acesteia.

Pe poriunea BC are loc regimul de ntreruperi a curentului electric. Trecerea curentului princelul are loc n impulsuri, datorit faptului c nveliul de vapori, care nconjoar anodul, secondenseaz periodic dup care se formeaz din nou. Caracterul n impulsuri al fenomenului nu

permite descrierea proceselor din sistem cu ajutorul valorilor efective ale intensitii curentului itensiunii electrice. Din aceast cauz, segmentele verticale de pe caracteristica volt-amperic nregiunea ntreruperilor (figura 1, a) au un caracter convenional. Cauza distrugerii nveliului o

constituie strpungerea electric a vaporilor, care produce o destindere brusc a lor, urmat decondensarea acestora.

Temperatura anodului pentru acest domeniu al tensiunilor este egal cu . Descrcrile nscnteie creeaz o iluminare cu ntreruperi, iar apariia i dispariia nveliului sunt nsoite de zgomoti pocnituri.

n punctul nveliul de vapori i gaze devine stabil, prin el trece un curent staionar

avnd pulsaii mici. Temperatura anodului crete brusc. Poriunea reprezint regimul de nclzirela temperatur nalt sau, simplu, regimul de nclzire. Iluminarea galben a nveliului de vapori igaze este aproape stabil, iar procesul este nsoit de un zumzet uor. Caracteristica volt-amperic are

un caracter descresctor (figura 1, a), deoarece grosimea nveliului crete cu creterea tensiunii, iarrezistena electric a lui crete. Caracteristica volt-amperic prezint un maxim la .Pentru valori mai mici ale tensiunii, creterea temperaturii anodului se explic prin creterea puterii


51/58

degajate n nveliul de vapori i gaze. Temperatura anodului n intervalul se regleazcu ajutorul tensiunii, fapt care permite efectuarea clirii, a cementrii sau a nitrurrii.

n punctul , temperatura anodului scade brusc, iar intensitatea curentului electric practic nuse modific. Culoarea iluminrii capt o nuan de albastru i spectrul ei conine liniile hidrogenului,oxigenului i ale metalelor alcaline, dac acestea sunt prezente n soluie. Se poate presupune c pe

poriunea n nveli apar descrcri electrice, nsoite de mprtierea electrolitului care rceteanodul. Probabil, descrcri slabe apar nc de pe poriunea . Prin aciunea acestora se explic

scderea mic a temperaturii anodului dinaintea punctului .

Calirea i prelucrarea termochimic a materialelor pe baz de fierMetodele nclzirii rapide, inclusiv nclzirea catodic i anodic n electrolii, posed o serie

de avantaje din punct de vedere al folosirii lor pentru prelucrarea termic i termochimic. Se reduceconsiderabil timpul de nclzire al piesei pn la temperatura necesar, ceea ce micoreaz considerabildurata total a procesului. Se uureaz prelucrarea continu-succesiv a evilor, benzilor, srmelor ialtor produse. Apare posibilitatea automatizrii procesului de ntrire i includerea lui n fluxul total al

prelucrrii produsului. O particularitate important a nclzirii rapide o constituie micorareadimensiunilor grunilor oelurilor austenitice.

Compoziiile electroliilor pentru saturarea oelurilor cu azot i carbon:

Majoritatea compoziiilor electroliilor a fost elaborat pentru saturarea oelurilor cu azot icarbon. Ca dizolvani, alturi de ap se folosesc glicerin, formamid i alte substane organice. Att

pentru nclzirea anodic, ct i pentru cea catodic, este necesar o conductibilitate electric suficientde mare a electrolitului, care se obine prin prezena n soluii a componentelor corespunztoare.Electroliii destinai pentru prelucrarea termochimic trebuie s conin substane care s asigure

prezena componentelor de saturare n nveliul de vapori i gaze. ntr-o serie de cazuri, n soluiiexist diferite adaosuri care mbuntesc diferite proprieti ale electrolitului.

Clasificarea componentelor soluiei are un caracter convenional, deoarece unii compui careconin carbon pot asigura o conductibilitate electric suficient de mare a electrolitului. Exist, deasemenea, substane care pot servi att ca surse de azot, ct i ca surse de carbon, n funcie decondiiile de nclzire. Discutm componentele electroliilor folosii pentru saturarea separat saucomun cu azot i cu carbon (tabelele 1 i 2).Tabelul 8.1. Soluiile apoase pentru saturarea oelurilor cu azot i carbon, n cazul nclzirii catodice

Componentele care asigurconductibilitatea electric a

electrolitului

Componentele care conincarbon

Componentele care conin azot

Acid azotic, acid clorhidric,acetat de potasiu, hidroxid

de potasiu,carbonat de potasiu,carbonat de sodiu, sticllichid, clorur de sodiu,

clorur de amoniu

Aceton, alcool metilic,alcool polivinilic, alcool

etilic, etilenglicol, grafit(praf de crbune)

Amoniac, metilamin,nitrozometil, formamid

Tabelul 8.2. Soluiile apoase pentru saturarea oelurilor cu azot i carbon, n cazul nclzirii anodice

