Lucrarea nr.15___________________________________________________

LUCRAREA NR. 15 (la cuprins apare alt titlu)

STRUCTURA I PROPRIETILE METALELOR I ALIAJELOR NEFEROASE

1). Introducere

Aliajele neferoase reprezint o categorie important de materiale utilizate n toate domeniile tehnice.

Aliajele neferoase se pot clasifica dup diferite criterii astfel:

dup numrul elementelor de aliere se disting aliaje binare, ternare, cuaternare, complexe;

dup coninutul elementelor de aliere- se grupeaz n: slab aliate (2-3 % elemente de aliere); mediu aliate (suma elementelor de aliere fiind de 3-10%) i nalt aliate (cu peste 10% elemente de aliere); dup natura elementului de baz neferoasele se clasific n : aliaje cu baz de cupru, aluminiu, magneziu, staniu, plumb, etc.Aliajele neferoase mai conin n oferta metalului de baz i a elementelor de aliere i o anumit cantitate de elemente nedorite numite impuriti (care pot fi metalice, nemetalice, gazoase).

Aceste impuriti micoreaz valorile caracteristicilor fizice, chimice mecanicei tehnologice ale aliajelor neferoase.

dup tehnologiile de prelucrare aliajele neferoase se pot clasifica n :

-aliaje de turntorie

- aliaje deformabile

Domeniile de aplicare practic ale metalelor i aliajelor metalice neferoase sunt determinate n primul rnd de proprietile lor. De exemplu, pentru construcia motoarelor cu reacie sunt necesare aliaje neferoase refractare (aliaje cu titan, zirconiu, niobiu, etc.) n aviaie sunt folosite aliaje neferoase cu greutate specific mic (aluminiu, magneziu, bariliu). n industria nuclear sunt folosite aliajele cu plumb, reniu?, tantal?. Pentru fabircarea cuzineilor se utilizeaz aliajele antifriciune cu baz de Pb, Sn, Al, etc.

2) Cuprul i aliajele cu baz de cupru

a) Cuprul este un metal de culoare roie caracteristic, se lamineaz i se prelucreaz foarte uor att la cald ct i la rece. Cuprul posed o conductivitate termic i electric nalt i are o rezisten la coroziune bun n diferite medii. Are o densitate mare , se poate turna , deforma plastic i trata termic.

b) Aliajele cuprului

Principalele aliaje ale cuprului sunt bronzurile (Cu-Sn) i alamele (Cu-Zn).

1. Bronzurile se clasific n dou categorii:

- bronzuri cu baz de Cu i Sn

- bronzuri fr Sn speciale : CuAl, CuNi, CuBe, CuP,? CuPb, etc.

Dup proprieti i domeniul de utilizare, aliajele cu baz de cupru pot fi grupate n urmtoarle categorii : aliaje antifriciune , refractare, criogenice, pentru organe de maini, pentru mbinri sudate, superconductoare, magnetice, rezistive, pentru turnare sub presiune, antiscntei, pentru ambutisare adnc, cu modul de elasticitate ridicat, etc.

Structura bronzurilor simple Cu-Sn

Bronzurile cu un coninut de pn la 14% Sn au o structur monofazic soluie solid de Sn n Cu.

n stare turnat aspectul este dendridic, iar n stare recoapt aspectul grunilor este poliedric.

Bronzurile cu un coninut de peste 14% Sn au o structur bifazic soluie solid i un amestec mecanic (eutectoid) + .

Structura bronzurilor speciale

Structura acestora depinde de elementele principale de aliere . Ea poate fi monofazic sau bifazic.

Structurile monofazice sunt formate din soluii solide, iar cele bifazice dintr-o soluie solid moale i unul sau mai muli constitueni duri.

Obs. Se vor scana diagramele Cu-Sn

2. Alamele

Alamele sunt cele mai rspndite aliaje ale cuprului. Se pot distinge dou mari clase :

alame simple binare Cu-Zn;

alame speciale complexe care pe lng Cu i Zn mai conin i alte elemente de aliere pentru a le mbunti prorpietile;

Structura aliajelor binare (se va scana diagrama Cu -Zn)

Diagrama de echilibru a sistemului de aliaje Cu-Zn se compune din cinci diagrame peritectice simple din care rezult ase faze distincte i anume : ? n ordinea crescnd a coninutului de zinc.

