58
Curs 6 Metale

curs 6 metal.pptx

Embed Size (px)

Citation preview

Curs 6

Curs 6MetaleIntroducereMetalele au insemnat mult in istoria omenirii, ca dovada 2 dintre etapele de dezvoltare a omenirii purtand numele unor metale sau aliaje ale lor epoca bronzului si epoca, fierului ca sa nu mai vorbim de iepoca de aur a socialismului. Astfel epoca broonzului a inceput prin anii 3500 bc iar epoca fierului in jurul anilor 1200bc. Totusi aceaste revolutii tehnologice s-au manifestat mai mult in domeniul sculelor si al echipamentelor militare si practic deloc in domeniul constructiilor. In unele perioade, fierul, de exemplu, era mai scump decat aurul.IntroducereMetalele si aliajele lor sunt caracterizate de existenta legaturii metalice intre particulele componente. Metalele cristalizeaz n cele mai compacte sisteme, cubic i hexagonal, datorit faptului c legtura metalic nu este dirijat n spaiu.Metalele i aliajele metalice sunt corpuri policristaline constituite dintr-un mare numr de gruni cristalini, puternic legai ntre ei. Utilizarea unei raciri ultrarapide conduce la formarea sticlelor metalice cu proprietati de rezistenta mecanica si la coroziune deosebita.Metalele utilizate n construcii pot fi clasificate n feroase i neferoase.

Proprietatile metalelorProprietati :Elasticitatea - se datoreaza cresterii distantelor interatomice. In domeniul elastic este valabil legea Hooke.

Plasticitatea Plasticitatea este proprietatea unui material de a se deforma sub aciunea solicitrilor mecanice i de a nu reveni la forma iniial (de a-i menine configuraia obinut prin deformare) cnd solicitrile i-au ncetat aciunea. Deformarea plastic a cristalelor care alctuiesc structura materialelor metalice se realizeaz, n mod obinuit, prin alunecarea unor zone ale cristalelor, de-a lungul unor plane cristalografice numite plane de alunecare, sub aciunea tensiunilor tangeniale generate de solicitrile mecanice aplicate asupra acestor materiale;

Planele de alunecare ale cristalelor metalice sunt planele cristalografice cu densitate atomic maxim. n fiecare plan de alunecare, direciile prefereniale de realizare a proceselor de alunecare sunt direciile cu densitate atomic maxim. Un plan de alunecare mpreun cu o direcie de alunecare coninut n acesta formeaz un sistem de alunecare; structurile cristaline CFC, avnd cel mai mare numr de sisteme de alunecare, prezint cea mai bun capacitate de deformare plastic, n timp ce structurile cristaline HC, fiind caracterizate prin numrul cel mai redus de sisteme de alunecare, prezint plasticitate sczut. Proprietatile metalelorDeformarea plastic prin alunecare a cristalelor metalice reale (cu imperfeciuni ale structurii cristaline) se realizeaz prin mecanismul bazat pe deplasarea dislocaiilor n planele de alunecare ale cristalelor. Procesul de deformare plastic prin alunecare conduce la mrirea densitii de dislocaii. De asemenea, procesul de deformare plastic bazat pe deplasarea dislocaiilor n lungul planelor de alunecare determin blocarea micrii multor dislocaii, datorit interaciunii acestora cu obstacolele ntlnite (alte dislocaii, vacane, impuriti etc.). Datorit acestor fenomene (creterea densitii de dislocaii i blocarea micrii unor dislocaii), pe msur ce procesul de deformare plastic a unui cristal avanseaz, crete intensitatea tensiunii tangeniale care asigur continuarea procesului (crete rezistena la deformare a materialului cristalului), fenomen numit ecruisare (ntrire) prin deformare plastic.

Proprietatile metalelorDeformarea plastic a unui material metalic cu structur policristalin ncepe n cristalele avnd planele de alunecare orientate cel mai favorabil n raport cu sistemul de solicitare al materialului; n aceste cristale tensiunile tangeniale dezvoltate prin aciunea solicitrilor mecanice exterioare au intensiti maxime i este posibil demararea procesului de deformare plastic (bazat pe mecanismul descris anterior, de deplasare prin alunecare a dislocaiilor). Dislocaiile deplasate n interiorul cristalelor n primele secvene ale procesului de deformare plastic sunt blocate la limitele dintre cristale (unde nivelul energetic este mai ridicat i se face trecerea spre cristalele vecine, cu alte orientri ale planelor cristalografice) i apare fenomenul de ecruisare. Mrind intensitatea solicitrilor mecanice la care este supus materialul, procesul de deformare plastic poate continua, fie prin realizarea condiiilor de deplasare a dislocaiilor n planele de alunecare ale altor cristale, fie prin continuarea deplasrii dislocaiilor blocate la marginea cristalelor. ntr-o astfel de situaie, materialul policristalin va prezenta o structur fibroas, deoarece grunii cristalini din care este alctuit i modific forma poliedric iniial, alungindu-se n direcia eforturilor care le-au produs deformarea. Orientarea unidirecional a cristalelor materialelor metalice policristaline deformate plastic, denumit textur de deformare, produce anizotropia proprietilor mecanice ale acestor materiale. Proprietatile metalelor

