Lucr.11 Metalogr Met Aljnef Pb Sb Sn Zn

Lucrri de laborator

90

L U C R A R E A N R . 1 1

S T U D I U L M E T A L O G R A F I C A L M E T A L E L O R I A L I A J E L O R

N E F E R O A S E . P L U M B U L , S T I B I U L , S T A N I U L , Z I N C U L

11.1. Plumbul Plumbul este un metal foarte moale, cu punct de topire sczut (327C). Datorit punctului de topire sczut, Pb prin deformare plastic nu se ecruiseaz, recristalizarea producndu-se imediat dup deformarea plastic la temperatura ambiant. Pb n stare pur se utilizeaz pe scar larg n industria chimic, datorit rezistenei sale la diveri ageni chimici: ap potabil, acid fosforic, acid fluorhidric, amoniac, clor, etc. Structural Pb se prezint sub form de gruni poligonali cu macle. Plumbul formeaz o serie de aliaje cu metalele alcalino-pmntoase cum ar fi: Pb-Ca, Pb-Ca-Na folosite mai ales pentru cuzinei la vagoane i locomotive de marf cu presiuni mari pe axe, dar cu 300-400 rot/min (turaii mici), sub denumirea de Bahnmetall. Calciul este practic insolubil n Pb n stare solid, dar n schimb formeaz un compus definit Pb3Ca, dup cum se observ din poriunea de diagram Pb-Ca (fig. 11.1). Acest compus formeaz faza dur, distribuit n masa moale de Pb aproape curat. Pentru a durifica i baza de Pb se adaug o cantitate mic de Na (0,5-

Fig. 11.1. Diagrama de echilibru Pb-Ca

Studiul metalografic al metalelor i aliajelor neferoase. Plumb, Stibiu, Staniu, Zinc

91

0,7%), care rmne n soluia solid . Pentru punerea n eviden a structurii acestor aliaje, nu este necesar s se foloseasc reactivi de atac, deoarece suprafaa lustruit se atac de la sine n contact cu aerul umed. n microstructura unui aliaj Pb-Ca de compoziie 98% Pb+0,65% Ca+0,58% Na+0,25% Mg+0,05% Al n stare turnat (fig. 11.2) se distinge compusul definit Pb3Ca (neatacat) i soluia solid cu baz de Pb, care conine dizolvate elementele de aliere (Na, Mg, Al).

Aliajele Pb-Sb formeaz un sistem cu eutectic la 13% Sb. Se utilizeaz aliajele hiperteutectice cu 16-18% Sb la care matricea moale o formeaz eutecticul, iar particulele dure, cristalele de Sb. Aceste aliaje (STAS 672-80) se folosesc la turnarea pieselor de mare precizie: armturi, conducte de ap, piese pentru pompe centrifuge, turnarea literelor utilizate la tipografii.

11.2. Staniul Este un metal cu temperatur de topire sczut (T=232C) de culoare cenuie, prezentnd dou stri alotropice:

Faza cu reea de diamant, stabil pn la 18C; Faza cu reea tetragonal cu volum centrat stabil ntre

18-232 C. Transformarea n n mod practic nu se produce la +18C ci datorit fenomenului de suprarcire are loc ntre -20 i -30C. Transformarea staniului alb () n staniu cenuiu () este nsoit de creterea volumului i pierderea coeziunii ntre gruni. Astfel Sn alb metalic i tenace, va trece ntr-un Sn cenuiu i fragil. Fenomenul de transformare al Sn alb n Sn cenuiu sub form de praf, este cunoscut sub denumirea de ciuma staniului. Sn n stare pur se folosete mai rar n tehnic; el se folosete la elaborarea aliajelor de lipit, antifriciune, bronzurilor, etc. Aliajele Sn-Sb i Sn-Sb-Cu sunt recunoscute sub denumirea de aliaje antifriciune, cu punct de topire sczut, folosite la

Fig. 11.2. Aliaj de cuzinei Pb-Ca. Atac

n aer

Lucrri de laborator

92

executarea lagrelor de alunecare ce suport viteze mari de lucru i presiuni statice mici, cunoscute sub denumirea de Babbit. Pentru a rspunde bine n exploatare aliajele pentru cuzineii lagrelor trebuie s ndeplineasc dou condiii contradictorii:

s fie moi ca s se acomodeze la fus, lund continuu forma acestuia;

s aib o anumit duritate ca s se realizeze un coefficient mic de frecare.