La temperatura ambiant structura alamelor poate fi :

monofazic pn la 37% Zn alctuit din soluia solid de Zn dizolvat n Cu. Structura poate s fie dendridic (la rcirea cu vitez mare) sau poliedric (rcirea cu vitez mic). Aceste alame sunt plastice i se pot deforma la rece . Ele se folosesc pentru fabricarea tuburilor, evilor, radiatoarelor, etc.

bifazic (ntre 37-46 % Zn) este alctuit dintr-o soluie solid i o soluie solid intermediar pe baza compusului electronic CUZn (de tip Hume-Rothery). Se pot prelucra numai la cald deoarece sunt dur ei fragile, rezultate dintr-o faz .

Alamele cu peste 47% Zn nu mai prezint interes din punct de vedere practic deoarece din cauza compuilor intermediari ( ) au o fragilitate mare. Se folosesc pentru fabricarea pieselor care se prelucreaz prin achiere (uruburi, roi dinate, etc.).

3. Aluminiul i aliajele cu baz de Al

a) Aluminiul este cel mai rspndit metal n scoara pmntului constituind 7,5% din litosfer, iar dintre toate elementele este al treilea ca rspndire dup oxigen i siliciu. Aluminiul se gsete numai sub form de combinaii din care se poate extrage cu un mare consum de energie.

Proprietile aluminiului :

greutate specific 2,69

temperatura de topire 660 C

conductivitate elastic bun

rezisten mecanic sczut (7- 18daN/ )

duritate sczut HB 14-47

alungirea 30-62%

rezistena la coroziune este bun datorit formrii unui oxid de aluminiu (), compact i fr defecte cu o aderen bun.

Microstructura aluminiului este de tip poliedric, fr macle. Prezena Fe i Si duce la formarea unui eutectic (Al+ ) care se repartizeaz la limita de gruni mrind fragilizarea.

b) Aliajele aluminiului

Clasificare :

- din punct de vedere al prelucrrii aliajele de aluminiu se clasific astfel :

- aliaje laminabile

- aliaje de turntorie

- dup capacitatea lor de tratament termic se clasific n :

- aliaje care nu se pot durifica prin tratament termic

- aliaje care se pot durifica prin tratament termic.

Principalele sisteme cu baz de aluminiu sunt : Al-Si (siluminuri), Al-Mg (duraluminurile), Al-Cu, Al-Ag, Al-Be, Al-Ti, Al-Ni, Al-Zn.

Aliajele Al-Si (Siluminuri) au pn la 20 % siliciu

Aliajele cu baz de aluminiu cu siliciu cu procente mari de siliciu Si sunt aliaje de turntorie. Aceste aliaje conin n special 11-13% siliciu i se caracterizeaz prin proprieti foarte bune de turnare, sudabilitate oxiacetilenic bun, rezist la coroziune mai bine dect aluminiul.

Ele pot fi :

hipoeutectice cu coninut de 5-10% Si. Se folosesc mai rar ca i aliaje binare, fiind aliate n special cu Fe (0,8-2%). Au tenacitate bun i rezisten la coroziune bun.

hipereutectice cu cuninut de 11+13,5% Si . Acestea se utilizeaz pentru turnarea unor piese cum ar fi pistoanele pentru motoare.

Structura unui silumin turnat nemodificat cu ~ 13% Si este format din cristale de siliciu primar i o matrice eutectic .

Dac aliajul este modificat (n general cu Na) structura este format din dendride (de culoare deschis) pe un fond globular fin eutectic. diagrama Al-Si

Aliaje antifriciune Sn-Sb

diagrama pg.7

Aceste materiale sunt cunoscute sub form de babbituri dup numele celui care le-a descoperit in anul 1836 Isaac Babbit. Din diagrama de echilibru rezult c sunt cu miscibilitate parial n stare solid cu transformri peritectice la : 246 C, 325 C, 425 C . La 425 C se formeaz faza . Aceasta este o soluie solid dezordonat care la 320 C sufer un proces de ordonare, trecnd n faza stabil la temperatura camerei.

Solubilitatea Sb n Sn la 20 C este de 2,2 %. Aliajele care se folosesc n domeniul tehnic conin Sb ntre 5 i 18%. Dac depesc aceste limite aliajul se durific. Dac procentulde stibiu este mai mic de 5% nu mai apare faza SnSb.

Faze i constitueni

Masa moale a aliajului este dat de soluia solid pe baz de staniu, care are o duritate de aproximativ 5 HB.

Constituentul dur este dat de soluia solid pe baza constituentului intermetalic SnSb care are o duritate de 30 HB. Cristalizeaz prima i se ridic prin licuaie ? deasupra aliajului.

Impuriti

Pb- coninutul este limitat la 0,25+0,050 %, deoarece reduce refractaritatea i proprietile de aderen pe suport i mrete tendina de segregare.

Bi, Zn, l formeaz eutectice cu staniu.