Proprietatile metalelorRuperea otelului poate fi clasificata dupa mai multe criterii:Dupa modul de rupere: rupere cristalina (prin clivaj) datorita actiunii fortelor normale la sectiune si rupere prin forfecare;Dupa aspectul ruperii: cu aspect cristalin stralucitor si cu aspect fibros;Dupa marimea deformatiilor ce au loc inaintea ruperii: rupere ductila (deformatii mari) si rupere fragila deformatii mici.Exista o corelare intre acestea: ruperile fragile au aspect cristalin stralucitor si se fac prin clivaj, in timp ce ruperile ductile au aspect fibros si se produc prin forfecare.

Proprietatile metalelorRuperea ductila sau fragila este determinata de structura materialului, viteza de incercare, temperatura.Acelasi material poate avea comportament ductil sau fragil functie de cum temperatura este mai mare sau mai mica decat temperatura de tranzitie ductil- fragil ttr. Pentru materialele CVC ttr, este in domeniul -100C-100C, adica in domeniul uzual de temperaturi si aceasta trebuie determinata experimental. Pentru materialele CFC comportamentul este ductil pana la temperaturi aproape de 0K.

OtelulFierul n stare pur este moale, maleabil i ductil, avnd caracteristici mecanice slabe Re: 100-140MPa, Rm: 200-250MPa. n scopul obinerii unor performane mecanice superioare, fierul se aliaz cu carbon, rezultnd metalele feroase. Pe lng carbon, n aceste aliaje exist i cantiti mici de siliciu, mangan, fosfor, sulf, etc. Pentru obinerea unor proprieti superioare se folosesc elemente de aliere, cum sunt: crom, nichel, cupru, etc. Dup coninutul lor n carbon, aliajele feroase se mpart n fonte i oeluri, care sunt aliaje soluie solid sau amestec fizic de cristale. Clasificarea precum i proprietile acestor aliaje sunt o consecin a diagramei de echilibru termic fazal Fe - Fe3C (fig.1).

Otelul

OtelulProcedeul cu insuflare de oxigen (BOS) oxigenul introdus printr-o lance asigura indepartarea elementelor in exces (C, S, Si, P) din fonta prin transformare in oxizi si apoi in zgura.

Procedeu cu arc electric caldura este furnizata de arcul electric iar oxigenul prin adaos de fier vechi

Otelul

OtelulOelurile au un coninut de C mai mic de 2.11%, iar fontele ntre 2.11 - 6.67%. Fonta se obine n furnale, din minereu de fier, cocs i adaosuri cu rol n reducerea temperaturii de lucru - fondani. Rezult font topit i zgur de furnal, constituit din sterilul din crbune i minereu precum i din fondant.Pentru obinerea oelului este necesar reducerea coninutului de C, Si, P, S, care se realizeaz prin utilizarea unor procedee specifice, prin adaos de fier vechi, minereu, oxigen, etc. Funcie de coninutul de C, oelurile pot fi hipoeutectoide (%C 0.77). Funcie de coninutul de C, fontele pot fi hipoeutectice (%C 4.3). Fierul prezint transformri alotrope:

OtelulForma gamma a fierului cristalizeaz n sistemul cubic cu fee centrate, iar celelalte forme n sistemul cubic cu volum centrat. Diferena de solubilitate a carbonului n fierul aflat n una din formele (0.0218% C n i 0.09% C n ) fa de forma a fierului (2.11% C), se explic prin aceea c golurile structurii cubice cu volum centrat (fig. b) sunt ceva mai mici dect cele din structura cubic cu fee centrate (fig.a), astfel nct atomii de C interstiiali se pot gsi n numr mai mare n ultima.

