1. METALE I ALIAJE NEFEROASE

Din cele 104 elemente cunoscute, 83 au caracter metalic. Metalele de utilitate tehnic se mpart n mod obinuit n dou categorii: - metale feroase (Fe i aliajele sale) i - metale neferoase care cuprind restul metalelor.

Grupa

met.nef.

Me-

feros

Me Nef grele,

greu fuzibile

Metale Neferoase

grele, usor fuzibile

Metale Neferoase

usoare

Metale nobile,

pretioase

Me

Proprietati

Fe Cu Ni Zn Pb Sn Al Mg Ti Au Ag Pt

ttopire[C] 1536 1083 1455 419 327 232 660 650 1668 1063 960 1768

[g/cm3] 7,8 8,9 8,9 7,1 11,3 7,3 2,7 1,7 4,5 19,3 10,5 21,3

n mod obinuit proprietile metalelor, nu sunt satisfctoare, ele au duriti mici i plasticiti mari. Adugarea altor elemente (metale, nemetale sau semimetale) schimb proprietile metalului de baz, formndu-se un aliaj.

Deci aliajele metalice sunt acele materiale alctuite din dou sau mai multe elemente dintre care cel puin unul este metal i care confer ntregului sistem nsuiri metalice.

Aliajele neferoase reprezint o categorie important de materiale utilizate n toate domeniile tehnicii, cu toate c dein o pondere n tehnica actual de circa 20 de ori mai mic dect cea a aliajelor feroase. Utilizarea preponderent a produselor siderurgice se bazeaz, n cazul fontelor i oelurilor nealiate pe un cost de producie sczut. Principalul dezavantaj al produselor siderurgice nealiate este sensibilitatea lor la coroziune.

Rezult c utilizarea materialelor metalice neferoase se bazeaz, n primul rnd, pe rezistena lor la coroziune. Aliajele neferoase nu se utilizeaz niciodat numai pentru proprietile lor de rezisten mecanic deoarece oelul este un material cu rezisten mai mare i mult mai ieftin.

Totui n industria constructoare de maini, n industria aeronautic pentru care raportul rezisten / greutate este important, aliajele uoare pe baz de Al i Mg devin competitive cu oelurile. Astfel, o pies din aliaj de Al de nalt rezisten de o anumit greutate are rezistena mecanic mult mai mare dect o pies din oel carbon de aceeai greutate. Valorile rezistenelor mecanice specifice ( rezistena/ greutate specific, /) i ale modulelor de elasticitate specifice (E/) pentru unele aliaje feroase i neferoase sunt redate n tabelul urmator

Proprietile mecanice specifice pentru unele aliaje neferoase i feroase

Proprietatea [Kg/dm 3 ] r

[daN/mm 2 ]

E,

[daN/mm 2 ]

Materialul real specific real specific

oel pentru. construcii de avioane

7.8 133 17 21000 2690

oel moale 7.8 39 5 21000 2690

duraluminiu 2.8 56 20 7380 2640

aliaje de Mg 1.8 35 19 4570 2540 aliaje de Ti 4.5 126 28 11960 2660 aliaje de Be 1.8 32 18 30970 17200 fibre de sticl 1.8 157 84 4200 2245

Pe lng rezistena la coroziune aliajele neferoase mai dispun de o serie de proprieti specifice care determin utilizarea lor n tehnic:

- sunt uor prelucrate prin turnare, deformare i achiere; - au caracteristici fizice deosebite: conductibilitate electric i termic ridicate; - au greutate specific mic; - au un aspect plcut.

1.1. Clasificarea metalelor i aliajelor neferoase

n tehnica obinerii aliajelor nu se folosesc metale pure fiindc metodele actuale de rafinare nu pot elimina complet impuritile iar pe de alt parte nu este economic folosirea unor metale de puritate avansat al cror pre de cost se ridic considerabil. De aici provine necesitatea clasificrii metalelor dup gradul de puritate definit ca diferena din 100 a sumei coninuturilor tuturor elementelor strine prezente n compoziia lor.