Fe modific structura prin apariia fazelor fragile.

Cd- finiseaz strcutura jucnd un rol de centru de germinare eterogen.

Mg, P sunt folosii la dezoxidare i nu sunt dunatori.

Domeniul de utilizare

Aceste aliaje sunt utilizate pentru turnarea lagrelor la motoarele Diesel, la turbinele cu abur, pentru confecionarea lagrelor cu ungere insuficient, etc.

Aliajul Sn-Sb-Cu

Adaosurile de Cu n aliajele Sn-Sb contribuie la mbuntirea proprietilor antifriciune prin formarea de faze noi intermetalice cum ar fi : .

Faza CuSn cristalizeaz prima i formeaz dendrida pe a crei ramur se depun cristalele componentului SnSb, mpiedicnd licuaia. Cnd coninutul de Sb este mai mic de 5% nu mai apare faza SnSb, duritatea fiind dat de .

Faze i constitueni

-faza moale soluie solid de Sb n Sn cu o duritate de 5 HB

- eutectic (amestec mecanic) Sn--SbSn

- consituentul dur este format din soluia solid pe baz de compus intermetalic SnSb (de form ptrat) cu o duritate de 30 HB.

- faza (de form circular) cu o duritate de 100 HB

- fazele - sunt faze dure i joac un rol de centru de germinare eterogen pentru faza finisnd structura.

Elemente de aliere:

Cd, Be, Cr, Co, Mn, Ni, Te, Se Aceste elemente mbuntesc prorietile mecanice i de antifriciune, rolul lor fiind de a sfrmia structura i de a nlocui Sb.

Domeniul de utilizare pentru confecionarea cuzineilor la lagrele mainilor unelte, motoarelor de avioane, turbinelor de locomotiv, pompelor , laminoarelor, compresoarelor, motoarelor electrice, Sunt folosite aceste aliaje pentru presiuni medii i turaii mari.

Duritatea aliajului : 14-30 HB.

Aliaje Sn-Sb-Pb aliate cu Cu

n aceste aliaje Pb se introduce pentru a nlocui Sn reducnd preul de cost. Totui aceste aliaje trebuie s aib obligatoriu un coninut de cupru de 5% pentru a putea forma faza CuSn.

Faze i constitueni:

faza moale este dat de eutecticul cu 4% Sn; 12% Sb; rest Pb.

Faza dur SnSb;

Elementele de aliere :

Ni, As, Cd, Te au rolul de a forma constitueni duri. Aceste elemente de aliere permit reducerea coninutului de Sb.

Elementul de aliere Te determin o durificare mare formnd teluri cu plumbul i staniul - PbTe i SnTe i are o capacitate mare de a reduce rezistena.

Duritatea aliajului : 22-32 HB.

Domeniul de utilizare

Aceste aliaje sunt utilizate pentru producerea de lagre la mainile unelte, la motoarele cu combustie intern , motoarele de automobile, pompe ,compresoare, accesoare.

Elementele de aliere : Se 1% conduce la apariai compuilor PbSe care determin finisarea structurii; Ag 1% finiseaz structura; Te finiseaz structura; Zn este considerat impuritate i elimin complect efectele modificrii cu Se. Toi aceti constitueni reprezint centri de germinare pentru constituenii duri ai aliajului.

Cupru deformat la rece i recopt ( gruni poliedrici maclai ) (250:1)

Cupru turnat neatacat dezoxidat [eutectic (Cu + Cu2O)] (250:1)

Bz 6 Zn (250:1) Bz 9 Zn T (250:1)

Bz 6 Zn deformat la rece i recristalizat Bz 17 T (dendride de soluie solid i (gruni poliedrici i macle) (250:1) eutectoid ( + ) punctiform ) (500:1)

Alam turnat cu 20% Zn (250:1) Alam cu 20% Zn deformat la cald (250:1)

Silumin nemodificat (100:1)

Silumin modificat (100:1)

Aliaj antifriciune Sn-Sb-Cu (100:1)

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED Photoshop.Image.7 \s

EMBED Photoshop.Image.7 \s

_1187423107.unknown

_1187424273.unknown

_1192531813.psd

_1192531966.psd

_1192532289.psd

_1192532822.psd

_1192532821.psd

_1192532146.psd

_1192531878.psd

_1192531555.psd

_1192531723.psd

_1192531466.psd

_1187423712.unknown

_1187423819.unknown

_1187423213.unknown

_1187420800.unknown

_1187422235.unknown

_1187422954.unknown

_1187420919.unknown

_1187420598.unknown

_1187420683.unknown

_1187418252.unknown