Otelul

Otelul

Otelul

OtelulPentru oelurile hipoeutectoide, transformarea austenitei ncepe la temperatura A3, de la marginea grunilor cristalini, cu formarea feritei. Cu scderea temperaturii, se formeaz tot mai mult ferit, compoziia austenitei rmase continund s se mbogeasc n C. La atingerea temperaturii corespunztoare transformrii eutectoide (727oC), austenita cu 0.77% C se transform n perlit. n final, pentru oelurile hipoeutectoide se obine o structur alctuit dintr-o matrice relativ moale i ductil constituit din ferit.n consecin, oelurile hipoeutectoide rcite lent vor avea rezistene mecanice corespunztoare dar i o plasticitate bun, datorit matricii de ferit.Pentru oelurile hipereutectice, la rcirea sub Acm, excesul de C precipit din soluia solid sub form de cementit. Cementita apare n microstructur ca o reea n jurul cristalelor de austenit i de asemenea sub form de ace n cristalele de austenit. Coninutul de C al austenitei se reduce cu scderea temperaturii i cnd se atinge temperatura critic inferioar (727oC), austenita rmas, acum de compoziie eutectoid, se transform n perlit. Structura oelurilor hipereutectoide rcite lent este alctuit dintr-o matrice continu, dur i casant - cementit, armat cu perlit lamelar.Oelurile hipereutectoide rcite lent sunt dure i casante, datorit matricii, structur ce poate fi totui mbuntit prin tratamente termice.

Modelarea proprietatilor oteluluiRezistenele mecanice ale oelului pot fi mbuntite prin modificarea coninutului n C, n sensul obinerii unei cantiti mai mari de perlit; cantitatea maxim de perlit i deci cele mai bune proprieti mecanice se obin pentru un oel cu compoziie eutectoid.

Modelarea proprietatilor oteluluiRezistenele mecanice ale oelului pot fi de asemenea crescute prin obinerea unei structuri coninnd granule mai fine de perlit; pentru aceasta este necesar controlul vitezei de racire.Astfel, cu creterea vitezei de rcire n timpul reaciei de transformare a austenitei n perlit, se micoreaz distana pe care atomii pot s difuzeze (difuzia este cu att mai intens cu ct temperatura este mai ridicat). n fapt, transformarea const n separarea n straturi paralele a unui compus mai bogat n fier - ferit i unul mai bogat n carbon - Fe3C. Aceast separare se bazeaz pe difuzia atomilor din austenit. Straturile paralele de ferit i cementit vor fi din ce n ce mai subiri, pe msur ce temperatura scade, fapt ce conduce la o cretere a efectului de armare.

Efectul temperaturii de transformare asupra timpului n care are loc aceasta i modul n care pot fi controlate proprietile oelului pot fi obinute din diagrama Timp -Temperatur -Transformare TTTModelarea proprietatilor otelului

Modelarea proprietatilor oteluluiDiagrama are pe ordonata din stnga temperatura la care are loc transformarea, timpul pe abscis, iar pe ordonata din dreapta duritatea Rockwell a oelului, la sfritul transformrii de la temperatura respectiv. Pentru o rcire uor a oelului sub 727oC, este necesar un timp foarte mare pentru ca cementita i ferita s nucleeze (s apar nuclee stabile de cristalizare), datorit subrcirii (diferena dintre temperatura real i cea la care, n condiii de rcire lent de echilibru, are loc transformarea) reduse a oelului.Pentru fiecare temperatur ntre 550 - 727oC (pentru oelul menionat) transformarea ncepe n punctele Ps, de pe curba din stnga. Scderea temperaturii determin o micorare a duratei de ncepere a transformrii, nucleerea fiind mai rapid datorit subrcirii mari. Perioada de timp necesar desvririi transformrii depinde de viteza cu care difuzeaz atomii ce trec din austenit n ferit i cementit; aceasta nu depinde esenial de temperatur n intervalul considerat. Drept consecin, perioada scurs din momentul rcirii brute a oelului la temperatura de transformare i desvrirea transformrii austenitei n perlit - Pf se reduce cu scderea temperaturii, fiind determinat n principal de nucleere.