Componentele care

asigurconductibilitatea

electric a electrolitului

Componentele care

conin carbon

Componentele care

conin azot

Adaosuri

Acid azotic, acidclorhidric, hidroxid de

sodiu, carbonat de sodiu,azotat de sodiu, azotatde amoniu, fluoroborat

Aceton, glicerin,glucoz

Amoniac, azotat deamoniu

Amestec de eteri aialcoolilor cetilic i

srearinic cu glicol depolietilen, care

conine 100 mol de


52/58

de amoniu, clorur deamoniu,

oxid de etilen nconcentraie de 0,1-0,5

%oxanol TS-100,

sintanol TSE-20,stearocs-920, alcool

izoamilic primar,emulgator T-2

Cementarea materialelor pe baz de fier

Compoziia de faz a oelurilor cementate cu coninut sczut de carbon este determinat de

potenialul carbonului al nveliului de vapori i gaze i de condiiile de rcire a piesei. Dup rcirea nsoluie, stratul de suprafa poate conine o plas de cementit, martensit i austenit rezidual. Larcirea n aer se fixeaz perlita cu gruni mari, cu o grani brusc de trecere spre zona ferito-perlitic.

Conform datelor analizelor chimice i prin difracie cu radiaii X, la suprafaa priidin statul carburat i clit au fost observate cementita (carbura de fier), martensita cu o concentraie de

carbon 0,75-0,78 % i austenita rezidual. Dup revenire ( , 2 ore), concentraia carbonului nmartensit. Zona de tranziie conine martensit cu gruni aciculari de dimensiuni mici, care trece nmartensit tenace cu coninut sczut de carbon.

Structura prii din strat necarburat a fierului electrolitic, dup o nclzire mai mare dect

temperatura transformrii de faz, adic mai mare dect , i meninere ulterioar, s-a transformatdin fire n gruni. Grunii cei mai mici au aprut la grania cu partea din strat carburat. S-a observat

difuzia carbonului din metalul de baz n stratul depus la adncimea de , fapt care a dus lamrunirea i recristalizarea grunilor la aceast grani. Structura gruni de ferit nconjurai demartensita cu coninut sczut de carbon. Dup clire, grania dintre metalul de baz i fierul electroliticaproape c nu apare la metalografie, ceea ce nseamn creterea adeziunii stratului.


53/58

Proprietile straturilor cementateCementarea termoelectrochimic asigur o rezisten la uzur mai mare a materialelor pe baz

de fier, dect cementarea gazoas. O serie de oeluri (S15C, SCM21, SNC21), dup cementarea

catodic la n soluie de 25% aceton n acetat de potasiu, au fost ncercate la uzur dupschema frecrii frontale uscate. Intensitatea uzurii oelurilor care au fost cementate catodic este deaproximativ dou ori mai mic comparativ cu proba de control netratat. Avantajul cementrii catodicefa de cementarea gazoas se explic prin creterea duritii de suprafa (940 HV) n prezena unui

strat mai tenace.O rezisten la uzur mai mare n comparaie cu cementarea gazoas d i cementarea anodic

la ntrirea oelurilor carbon. mbuntirea proprietilor antifriciune dup cementarea anodiccomparativ cu cementarea gazoas, se explic prin structura mai dispers a perlitei i, de asemenea,

prin pstrarea plasticitii suportului feritic.

Azotarea oelurilor cu coninut sczut de carbon

Nitro-clirea oelurilor cu coninut mediu de carbon:

Formarea zonei de suprafa cu nitruri i a substratului clit poate fi realizat cu ajutorulnitrurrii gazoase sau prin nitro-cementare n cuptoare, a nitrurrii ionice n descrcare luminescent, anitrurrii lichide n topituri de sruri, cu clire ulterioar efectuat prin nclzire suplimentar cucureni de inducie sau fr aceasta, direct de la temperatura de saturaie.

Avantajele nitrurrii termo-electrochimice sunt semnificative la tratamentul de scurt durat,timp de cteva minute, care permite s se obin straturi cu coninut mic de azot de grosimi pn la

.Creterea temperaturii de nitrurare d posibilitatea de a crete puin duritatea de suprafa a

oelurilor cu coninut mediu de carbon, datorit creterii concentraiei azotului n martensit. Saturarearapid cu azot permite s se evite mrirea particulelor de nitruri i distrugerea coerenei acestora cumatricea, ceea ce duce la micorarea duritii n cazul nitrurrilor tradiionale n cuptoare. Creterea

duratei meninerii izoterme duce la creterea duritii de suprafa, ceea ce se explic prin cretereaconcentraiei azotului n zonele cu nitruri i martensit. Pentru durate mai mari de saturare duritatearmne constant.