Aceste condiii se realizeaz prin aliaje eterogene, avnd constituieni duri, ntr-o mas moale, acetia fiind ntr-o proporie anumit. Matricea moale asigur acomodarea la fus n urma uzrii, iar cristalele dure, care prin vrfurile lor susin axul, vor asigura coeficientul redus de frecare (fig. 11.3) n acelai timp

asigurnd un spaiu ntre fus i matrice, n care se menine lubrifiantul.

Microstructura unui aliaj antifriciune pe baz de Sn cu 83% Sn, 11% Sb i 6% Cu este prezentat n fig. 11.4. Pentru punerea n vedere a constituienilor se folosesc ca reactivi de atac: soluie de acid clorhidric 5% n alcool sau clorur feric n alcool. Se poate folosi i nital 2% cu durat ndelungat de atac. Constituienii duri, compuii intermetalici SnSb sunt sub

form poligonal de culoare alb, iar Cu3Sn se afl sub form acicular; ei sunt nserai n soluia solid bogat n Sn de culoare nchis. Pentru a micora preul de cost al acestor aliaje, o parte din Sn poate fi nlocuit cu Pb (SR EN 611-1, 2:2001), care formeaz cu Sb un eutectic care durific masa de baz. Structura acestor aliaje va fi mai complex, va apare eutecticul ternar Sn-SnSb-Pb, iar aliajul va prezenta o rezisten la compresiune mai mare, fiind folosit pentru cuzinei cu presiune static mai mare.

Fig. 11.3. Schema fus-cuzinet

Fig. 11.4. Structura aliajului

antifriciune Sn-Sb-Cu

Studiul metalografic al metalelor i aliajelor neferoase. Plumb, Stibiu, Staniu, Zinc

93

11.3. Zincul Zn se topete la 419C i prezint caracteristici mecanice n limitele Rm=120160 N/mm2, HB=3035, A=3545%. Se regsete sub forma aliajelor de tipul Zn-Al, Zn-Al-Cu. Aluminiul pn la 4% (fig. 11.5) conduce la creterea rezistenei la traciune pn la 300 N/mm2, crete reziliena de la 50 la 400 J/cm2 i gtuirea de la 5 la 80%. Plumbul, bismutul i cadmiul reprezint impuriti periculoase pentru aceste aliaje, deoarece favorizeaz coroziunea selectiv; aceasta poate fi mpiedicat prin adaosuri de 0,02-0,05% Mg. Aliajele de Zn sunt n general aliaje pentru turntorie (SR EN 1774:2001), dar cele cu Al-Cu care sunt cele mai utilizate, pot fi prelucrate i prin deformare plastic la rece. Unele aliaje ale Zn sunt bune aliaje antifriciune. Aliajele de Zn pentru piese turnate sunt standardizate n STAS 6925/2-88. Aliajele de Zn se folosesc pentru armturi, robinete, corpuri de carburatoare, cuzinei, etc. Pregtirea probelor metalografice necesit precauii identice cu cele pentru aliajele moi, iar pentru punerea n eviden a structurii se pot folosi urmtorii reactivi de atac: soluie de acid clorhidric 1% n alcool sau soluie de clorur feric n alcool; soluie de 1% acid azotic n alcool. Microstructura unui aliaj de cuzinei cu baza de Zn de compoziie 10% Al+5% Cu+Zn rest, n stare turnat, atacat cu soluie de clorur feric, este reprezentat n fig. 11.6. Se observ dendrite neatacate de soluie solid de Al dizolvat n Zn, poriuni de eutectic binar mai putin atacate i poriuni puternic atacate de eutectic ternar. Alajul are proprieti bune de turnare, se poate turna sub presiune la temperatura de 450-500C.

Fig. 11.5. Influena coninutului de Al asupra proprietilor aliajelor Zn-Al

Fig. 11.6. Aliaj de cuzinei cu baz de Zn. Atac cu soluie de clorur feric

Lucrri de laborator

94

11.4. Aparatur i materiale Se folosesc microscoape metalografice i probe metalografice pregtite n prealabil. Identificarea probelor, a constituienilor, puterea de mrire i reactivii de atac folosii se vor prezenta la ora de laborator.

11.5. Modul de lucru Structurile se vor studia la microscop i se vor reda grafic, prin desenare, indicndu-se constituienii metalografici ai probelor din aliaje diferite.