Pentru transformri la temperaturi situate sub "nasul" curbei TTT, viteza de nucleere este mare, ns viteza de difuzie este redus, astfel c timpul necesar ca transformarea austenitei s nceap, este mai mare. Timpul necesar pentru transformarea total a austenitei crete de asemenea, datorit difuziei lente a atomilor. Apar schimbri importante i n structura oelului; cu scderea temperaturii de transformare, grosimea lamelelor ce alctuiesc perlita devine din ce n ce mai mic. n consecin, energia energia superficial a interfeelor cementit - ferit din perlit, crete foarte mult, la fel ca i energia corespunztoare oelului; cum sensul de evoluie spontan a fenomenelor n natur este spre micorarea ncrcrii energetice, este de neles faptul c cementita ncepe s cristalizeze sub form de granule ntr-o matrice de ferit (are o interfa ferit-cementit mult diminuat). Acest constituient al oelului se numete bainit, ncepe s se formeze dup o perioad Bs, tranformarea complet a austenitei n bainit avnd loc dup o perioad Bf. Dup cum se observ pe ordonata din dreapta, bainita are o duritate superioar perlitei.Modelarea proprietatilor oteluluiPentru temperaturi i mai sczute (rciri brute de la temperaturi mai mari de 727oC) are loc o transformare care nu mai presupune difuzia atomilor -foarte redus la aceast temperatur, ci o reorganizare a materiei i anume trecerea dintr-o structur cubic cu fee centrate n una cubic cu volum centrat, atomii de carbon fiind prini n interstiiile celulei elementare. Formarea acestei faze, numit martensit, are loc cu vitez foarte mare, odat cu atingerea temperaturii Ms. Dezvoltarea acestei faze nu depinde de temperatur, timpul de sfrit al transformrii fiind destul de lung (105 s). Aceast faz are o duritate foarte mare i nu are practic ductilitate.

Modelarea proprietatilor oteluluiTratamentele termice cele mai uzuale sunt:recoacerea de cristalizare - se aplic oelurilor cu un coninut de carbon mai mic de 0.25%, prelucrate la rece, n scopul reducerii efectelor acesteia. recoacerea - const n nclzirea oelului la o temperatur convenabil, urmat de o rcire lent ce favorizeaz formarea unor cristale grosiere de perlitnormalizarea - se realizeaz prin nclzirea oelurilor urmat de rcire n aer. Se formeaz o perlit mai fin, iar n cazul oelurilor hipereutectoide, datorit vitezei ridicate de rcire, Fe3C nu are timp s formeze un film continuu la marginea grunilor cristalini de austenit. globulizarea - este un tratament aplicat oelurilor cu un coninut ridicat de carbon, n scopul mbuntirii prelucrabilitii. Const dintr-o nclzire ndelungat la aproximativ 700oC , cnd Fe3C se transform n particule sferice datorit tendinei de micorare a energiei superficiale a sistemului. Se obine o structur alctuit dintr-o matrice continu de ferit, moale i uor de prelucrat armat cu particulele sferice de cementit. clirea implic rcirea rapid n ap sau ulei a oelului nclzit la o temperatur ridicat, n scopul obinerii unei structuri martensitice; pentru mbuntirea proprietilor mecanice se poate aplica ulterior un tratament de revenire.

Modelarea proprietatilor oteluluiEste posibil mbuntirea proprietilor oelurilor prin alierea cu alte elemente. Efectele generale produse de elementele de aliere sunt prezentate n continuare:un element de aliere intrnd ntr-o soluie solid va crete rezistena oelului. O cretere a coninutului de C va conduce la o cretere a rezistenei dar i la o pierdere important a ductilitii acestuia. Majoritatea elementelor de aliere utilizate n oeluri cresc rezisten acestuia fr a diminua semnificativ ductilitatea;elementele de aliere modific temperatura de transformare a Fe n Fe. Cr i Si ridic acest temperatur de transformare, iar Ni i Mn o coboar. Vor fi deci transformri similare i n cazul oelurilor. Este de subliniat c o cantitate mare de elemente de aliere n oel, conduce la eliminarea unor transformri de faz, astfel nct oelurile pot deveni n ntregime feritice sau n ntregime austenitice.elementele de aliere pot forma carburi stabile. Mn, Cr, sunt cteva exemple de elemente care au o tendin puternic de a forma carburi; multe din aceste carburi au o duritate foarte mare;elementele de aliere pot provoca distrugerea cementitei, cu apariia grafitului n structura oelului. Ni i Si au aceast tendin i de aceea nu sunt folosite ca elemente de aliere n oelurile cu coninut ridicat de C;elementele de aliere pot mprumuta din caracteristicile lor oelurilor. Astfel, Cr care este un metal rezistent la coroziune, este folosit pentru realizarea oelurilor rezistente la coroziune, n adaosuri de peste 12%.

Modelarea proprietatilor oteluluiModelarea proprietatilor oteluluiTratamentele termochimice constau n nclzirea oelurilor n diverse medii, n scopul obinerii n stratul superficial a unor caracteristici compoziionale i mecanice dorite. Sunt utilizate frecvent cementarea, nitrurarea i cianurarea.