Se disting astfel metale: - de puritate tehnic: - sczut, 95-99%, deci cu peste 1% elemente strine; - medie, 99-99,9%, cu mai puin de 1% elemente strine - de puritate chimic; - ridicat 99,9-99,99%; -nalt 99,99-99,999%; - de puritate spectral: - > 99,999%; - de puritate fizic: - cnd conin mai puin de o milionime elemente strine i n acelai timp sunt ct mai lipsite de imperfeciuni structurale. La exprimarea puritii se folosete noiunea de pri per milion (ppm).

Metalele propriu-zise, cu duriti mici i plasticiti mari n general, nu pot rspunde necesitilor foarte variate ale tehnicii care adesea cer asocieri de proprieti cu valori optime, astfel c metalele se folosesc cel mai frecvent sub form de aliaje.

Un aliaj este caracterizat prin compoziia chimic, structur i proprietile sale.

Componenii aliajului reprezint elementele chimice care ntr n compoziia aliajului. Aliajele formate din componeni dai la care variaz proporia acestora formeaz un sistem de aliaje, de exemplu sistemul de aliaje Cu-Zn, sistemul Al-Si etc.

Diversitatea mare de aliaje neferoase obinute prin combinarea celor 82 de metale neferoase i a ctorva nemetale i semimetale se clasific dup urmtoarele criterii:

1- dup natura metalului de baz: Componentul care predomin n compoziia aliajului este metalul de baz: aliaje cu baz de Cu, cu baz de Al, cu baz de Mg, cu baz de Ni etc. Componentul de aliere este elementul adugat intenionat n metalul de baz pentru a obine un aliaj cu anumite proprieti. 2- dup numrul elementelor de aliere, aliajele neferoase se mpart n: aliaje binare, ternare, cuaternare i complexe. 3- dup proporia de element de aliere, aliajele se mpart n mod convenional n: - slab aliate, care conin sub 2,5% elemente de aliere; - mediu aliate, cu 2,5 pn la 10% elemente de aliere; - bogat aliate, cu peste 10% elemente de aliere. Adesea cnd unul din elementele de aliere este predominant i confer aliajului anumite proprieti iar celelalte elemente de aliere sunt adugate n proporii mici numai cu scopul de a accentua anumite caliti sau a-i conferii caliti noi, aliajul si pstreaz denumirea la care se adaug numele "special". Astfel, de exemplu, alamele speciale sunt aliaje Cu-Zn cu adaosuri de alte elemente ca: Al, Si, Fe, Mn, Sn, Ni, etc. 4- dup greutatea lor specific, avem - aliaje neferoase uoare cu < 4,5 g/cm 3 ; - aliaje neferoase grele cu > 4,5 g/cm 3 . 5- dup structur: - aliaje neferoase cu structur monofazic; - aliaje neferoase polifazice. 6- dup destinaie (dup proprietile de utilizare): - mecanice; - fizice; - chimice. 7- dup tehnologiile de prelucrare: - aliaje de turnare; - aliaje deformabile; - aliaje deformabile i tratabile termic; - prealiaje.

Ultimul criteriu de clasificare este cel mai direct legat de caracteristicile cu caracter fundamental, respectiv de constituia i microstructura aliajului, dependent de poziia sa n diagrama de echilibru fazic (termic), fig. 1.1.

Fig. 1.1. Reprezentare pentru clasificarea aliajelor

dup tehnologiile de prelucrare.

Pe baza criteriilor de clasificare de la punctele 2, 5, 7 se poate spune c, de regul, aliajele de turntorie sunt complex aliate i polifazice iar cele deformabile conin un numr minim de elemente de aliere ca i faze metalografice. 8- dup natura elementelor nsoitoare (impuritilor metalice):Prin faptul c nu se pot obine metale pure, aliajele industriale conin pe lng componenii de baz i componeni de aliere i alte elemente strine numite impuriti (elemente nsoitoare). Dup influena acestora asupra proprietilor aliajelor, impuritile sunt: - neutre, nu duneaz asupra structurii i proprietilor aliajului; - nocive, care nrutesc proprietile i ca urmare, trebuie evitate sau reduse sub anumite limite admisibile.

