TIINA I INGINERIA MATERIALELORCURS 8 AN I IA

CAP. 8 MATERIALE METALICE NEFEROASEProprieti deosebite fa de oeluri i fonte:

rezisten la gripare rezisten la coroziune conductivitate termic i electric superioare greutate volumic redus temperaturi sczute sau respectiv ridicate la topire duritate ridicat etc.

Clasificarea se poate face dup mai multe criterii:

natura elementului de baz natura elementelor de aliere greutatea specific proprieti fizico-chimice etc.

TABELUL ELEMENTELORhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cupru

8.1 CUPRUL I ALIAJELE SALECuprul (numit i aram) este un element din tabelul periodic avnd simbolul Cu i nr. atomic 29.Cuprul este un metal de culoare rocat, foarte bun conductor de electricitate i cldur.Caracteristicile Cu n stare recoapt: Rm=200 250 N/mm2; A= 30 40 %, temperatura de topire este de 1083C.Cu prezint o capacitate foarte mare de aliere cu alte metale, are o plasticitate deosebit pn la un anumit grad de deformare, rezisten foarte bun la coroziune etc.Circa 50% din producia de Cu se utilizeaz n electrotehnic i 30 40% pentru elaborarea de aliaje. Utilizare: fabricarea conductoarelor electrice, evilor de diametru mic etc.Principalele aliaje ale Cu sunt: alamele i bronzurile.

8.1.1 ALAMESunt aliaje ale sistemului Cu-Zn, n practic fiind utilizate alamele ce conin pn la 46% Zn, peste aceast concentraie aliajele devenind fragile.Diagrama sistemului de aliaje Cu-Zn se prezint n figura 1.Sunt aliaje continand 444 % Zn, destinate in special prelucrarii prin deformare plastica. Aliajele industriale se impart dupa compozitie si structura in alame cu maxim 32 % Zn, alame + (cu 3238 % Zn) si alame (cu Zn peste 38 %). Aliajele continand si alte elemente de aliere se numesc alame speciale si pentru a preciza natura acestora se utilizeaza denumirea de alame cu Si, alame cu Al etc. si sunt destinate in special turnarii pieselor.Alamele au porprieti superioare Cu fiind i mai ieftine ca acesta.Fig. 1 Diagrama de echilibru Cu-Zn

8.1.2 BRONZURILEBronzurile sunt aliaje ale Cu cu celelalte elemente de aliere, exceptnd zincul. Cele mai utilizate sunt bronzurile cu staniu, cu aluminiu, cu siliciu, cu aluminiu i fier (bronzuri complexe). Bronzurile cu Sn (bronzuri normale), conin pn la 22% Sn, peste concentraia aceasta devenind fragile.Digrama de echilibru a sistemului de aliaje Cu-Sn se prezint n figura 2.Pn la 5% Sn bronzul este format dintr-o soluie solid (de Sn n Cu) iarla o concentraie mai mare apare compusul chimic Cu31Sn8 (faza ) Care prezint o puternic tendin de segregare. Fig. 2 Digrama de echilibru a sistemului de aliaje Cu-Sn

BRONZURISe disting urmtoarele categorii de bronzuri: bronzuri formate numai din faza (max. 8% Sn) - pot fi utilizate n stare turnat sau deformat plastic la rece; bronzuri cu 8-10% Sn, pentru construcii mecanice n care sunt utilizate sub form de cuzinei, robinei, angrenaje etc.; bronzuri fosforoase cu 6-14% Sn i 0,1 0,3%P (mai pot conine mici procente de Pb i Ni) pentru angrenaje, discuri de ambreiaj, cuzinei etc.; bronzuri cu Pb, au 0,5-10% Sn i 8-30% Pb, folosite n special pentru cuzinei;bronzuri cu Al, pn la 7,5%Al, prezint o structur monofazic . Peste aceast concentraie apare o faz fragil. Rezistena la rupere i duritatea acestor bronzuri poate fi mrit prin tratament de mbtrnire.

Evoluia proprietilor mecanice ale bronzurilorse prezint n figura 3.Fig. 3 Evoluia proprietilor mecanice

SIMBOLIZAREA ALIAJELOR DE CUPRUAlame deformabile:Fr plumb: CuZn28Cu plumb: CuZn40Pb08Speciale: CuZn38Al4Mn3Fe

Bronzuri obinuite cu Sn, deformabile:CuSn4Pb4Zn4 sau CuSn6

Bronzuri obinuite turnate n piese:CuSn10Zn2 (N; F; TC)CuSn5Zn5Pb5 (N; C; F; TC)

Nn amestec de formareCn cochilie (forme metalice)FCentrifugalTCContinuu

LEGEA FAZELOR8.2 ALUMINIUL I ALIAJELE SALEAluminiul are o greutate volumic mic, rezisten mecanic i duritate sczut, plasticitate ridicat, temperatura de topire medie (600C). Are urmtoarele caracteristici (n stare laminat i recoapt): Rm=100 N/mm2, HB=20-25; A=35-40%. Prin ecruisare se durific i poate ajunge la Rm=200-250 N/mm2 i HB=45.n stare natural este ntlnit sub forma mineralelor, dintre care amintim silicaii, silicoaluminaii (feldspat, mic, argile), criolitul (fluoaluminat de sodiu), bauxita, corindonul.Datorit rezistenei la rupere sczute Al se utilizeaz n general sub form de aliaje, elementele principale de aliere fiind: Cu, Si, Mg etc.