Cementarea se aplic oelurilor cu coninut redus de carbon n scopul creterii coninutului acestuia n stratul superficial i implicit a duritii i rezistenei la uzur.

Nitrurarea se bazeaz pe formarea n stratul superficial a unor nitruri foarte dure, cu Fe i elementele de aliere din oel.

Cianurarea mbin avantajele cementrii i nitrurrii, prin utilizarea concomitent a unei surse de C i de N - o cianur alcalin.

Modelarea proprietatilor oteluluiPrelucrarea mecanic a metalelor se bazeaz pe plasticitatea acestora, deformarea i transformarea n piese utile putnd fi realizat att la cald ct i la rece.

Prelucrarea la rece produce o alungire a grunilor cristalini n direcia principal de deformare precum i ecruisaj. Metalele prelucrate la rece au o duritate superioar, o capacitate de deformare redus i o structur n care sunt prezente microfisuri. Prelucrarea la cald permite obinerea unor deformri mai mari (care puteau fi obinute la rece doar n mai multe trepte) prin nclzirea oelului cu 50-60oC sub temperatura de topire urmat de deformarea mecanic. Se obin piese lipsite de microfisuri i ecruisaj, la temperatura de lucru avnd loc o recristalizare.

Oteluri tehniceOelurile sunt, din punct de vedere tehnic, aliaje ale fierului cu mai puin de 2%C; pentru unele oeluri cu Cr, coninutul de C poate depi 2%. Oelurile pot fi clasificate funcie de compoziia chimic n aliate i nealiate, limitele dintre acestea fiind prezentate n tabelul urmator.

Oteluri tehniceOelurile nealiate pot fi:oeluri nealiate de uz general - care sunt obinute prin procedee de elaborare obinuite i nu necesit tratament termic (excepie recoacerea i normalizarea), nu au condiii speciale de calitate sau de compoziie chimic, au o rezisten la rupere minim 690 N/mm2, limit de curgere minim 360 N/mm2, rezilien la 20oC 27J;oeluri nealiate de calitate - care au prescripii de calitate mai severe dect cele de uz general;oeluri nealiate speciale - care au o puritate superioar oelurilor nealiate de calitate, fiind destinate tratamentului termic de clire-revenire sau durificare superficial, comportarea lor la aceste tratamente fiind n general specificat.

Oteluri tehniceOelurile aliate pot fi:oeluri aliate de calitate - care au o compziie chimic n care unul din elemente depete limita din coloana 2 din tabelul anterior, fiind destinate utilizrii fr tratament termic de clire-revenire sau clire superficial;oeluri aliate speciale, cu o compoziie chimic riguros stabilit i care pot fi:oeluri inoxidabile, cu un coninut de C 1.2% i minimum 10.5%Cr;oeluri rapide, caracterizate de un coninut de C mai mare de 0.6%, Cr 3-6%, iar suma Mo+W+V mai mare de 7%, fiind utilizate pentru producia de scule achietoare.Oteluri tehniceSimbolizarea claselor de oeluri este n prezent n revizuire, normele europene prevznd utilizarea:sistemului alfanumeric, ce utilizeaz litere i numere pentru a descrie domeniul de utilizare, proprietile mecanice sau compoziia chimic. Simbolizarea cuprinde:litera S pentru oel pentru construcii, urmat de valoarea minim a limitei de curgere n N/mm2 , S235 de exemplu;litera B pentru oel beton, urmat de valoarea minim a limitei de curgere n N/mm2;litera Y pentru beton precomprimat, urmat de valoarea minim a rezistenei la traciune n N/mm2;litera R pentru oel pentru ine, urmat de valoarea minim a rezistenei la traciune n N/mm2.Se pot utiliza dup acest grup principal de simboluri alfanumerice i altele care s ofere, de exemplu, informaii despre reziliena la diferite temperaturi.

Otelul tehnicsistemului numeric, care utilizeaz cifre ce corespund unor clase de oeluri funcie de proprietile mecanice, domeniul de utilizare, compoziia chimic.