Compoziia chimic a unui aliaj se poate exprima prin: - compoziia nominal, care indic compoziia chimic medie global a aliajului; de exemplu alama CuZn30 cu 30% Zn i 70% Cu; - compoziia admisibil care indic limitele inferioar i superioar ale componentului; de exemplu alama CuZn30, cu 68,5 - 71,5 % Cu i 28,5 - 31,5 % Zn; - compoziia real care indic compoziia chimic a aliajului determinat prin analiza chimic; de exemplu alama CuZn30 cu 31,2 % Zn i 68,8 % Cu.

Deoarece proprietile aliajelor sunt determinate, n primul rnd, de fazele existente n structura lor cristalin, studiul aliajelor se va ncepe cu determinarea fazelor care pot exista n aliajele neferoase n anumite condiii termodinamice (temperatur, concentraie, presiune) i cu structura pe care ele o posed n condiiile date.

Structura metalografica a aliajelor este determinat de compoziia chimic, de modul de elaborare i turnare i de prelucrrile metalurgice ( plastice, termice, termomecanice etc. ).

Elaborarea aliajelor are loc n general prin topirea mpreun a componenilor urmat de turnarea i solidificarea aliajului. Metodele de elaborare s-au extins n ultimul timp, astfel c se pot elabora aliaje prin depuneri electrolitice, condensare din faza de vapori, comprimare i sinterizare din pulberi etc.

Proprietile aliajelor depind de nsuirile metalelor care le alctuiesc, de proporia acestora, de modul de prelucrare metalurgic.

1.2 Principiile i scopul alierii. Relaiile ntre diagramele de echilibru, structuri i proprieti

Alierea a fost factorul determinant n extinderea folosirii multor metale neferoase. Atomii strini produc perturbri n reeaua cristalin care determin creteri de rezisten mecanic, efect care st la baza elaborrii aliajelor cu proprieti superioare metalelor pure. S-a dovedit c proprietile aliajelor sunt determinate nu numai de nsuirile iniiale ale metalului ca element chimic, ci i de raporturile ntre metalele care se aliaz. Astfel, Si este un element dur, casant, greu prelucrabil dar aliat cu cuprul, aluminiul confer acestora proprieti mecanice superioare.

Dup aspectul diagramei de echilibru termic se pot determina fazele din aliajele componenilor respectivi, la diferite temperaturi. Pe baza acestor diagrame, se pot urmrii transformrile n aliaje, la variaii ale temperaturii sau ale concentraiei.

ntre tipul diagramei de echilibru i proprietile de exploatare i tehnologice ale aliajelor exist o anumit interdependen.

Influena elementelor de aliere asupra proprietile mecanice se reflect prin efectul acestora de modificare a structurii cristaline i metalografice a metalului pur. Astfel sunt elemente care: - se dizolv i formeaz soluii solide; - nu se dizolv sau se dizolv parial i formeaz eutectice; - formeaz compui cu caracter metalic.

La formarea soluiilor solide, efectul structural al atomilor strini este cumulativ; se observ o variaie continu a parametrului reelei i a proprietilor fizice la creterea proporiei de element de aliere. Introducerea atomilor strini produce o distorsiune a reelei cristaline cu efect de durificare care se manifest prin creterea caracteristicilor de rezisten mecanic i o diminuare a plasticitii, figura 1.2.b. Dar soluiile solide rmn aliaje cu plasticiti ridicate, dei mai sczute fa de metalele pure, i cu duritate relativ sczut, ndeosebi la concentraii nu prea mari de elemente de aliere. Ca urmare, formarea soluiilor solide influenteaz relativ puin proprietile mecanice; n schimb alierea cu formarea soluiilor solide produce o modificare nsemnat a unor proprieti fizice, de pild, a conductibiliii termice i electrice. Reeaua cristalin deformat prin introducerea atomilor strini constituie un obstacol n calea fasciculului de electroni fapt care micoreaz apreciabil conductibilitatea electric a soluiilor solide fa de metalele pure. Elementele strine chiar sub form de impuriti micoreaz conductibilitatea electric a metalelor pure.

n cazul elementelor de aliere care nu se dizolv sau se dizolv parial cu formarea de eutectice, ca i a acelora care dau compui intermetalici, sensul de variaie a proprietilor mecanice ( duritate HB, rezistena la rupere r , plasticitate ) este indicat n figura 1.2, n corelaie cu diagramele binare de echilibru pe care le formeaz cu metalul de baz.