Nitro-clirea oelului cu coninut mediu de carbon 45 duce la creterea limitei rezistenei.Efectuarea mbuntirii nainte de nitro-clire d aceleai structuri, dar cu creterea limitei rezisteneicu 10% pentru o micorare a valorilor alungirii relative cu 30%. De asemenea, se observ o influen

pozitiv a nitrurrii asupra rezistenei la oboseal a oelurilor. Nitrurarea gazoas de durat permite sse mreasc limita rezistenei la oboseal a oelului 45 cu 50%, pentru o grosime a stratului de 0,35-0,45 mm, iar cea de scurt durat timp de 3 ore cu 36%. Suprapunerea nitrurrii cu clirea creeaz

posibiliti suplimentare de cretere a rezistenei la oboseal a oelurilor cu coninut mediu de carbon.Nitro-clirea anodic asigur creterea rezistenei la oboseal comparativ cu oelul normalizat,

pentru toate regimurile studiate de tratament. Creterea maxim a rezistenei la oboseal se obine lanitrurarea n soluie care conine 11% clorur de amoniu i 11% nitrat de amoniu, la , cu rcireaulterioar n aceeai soluie.

Formarea austenitei azotoase n stratul de difuziune la suprapunerea nitrurrii cu clirea, ducela micorarea temperaturii transformrii martensitice a oelurilor i la ntrzierea acestei transformri nvolumele de la suprafa. Formarea martensitei la suprafa are loc n condiiile aciunii tensiunilor

produse de transformarea martensitic din miezul probei. O astfel de succesiune atransformrilor de faz creeaz tensiuni de comprimare n zona de la suprafa.

Nitro-clirea anodic a oelurilor cu coninut mediu de carbon crete, de asemenea, rezistena lauzur.

Studiul cineticii uzurii probelor dup nitro-clire a artat c, la nceput, are loc rodarea(ajustarea prin funcionare), formarea profilului de lucru al pistelor de frecare i a structurilorsecundare pe suprafa. Aceasta duce la micorarea vitezei de uzur i la atingerea momentului uzuriistabile. Pe msura uzurii prin frecare a stratului ntrit i descoperirea miezului, viteza de uzur crete.Durata uzurii stabile depinde de valoarea sarcinii i de grosimea stratului ntrit.


54/58

Nitro-clirea oelului cu coninut mediu de carbon d posibilitatea de localizare a proceselor defrecare n straturile subiri de suprafa. Structura obinut prin ntrire conine faza solid (martensitaazotat) i un strat subire de nitruri de fier cu austenit rezidual la suprafa. Duritatea nalt amartensitei permite s se evite deformaia plastic a straturilor de sub suprafa. Zona cu nitruri de lasuprafa are o plasticitate suficient i este bun pentru prelucrare. Rezistena maxim la uzur, ca i

microduritatea maxim, egal cu 8,5-9,0 GPa, au fost atinse dup saturare la temperatura de .

Rezistena la coroziune

Printre fazele sistemului fier-azot, o rezisten considerabil la coroziune o are numai faza ,

care se caracterizeaz prin cel mai mare potenial de electrod (0,1-0,13 mV n ap de mare). Nitrurareade scurt durat n condiiile nclzirii anodice, permite s se obin aceast faz sub forma unui stratcontinuu numai n soluiile care conin amoniac.

Astfel de straturi posed proprieti de protecie i pot fi obinute n mediul cu vapori

supranclzii la 450-520 . Se cunosc metode combinate de tratament care prevd oxidarea pieselorn baia cu sruri, pentru creterea rezistenei lor la coroziune dup nitrurarea gazoas. Suprapunereanitrurrii cu oxidarea se poate realiza n acelai cuptor n dou etape, sau simultan ntr-o atmosfer cucompoziie special. n anumite condiii, un astfel de tratament duce la difuzia oxigenului n oel cu

formarea oxizilor de fier, ceea ce influeneaz favorabil asupra proprietilor de exploatare a pieselor.Acest proces, numit oxinitrurare, se folosete pentru executarea din oel termorezistent a supapelor deadmisie i de evacuare pentru motoarele automobilelor.

Posibiliti suplimenare de cretere a rezistenei la coroziune a oelurilor, dup nitrurareaanodic, o d rcirea lor n aer. Stratul de oxid cel mai stabil i mai gros a fost obinut n soluia denitrai-cloruri, la rcirea probelor n aer. Din contr, la rcirea n soluie cele mai bune proprieti de

protecie le asigur soluia de clorur i amoniac, n care s-au obinut poteniale iniiale mai pozitive iintensiti mai mici ale curenilor, pe curbele poteniodinamice.

Rcirea n aer a probelor nclzite duce la o oxidare suplimentar a suprafeelor acestora, ceeace mrete grosimea stratului de oxid i crete proprietile de protecie. La polarizarea unei astfel de

probe, n domeniul potenialelor pozitive se atinge pasivizarea.

Saturarea simultan a oelurilor cu azot i carbon

Saturarea simultan a oelurilor cu azot i carbon n condiiile nclzirii catodice i anodice,este numit nitrocementare sau cianurare. La suprafaa oelului 40X, dup saturarea cu azot i carbonse fixeaz de obicei o pelicul carbonitrurat a fazei , sub ea martens

Date post:	07-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	catalin-tugui
View:	228 times
Download:	0 times

Aceasta este versiunea html a fişierului http OPTIMIZARE

Documents