Produse din otelPentru construcii metalice se folosesc mai frecvent oeluri carbon (cu C max. 0,22 %) sau oeluri slab aliate (0,012 0,18 %; Mn 0,4 0,65 %; Si 0,3 0,5 %; Cr 0,5 0,8 %; Ni 0,3 0,5 %;Cu 0,3 0,5 %; S 0,045 %; P 0,040 %).Pentru construcii metalice se utilizeaz:profile cu seciuni diferite (L, U, T, I , H );bare cu seciuni diferite rotunde, patrate, rectangulare, hexagonale;ine de cale ferat ;plat bande;table: subire 0.4-2.5mm (neagr, decapat, cositorit, zincat, ondulat);mijlocie 3-12mm;groas 8-40mm (uz general, striat, pentru cazane etc.)evi cu profile i dimensiuni diferite- rotunde, patrate, rectangulare;nituri din oeluri uor deformabile sau din oeluri slab aliate (C < 0,15 %, Mn 0,5 %, Si max. 0,5 %, Si max. 0,5 %, Cr 0,5 0,8 % etc.)piulie (oel fosforos), aibe, cuie (din srm tras la rece, neprelucrat termic, cu coninut redus n carbon);piese forjate din oel (scoabe, dornuri, dispoztive de strngere etc.);cabluri de oel (din srm de cablu (C 0,450,70%) cu r 110210 daN/mm2) pentru ancoraje, macarale, grinzi suspendate de poduri etc.Produse din otel

Produse din otelDuctilitatea este necesar pentru punerea n oper a oelului beton- ndoirea, rsucirea, ct i pentru prevenirea formrii i propagrii fisurilor. Ductilitatea se evalueaz funcie de valorile alungirii la rupere sau gtuirii, normele ISO prevznd o valoare minim de 14% a alungirii la rupere, iar normele EN de 5%. Pentru obinerea caracteristicilor menionate ale oelului beton, exist preocupri intense, concretizate n cteva procedee deja n uz. Dintre acestea, cel mai ieftin i cu rezultatele cele mai bune, const ntr-un tratament termomecanic de laminare i rcire strict controlat.

Produse din otelPentru armarea betonului se folosesc bare sau plase sudate cu denumiri conform standardelor inca in vigoare:OB37PC52PC60Bst 500

Pentru plase de sarma sudata:Din sarma neteda sau profilata cu diverse dimensiuni ale ochiurilor si grosimi ale sarmei:STNB cu profil netedSTPB cu profil periodic

Produse din otelProduse pentru precomprimarea betonuluiSe folosesc sarme, toroane, bare cu denumiri conform standardelor nationale inca in vigoare si a celor europene:Astfel conform standardelor nationale sunt:srme pentru beton precomprimat; se realizeaz n oeluri de rezisten mare. Se fabric srm neted (SBPI cu r 140240 daN/mm2 i SBP II cu r 140210 daN/mm2) cu diametre de la 1,5 la 7 mm i amprentat (SBPA I i SBPA II) cu diametre ntre 3 i 7 mm);toroane (TBP), alctuite din srme nfurate strns n form elicoidal n jurul unei srme centrale din oel de nalt rezisten, de tip SBP I.- bare din PC90

Produse din otel

Fonta tehnicaFontele, definite tehnic, sunt aliajele fierului ce conin peste 2% C, coninutul n elemente de aliere fiind limitat la 30% pentru Mn, 8% pentru Si, 3% pentru P, 10% pentru Cr i 10% per total pentru alte elemente de aliere. Cantitatea de C este, n general, mai mic de 5%, n unele fonte speciale putnd fi ns mai mare. Si, Mn, P, S, sunt elementele care afecteaz puternic proprietile fontei. Funcie de forma n care se gsete C n aliaj, fontele se clasific n fonte gri i albe. n fontele gri, C se gsete sub form de grafit, iar n fontele albe se gsete legat, sub forma de cementit Fe3C. Lamelele de grafit sunt principalele formaiuni care influeneaz negativ rezistena fontei. Fonta gri modificat are proprieti mecanice superioare datorit faptului c grafitul se gsete sub form de granule sferice (grafit nodular), bine dispersate n masa fontei. Fontele se clasific n aliate i nealiate, cele nealiate fiind clasificate la rndul lor n:fonte de afinare utilizate la obinerea oelurilor;fonte de turntorie.Clasificarea i simbolizarea fontelor (font brut=pig iron, n englez) funcie de caracteristicile compoziionale sunt prezentate n tabelul urmator.