Fig.1.2 Curbele de variaie a proprietilor mecanice ( HB, , ) i a proprietilor fizice ( e -conducti bilitatea electric ), n funcie de diagrama de echilibru: a.)- n cazul sistemelor cu formare de eutectice; b.)- n cazul formrii soluiilor solide; c.)- n cazul sistemelor cu solubilitate parial d.)- cu formare de compui intermetalici.

Se remarc variaia liniar, a proprietilor n sistemele binare cu eutectic, deci valorile proprietilor aliajelor variaz ntr-un interval, ntre proprietile componenilor puri. n cazul formrii unui compus intermetalic se remarc variaia liniar, a proprietilor i extremul acestora n dreptul aliajelor alctuite din compui intermetalici. n cazul formrii soluiilor solide cu solubilitate limitat, n domeniul soluiilor solide monofazice proprietile variaz dup o curb iar n domeniul bifazic dup o linie dreapt, punctele limit ale dreptei reprezentnd proprietile fazelor pure ale soluiilor cu saturaie maxim.

Pe lng influena dat de natura i proporia fazelor (date de elementele de aliere), proprietile mecanice ale unui aliaj sunt influenate i de ali factori:

- mrimea de grunte care determin o cretere nsemnat a tenacitii aliajelor cnd granulaia este fin. Obinerea unei granulaii fine n piesele turnate este adesea unul din scopurile urmrite prin alegerea metodei de turnare; - dispersia fazelor n aliajele bifazice; distribuia unei faze secundare dure sub form de particule fine ntr-o matrice moale contribuie la mrirea duritii cu meninerea unei plasticiti suficient de ridicate. Finisarea fazelor dintr-un eutectic (sau eutectoid) are acelai efect de mrire a caracteristicilor de rezisten; - creterea temperaturii produce o micorare a duritii. Duritatea se modific substanial cnd la nclzire au loc transformri fazice. Ca urmare alierea metalelor neferoase cu scopul mbuntirii proprietilor mecanice tinde s dea acestora un potenial mare de utilizare industrial. n general aliajele neferoase cu rezistene mecanice ridicate sunt complexe, alctuite din cel puin trei componeni.

Astfel, bronzurile cu Al cu adaosuri de Fe, Ni, i Mn ating proprieti mecanice comparabile cu ale oelurilor. Aliajele cu baz de aluminiu de nalt rezisten fac parte din sistemele: - Al-Cu, cu adaosuri de Mg, Mn, Ni; - Al-Zn cu adaosuri de Mg, Cu, Ag; - Al-Mg, cu adaosuri de Si, Zn. Structura acestor aliaje este totdeauna format din mai multe faze; n mod obinuit exist o soluie solid durificat prin dizolvarea elementelor de aliere i compui intermetalici care apar sub forma unor constitueni separai ( cazul aliajelor cu baz de Al ) sau n amestecuri mecanice (cazul bronzurilor cu Al). Este de remarcat c fazele durificatoare de tipul compuilor nu sunt rezultatul combinrii elementului de baz cu elementele de aliere, ci adesea al combinrii elementelor de aliere (de exemplu compui Mg 2 Si, MgZn 2 n aliajele cu baz de Al sau Ni 2 Si n bronzurile cu Si).

Aliajele neferoase nu se utilizeaz numai pentru proprietile lor mecanice; ntotdeauna se urmrete mbinarea proprietilor mecanice cu alte proprieti specifice: greutatea specific, rezistena la coroziune, conductibilitatea termic sau electric.

Asigurarea unei bune rezistene la coroziune este adesea unul din scopurile folosirii metalelor i aliajelor neferoase. Rezistena acestora la coroziune este dat de: - formarea unei pelicule stabile, dense, aderente de oxizi cu proprieti protectoare pe metale ca Al, Cr, Ti, Be; - fie datorit ineriei chimice a metalelor respective - cazul cuprului al crui potenial electrochimic este pozitiv. Alierea metalelor neferoase are influene diferite asupra rezistenei la coroziune a aliajelor obinute. Cnd apar i alte faze n structura aliajului, rezistena la coroziune se micoreaz mult.

Exemplul tipic l constituie aliajele de tip dural n care adaosul de Cu cu formarea de compus CuAl 2 are un efect negativ asupra rezistenei la coroziune din cauza diferenei mari de potenial chimic ntre faze.