Clasificarea aliajelor de Al se face ca i n figura 4.Fig. 4 Clasificarea aliajelor de Al

ALIAJE DE ALUMINIUAliaje de Al deformabile: pot fi binare sau complexe. Aliajele care nu se modific prin TT sunt:Aliajele Al-Mn cu 1,0 1,6%Mn utilizate pentru piese ambutisate; aliajele Al-Mg cu 1,0 1,7%Mg i 0,1 -1,6%Mn utilizate sub form de profile, table, benzi, rezervoare caroserii etc.Aliajele care se modific prin tratament termic sunt aliajele complexe, cel mai reprezentativ fiind duraluminiul. Duraluminiul este aliajul Al-Cu care conine 3,8 4,8%Cu, 0,4 -0,8%Mg, 0,4 0,8%Mn, max. 0,7%Si i max. 0,7%Fe. Aliajul prezint proprieti mecanice bune dup un tratament de clire urmat de unul de mbtrnire. Pentru un duraluminiu obinuit Rm=420 N/mm2 iar pentru duraluminiul de nalt rezisten Rm=460 N/mm2 .Aliaje de Al pentru turntorie: pot fi binare dar mai ales complex aliate. Conine mai multe elemente de aliere dect cele deformabile drept care crete coninutul de eutectic cu efecte favorabile privind fluiditatea, compactitatea, rezistena la tensiunile de contracie de dup turnare. Aceste aliaje pot fi sau nu durificabile prin tratament termic, dar efectele durificrii scad odat cu creterea cantitii de eutectic. Cele mai rspndit aliaje sunt siluminurile.Siluminurile sunt aliaje Al-Si care formeaz un eutectic la 11,7%Si i temperatura de 577C. Au structura format dintr-o mas de baz eutectic i cristale primare de Si. Prezint proprieti farte bune de turnare: fluiditate ridicat i porozitate aproape nul, contracie redus. Pot fi turnate direct n piese complicate.

SIMBOLIZAREA ALIAJELOR DE ALUMINIU

8.3 TITANUL I ALIAJELE PE BAZ DE TITANTitanul este un metal de tranziie, cu densitate mic, dur i lucios, rezistent la coroziune, de culoare argintie. Titanul poate fi folosit n combinaii cu fierul, vanadiul, molibdenul, printre alte elemente, cu scopul de a produce aliaje puternice i uoare pentru aero-spaiu (motor cu reacie, proiectil sau nave spaiale), uz militar, procese industriale (chimicale i petro-chimicale, uzine de desalinizare, hrtie), automobile, agro-alimentare, proteze medicale, implanturi ortopedice, instrumente i pile dentare, implanturi dentare, bijuterii, telefoane mobile i alte aplicaii.Fig. 5 Diagrama Ti element de aliere, stabilizator al fazei (afagene);a- cu solubilitate total; b- cu solubilitate parialFig. 6 Diagrama Ti element de aliere, stabilizator al fazei (betagene);a- cu solubilitate total; b- cu solubilitate parial

8.4 MAGNEZIUL I ALIAJELE DE MAGNEZIUMagneziul este un metal alcalino-pmntos i de aceea nu se ntlnete dect combinat cu alte elemente. Se gsete n zcminte mari de magnezit (carbonat de magneziu), dolomit i alte minerale de exemplu talc. Aliajele pe baz de Mg se mpart n dou categorii: aliaje de turntorie i aliaje deformabile. Aliajele de turntorie au ca element principal Al, care are solubilitatea parial pn la 12,7% la temperatura eutectic de 437C.Aliajele Mg-Zn prezint compui intermetalici, mai ales (MgZn2), solidificare eutectic i precipitare din soluie solid. Aceste aliaje sunt foarte fragile la cald, fisurndu-se n timpul solidificrii n forme datorit contraciei neuniforme. Acest aspect se corecteaz prin adogarea altor elemente de aliere cum ar fi: Al, Mn, Zr.Aliajele deformabile se pot lamina numai la cald i conin Al (

8.5 NICHELUL I ALIAJELE DE NICHELEste un metal de culoare alb-cenuie, cu densitatea de 8900 Kg/m3, se topete la o temperatur de 1455C. Proprieti: este maleabil, ductil, tenace i se deformeaz plastic uor la rece. Este rezistent la aciunea substanelor organice i anorganice, cu excepia celor care conin sulf, i prezint o mare rezisten la coroziunea atmosferic, de acea e utilizat la galvanizare. Este feromagnetic pn la temperatura de 368C i se toarn la temperaturi de 1550 1650C.Aliajele pe baz de Ni: aliaje destinate pentru construcia de maini de tip Monel care conin 65-70%Ni, 25-30%Cu i urme de Fe i Mn. Sunt deformabile la cald i la rece, rezisten foarte mare la coroziune, caracteristici mecanice bune iar alierea cu un aliaj numit K-Monel asigur durificarea prin tratament termic de clire la 800C, revenire la 550-600C datorit precipitrii disperse a fazei NiAl (faza ) sunt utilizate la fabricarea pieselor de maini care lucreaz n mediu corosiv: pompe, turbine, aparate chimice, obiecte de menaj (tacmuri) etc.aliaje destinate pentru electrotehnic i electronic aliaje cu rezistivitate electric mare i coeficient de temperatur minim cum sunt: constantan, copel, manganin, alumel se utilizeaz sub form de benzi pentru rezistene, reostate, poteniometre etc.Aliaje cu proprieti magnetice cu permeabilitate magnetic mare: permalloy, supermalloy; cu permeabilitate magnetic constant ca li cele perminvar.Aliaje cu proprieti termice speciale cu coeficient de dilatare constant i foarte mic: invar, superinvar sau cu coeficient de dilatare egal cu al sticlei sub form de fire: platinit i kovarAliaje refractare i termorezistive sunt destinate pentru funcionare la temperaturi nalte i medii corosive mai ales aliajele nichel-crom.