Fonta tehnicaClase de fonte bruteDenumireaSimbolizare%Ctotal%Si%Mn%P%S, maxNealiateFont de afinareCu coninut redus de PPig P23.3-4.810.4-60.250.06Cu coninut ridicat de PPig P203-4.51.51.5-2.50.08Font de turntoriePig P1Si3.3-4.51-40.4-1.50.120.06Pig P3Si0.12-0.5Pig P6Si0.5-1Pig P1 2Si1-1.4Pig P1 7Si1.4-2Cu grafit nodularPig Nod3.5-4.630.10.080.03Cu grafit nodular i Mn ridicatPig Nod Mn40.1-0.4Cu C sczutPig LC2-3.530.30.06Alte fonte nealiatePig - SPUAliateAliateFont SpiegelPig MN4-6.5max.1.56-300.30.05Alte fonte aliatePig - SPA

METALE NEFEROASE

MaterialRezistena (daN/mm2)la: traciunecompresiuneAluminiu1010Cupru21.530Zinc aliat2015Font1560Oel cu %C sczut3535Oel cu %C mediu6060Oel Ni-Cr120120Metalele neferoase se clasific funcie de densitatea lor n uoare i grele. Aliajele neferoase uoare sunt bazate pe aluminiu, magneziu, iar cele grele pe cupru, nichel, zinc.Cele mai utilizate metale neferoase sunt plumbul, staniul, zincul, cuprul i aluminiul.n stare pur toate aceste metale sunt mult mai moi i mai puin rezistente ca oelul (v. tab). Sunt utilizate pentru alte proprieti cum ar fi conductivitatea electric, rezistena la coroziune.

PlumbulPlumbul este un metal moale i maleabil, de mare densitate. Are o rezisten sczut, o mare rezisten la coroziune i o bun conductivitate termic i electric. Suprafaa lui este acoperit de un strat de oxid, ce i d culoarea gri. Plumbul este uor de turnat, extrudat i tiat. Are o rezisten la traciune de 1.8daN/mm2, duritatea ntre 4 i 8 HBN. Punctul de topire este 327oC iar densitatea de 11.4g/cm3. Este utilizat la realizarea acoperiurilor, n instalaii de ap, etc.

StaniulStaniul este un metal scump care este utilizat ca element de aliere sau pentru acoperirea oelului. Staniul pur este moale, maleabil i ductil si are o rezisten sczut. Este bun conductor de cldur i electricitate i posed o bun rezisten la coroziune.Este argintiu, uor de tiat, turnat sau prelucrat la rece. Are o rezisten la traciune de 1.5daN/mm2, duritatea ntre 5 i 10 HBN. Punctul de topire este 232oC iar densitatea de 7.3g/cm3. Este utilizat la realizarea acoperirilor n industria alimentar. Staniul este aliat cu cupru pentru a produce bronzuri rezistente la coroziune.

ZinculZincul este un metal moale, avnd o ductilitate sczut dar o foarte bun rezisten la coroziune. Are o culoare argintie cu nuane albastre verzi.Este utilizat n principal ca element de aliere sau ca element de acoperire anticoroziv pe tabla de oel, pe care este aplicat prin galvanizare.Oxidul alb de zinc este folosit ca pigment n vopsitorie. Zincul are o rezisten la traciune de 6 daN/mm2, duritatea 80 HBN. Punctul de topire este 420oC, iar densitatea de 7.1g/cm3.

CuprulCuprul n stare pur are o rezisten medie i duritate sczut, dar rezisten la coroziune i ductilitate bun. Este un foarte bun conductor de cldur i electricitate. Cuprul este un element de aliere important, formnd alama cu zincul i bronzul cu staniul. Are o rezisten la traciune de 21.5 daN/mm2, ductilitatea 25%, duritatea 40 HBN. Punctul de topire este 1083oC iar densitatea de 8.9g/cm3. Este utilizat ca i conductor electric, in instalatii de incalzire, la acoperiuri, etc.

AluminiulAluminiul este un material uor, moale i ductil. n stare pur este prea moale i prea slab pentru a putea fi utilizat; n scopul creterii proprietilor mecanice este aliat cu Cu sau alte metale (Mg, Si). Este un foarte bun conductor de cldur i electricitate i are o foarte bun rezisten la coroziune. n aer se acoper cu un film subire de oxid ce i confer culoarea gri luminos, dar n tietur proaspt este argintiu. Are o rezisten la traciune de 10daN/mm2, rezistena la compresiune de 10 daN/mm2, ductilitatea 30%, duritatea 40 HBN. Punctul de topire este 660oC, iar densitatea de 2.7g/cm3.Este folosit ca strat reflectorizant, la fabricarea oglinzilor, finisaje, instalaii electrice, de ap i nclzire; utilizarea cea mai important este aceea de baz a unui numr de aliaje uoare foarte rezistente.