Alierea poate urmri ca scop distinct mbuntirea unor proprieti tehnologice, ndeosebi n aliajele complexe: mrirea fluiditii, micorarea segregaiilor, reducerea proporiei de gaze dizolvate n stare lichid etc. n aliajele neferoase ale cror elemente principale de aliere sunt alese n funcie de proprietile de exploatare cerute pieselor turnate, se practic adesea introducerea unor mici adaosuri din alte elemente care s uureze elaborarea.

: Scopul operatiei de aliere:

- Imbunatatirea proprietatilor: - de exploatare - - tehnologice

2.1. UTILIZAREA PRACTIC A DIAGRAMELOR DE ECHILIBRU TERMIC

Deoarece proprietile aliajelor sunt determinate, n primul rnd, de fazele existente i de structura lor cristalin, studiul aliajelor trebuie nceput cu determinarea fazelor care pot exista n aliajele neferoase n anumite condiii termodinamice (temperatur, concentraie, presiune) i cu structura pe care ele o posed n condiiile date.

Schimbarea strilor de echilibru ale aliajelor n funcie de temperatur i concentraie se reprezint prin diagramele de echilibru termic ale sistemelor de aliaje.

Aceste diagrame dau posibilitatea de a stabili strile aliajelor de o anumit compoziie n funcie de temperatur i de a se determina fazele existente, din punct de vedere calitativ i cantitativ.

Diagramele de echilibru permit, de asemenea, s se urmreasc transformrile de faze care se produc n aliaje la nclzire sau rcire n condiii de echilibru termic i s se indice constituenii structurali care se obin n urma transformrilor. n consecin, diagramele de echilibru termic ale sistemelor de aliaje au nu numai o valoare teoretic interpretativ, ci mai ales o valoare practic aplicativ.

Construirea diagramei de echilibru termic const n stabilirea poziiilor tuturor liniilor de transformare fazic la solidificare i n stare solid care separ domeniile de stabilitate ale fazelor. Stabilirea precis a liniilor de transformare fazic se execut experimental prin urmrirea transformrilor la nclzire i rcire n condiii de echilibru pentru un mare numr de aliaje dintr-un sistem dat. Temperaturile transformrilor sunt puse n eviden prin anomaliile pe curbele de variaie cu temperatura ale proprietilor aliajelor. Metodele experimentale de determinare a punctelor de transformare fazic ale aliajelor se bazeaz pe urmrirea diferitelor proprieti fizice: metoda de analiz termic (metoda curbelor de rcire,analiza termodiferenial), metode de analiz dilatometric, metode de analiz magnetic, etc.

Diagramele de echilibru se pot determina i prin calcul termodinamic lund n considerare variaia energiei libere a fazelor lichide i solide cu temperatura i concentraia.

Sisteme de aliaje binare cu miscibilitate total n stare lichid care prezint diagrame simple tip:

+) Sisteme importante din punct de vedere practic

2.1.1. Reguli de citire a diagramelor de echilibru termic

1. Diagrama de echilibru termic, construit la scar, permite obinerea de date directe privind temperaturile de topire i solidificare a tuturor aliajelor sistemului, ceea ce este de mare interes pentru practica elaborrii i turnrii aliajelor. 2. Cu ajutorul diagramelor de echilibru termic se poate urmri procesul de formare a structurii primare pentru orice aliaj din domeniul lichid, pn la temperatura de 20C, determinndu-se n acelai timp: - natura fazelor prezente la anumite temperaturi, inclusiv compoziia lor, aplicndu-se regula orizontalei;

Solubilitatea componenilor n stare solid

Solubilitate Complet

Solubilitate parial Insolubilitate Compui intermetalici

eutectic peritectic

eutectic

stabili Instabili

Ag Au

Ag Pd

Au Pd

Bi Sb

Fe Cr+)

Cr Mo Cr W

Cu Ni+)

Cu Pt Ge Si

Pt Ir

Ti Mo

W Mo+)

Se Te

Ti Ta

Zr U

Cu Ag

Ag Ge

Al Si+)

Bi Sn+)

Cd Pb+)

Cd Zn+)

Cr Ni

Ga In

Sn Pb+)

Pt Re

Pt W

Ti W

Ag Pt

Ag Si

Al Be

Al Sn+)

Au Si

Be Si

Bi Cd

Ga Sn

Zn Ge

Zn Ge

Na Ru

Zn Sn

Th Ti

Al Ca

Al Sb

Au Te

Mg Ca

Ga Sb

Mg Ge

In Sb

Mg Si+)

Mg Sn

Pt Ti

Sn Te

Zn Te

Au Bi

Au Sb

Ge Te

Na - K

- proporia relativ a fazelor i constituenilor din domeniile bifazice la aceeai temperatur, inclusiv din structura final, aplicndu-se regula segmenilor inveri (prghiei). Regula orizontalei, fig. 2.1., precizeaz natura i concentraia fazelor solid (C S ) i lichid (C L ) prezente la aceeai temperatur (TO ) ntr-un aliaj I(C), prin citirea proieciilor (C S ' si C L ') pe axa concentraiei a punctelor de intersectie (C S si C L ) ale orizontalei de temperatura TO cu liniile critice de transformare (solidus i lichidus), care delimiteaz domeniul bifazic respectiv.

Fig. 2.1. Ilustrare regulilor orizontalei i segmenilor inveri.

Regula segmenilor inveri, fig.2.1., precizeaz cantitile procentuale de faze sau constitueni Q S i Q L prezente la aceeai temperatur, considerndu-se ecuaiile de echilibru ale prghiilor de gradul I, i anume: la o temperatur constant TO , concentraia global C a aliajului I (punctul de sprijin al prghiei) taie pe orizontala de temperatur (axul prghiei) dou segmente a i b (brae de prghie) la capetele crora, la concentraiile C S i C L se echilibreaz forele Q S i Q L .

Din ecuaiile: Q S +Q L = 100 (2.1) Q S a = Q L b (2.2) se expliciteaz: %Q S = b

a b+100 = 100 - Q L = C CC C

L

L L

!

! !

100 (2.3)

%Q L = aa b+

100 = 100 - Q S = C CC CS

L S

!

! ! 100 (2.4) adic: cantitiile de faze prezente la aceeai temperatur se gsesc n raport direct proporional cu segmentele inverse (mai ndeprtate) pe care compoziia aliajului le formeaz pe orizontala de temperatur pn la intersecia cu primele linii ale diagramei.

3. Variaia cantitilor procentuale de faze i constitueni n funcie de concentraie pentru ntreg sistemul de aliaje rezult din diagramele Tammann. Diagramele Tammann sunt reprezentri grafice n coordonatele concentraie - cantiti procentuale de constitueni sau faze care ilustreaz pentru intregul sistem de aliaje la temperatura ambiant sau alte temperaturi, natura i proporia cristalelor care ntr n alctuirea structurii lor.

Formarea structurii la un aliaj, hipoeutectic din sistemul Bi - Cd, cu concentraia C = 20 % Cd (I), se urmrete astfel (fig. .2.2.a): a.)- se traseaz verticala de compoziie a aliajului I i se noteaz punctele critice T L i T S de nceput i de sfrit de solidificare la interseciile cu liniile lichidus i solidus ale diagramei

Fig. 2.2. Diagrama de echilibru termic a sistemului Bi - Cd: a) completat prin constitueni; b) curba de rcire a aliajului I c.) diagramele Tammann pentru constitueni i faze; d) variaia proprietilor mecanice de rezisten (HB,) i plasticitate (%).

b.)- la temperatura T L se duce orizontala de temperatur care intersecteaz curba solidus n punctul CSBi i lichidus n T L . Conform regulei orizontalei vor fi n echilibru: - lichid de concentraie C L! = C = 20 % Cd - solid - cristale de bismut CSBi = C' = 100 % Bi. Deci la T L ncepe solidificarea, dar cantitatea de germeni separat este infim (Q S sub 1 % Bi), iar cea de lichid, maxim (Q L peste 99 % ) corespunztor segmenilor b0 i amax.

c.)- la temperatura intermediar T X , cnd solidificarea a progresat, regula orizontalei indic meninerea acelorai faze: - lichid, dar de concentraie C L! = 30 % Cd, deci mbogit n cadmiu, dar n cantitate mai mic: %Q L = a

a b+100 = 20

30100 = 66 % (2.5)

- cristalele de bismut (C S! = 100 % Bi), dar n cantitate mult mai mare: %Q S = b

a b+100 = 30 20

30 100 = 34 % (2.6)

d.)- la T S , solidificarea s-a terminat, coexistnd faza de cristale primare de Bi, separate anterior, i amestecul care cristalizeaz din lichidul de compoziie L E , concentrat n Cd pn la C E = 40 % Cd la temperatura T E conform relaiei: LE cu Cd. . %40

T CE = 145o

( Bi + Cd) (eutectic) (2.7) desfurat n condiii de invarian (v=0) la T E = ct. i concentraii constante ale lichidului ( 40 % Cd) i fazelor Bi (100 %) i Cd (100%). Cantitile procentuale de constitueni vor fi: - cristale de bismut QBiC = C CC C

E

E SBi

100 = 40 2040 0

100 = 50 % (2.8) - eutectic (amestec mecanic ntre cristalele de Bi i de Cd) Q EC = C CC C

SBi

E SBi

100 = 20 040 0

100 = 50 % (2.9) iar cantitiile de faze vor fi identice cu concentraia aliajului I n componeni puri: - cadmiu: QCd = QCdF = C CC C

SBi

SCd

SBi

100 = 20 0100 0

100 = 20 % Cd (2.10) - bismut: QBi = QBiF = C CC C

SCd

SCd

SBi

100 = 100 20100 0

100 = 80 % Bi (2.11)

e.)- n timpul solidificrii aliajului I, n intervalul de temperatur T L - T S , punctul figurativ, care caracterizeaz concentraia lichidului C L , se deplaseaz pe curba lichidus spre dreapta, corespunztor sgeii, lichidul mbogndu-se treptat n cadmiu pn la C E = 40 % Cd. La temperatura eutectic T L = T S , o cantitate de 50 % lichid eutectic (L E ), conform regulei orizontalei, va fi saturat concomitent n Bi i Cd (extremitile orizontalei eutectice T E ). Compoziia fazei solide primare, proeutectice rmne aceeai (cristale de Bi 100%). f.)- Solidificarea aliajului I poate fi urmrit n dreapta diagramei, pe curba de rcire trasat (fig. 2.2.b), pe care sunt nscrise punctele de inflexiune T L i paliarul T S = T E = 145C, precum i transformrile principale care decurg n aceste intervale de temperatur i variaia sistemului (numrul gradelor de libertate). g.)- Diagramele Tammann consemneaz proporiile de constitueni i faze calculate pentru aliajul I (fig. 2.2 c, d).

Diagrama constituenilor structurali arat cte procente exist n structur din fiecare constituent. Segmentele determinate n spaiile diagramei de prelungirea ordonatei aliajului respectiv ne dau aceste cantiti. Astfel, pentru aliajul I cu 80 % Bi i 20 % Cd, structura va fi format din Q E = 50 % eutectic i QBi = 50 % cristale de bismut. Diagrama se traseaz considerndu-se variaia liniar a cantitilor constituenilor n funcie de concentraie. La 0 % Bi, toat structura este format numai din cristale de Bi, iar la T E = 40 % Cd, toat structura este format numai din eutectic.

Diagrama fazelor ne d cantitatea componenilor care se poate citi direct pe scara concentraiei: QBiF = 80 % Bi i QCdF = 20 % Cd. Comparnd cele dou diagrame Tammann, rezult c coninutul total de bismut, QBi = 80 %, din aliajul I, se afl repartizat ntre cristalele primare de bismut i eutecticul (Bi + Cd), n proporiile: QBil BiCQ= = 50% , respectiv QBie BiF BiCQ Q= = =80 50 30% (2.12) (Q Bi Bil BieQ Q= + = + =50 30 80% ; unde: QBil - bismut liber; QBie -bismut coninut n eutectic).

4. Variaia proprietilor mecanice ale aliajelor cu eutectic n funcie de concentraie sunt apreciate conform regulilor lui Kurnakov. Aceast variaie este liniar, proprietile unuia din componenii puri crescnd sau scznd direct proporional cu cantitatea celui de-al doilea component adugat (fig.2.2.e).