Coroziunea metalelor i protecia suprafeei

Coroziunea este una din cauzele principale ce determin scoaterea din uz a pieselor, instalaiilor i lucrrilor din metal. Oelul carbon este vulnerabil la aciunea coroziv a acizilor, gazelor i umezelii atmosferice. Oelul carbon folosit n medii n care este posibil apariia aciunilor corozive trebuie protejat prin acoperiri, nlocuit cu oeluri rezistente la coroziune sau metale neferoase. Coroziunea poate fi general sau localizat. Coroziunea general poate fi uniform - adncimea de penetrare fiind aceeai (fig. a), sau neuniform (fig. b). Coroziunea localizat poate fi:n pete (fig. c);n puncte (fig.d);pungi deschise n interior (fig.e).

Coroziunea i protecia suprafeei oelurilorDup modul de distrugere a structurii metalului, coroziunea poate fi:intercristalin (fig.a);selectiv (fig.b);transcristalin (fig.c). Coroziunea poate fi chimic i electrochimic (urmare a apariiei unor cureni electrici).

Coroziunea metalelor i protecia suprafeeiCoroziunea chimicToate metalele au o afinitate pentru oxigen, majoritatea metalelor fiind obinute din oxizii lor, care constituie n principal, starea n care se gsesc n natur. Metalele se combin cu oxigenul formnd un strat de oxizi la suprafa. Coroziunea apare datorit prezenei umiditii n aer, viteza de coroziune fiind mrit n prezena unor impuriti ca acizi i gaze (SO2). Fierul i oelul formeaz la suprafa un strat roiatic de oxizi, numit rugin, strat care este poros i uor penetrat de oxigen, astfel nct procesul de oxidare continu pn la distrugerea complet a metalului. Distrugerea gradat a metalului poate conduce la un moment dat la cedarea structurii de rezisten sub aciunea ncrcrilor exterioare. Odat nceput, ruginirea continu cu o vitez depinznd de umiditatea, precum i de cantitatea de impuriti prezente n aer.Pentru stoparea procesului de ruginire, se utilizeaz tratamente cu substane - inhibitori de coroziune sau ndeprtarea complet a ruginii i protejarea metalului cu un strat de vopsea.

Coroziunea metalelor i protecia suprafeeiUnele metale neferoase ca aluminiul, plumbul sau titanul, au o mare afinitate pentru oxigen i formeaz rapid un strat de oxizi atunci cnd sunt n contact cu aerul. Acest film de oxizi este dens i aderent, mpiedicnd oxidarea n profunzime a metalului. Acest strat dens i aderent este responsabil de buna rezisten la coroziune a acestor metale. Cuprul i zincul formeaz de asemenea filme protectoare de oxizi, care ns sunt ntrite de produii rezultai n urma unor reacii chimice cu impuritile acide din aer, rezultnd suprafee foarte rezistente la coroziune. Rezistena la coroziune a oelului este mult mbuntit de alierea cu Cr, n cantiti de pn la 20%, care produce la suprafaa aliajului un strat subire dar aderent de oxizi protectori. Aceste aliaje se numesc oeluri inoxidabile i sunt utilizate n principal n industria chimic i alimentar.

Coroziunea metalelor i protecia suprafeeiCoroziunea electrochimicCnd dou metale diferite, imersate ntr-un electrolit lichid, sunt aezate la mic distan unul de cellalt, apare un curent electric. n pila electrochimic cu electrozi de zinc i cupru, Zn se afl la un potenial negativ fa de soluie i electrodul de cupru i se corodeaz.Cnd dou metale sunt n contact n prezena umiditii, apa ce conine substane dizolvate acioneaz ca un electrolit lichid i metalul care are potenialul mai negativ dect cellalt va fi corodat. n orice pereche de dou metale, cel care va fi corodat este decis de poziia sa (de potenialul su de electrod) n seria electrochimic prezentat n tabelul VIII.2.Metalul ce constituie electrodul unei celule electrochimice, care are potenialul de electrod mai negativ este denumit anodic fa de cellalt. ntr-o celul electrochimic, anodul este cel ce sufer procesul de coroziune. De exemplu, oelul (-0.44V) este anodic fa de staniu (-0.14V); dac stratul protector de staniu se degradeaz local i apa este n contact cu amndou metalele, atunci oelul va fi corodat. n procesul de galvanizare, tabla de oel este protejat prin acoperire cu zinc. Dac stratul protector de zinc este deteriorat parial i apa ajunge n contact cu cele dou metale, apare coroziunea electrochimic, de aceast dat fiind corodat zincul. Acest tip de protecie poart numele de protecie cu anod de sacrificiu, fiind utilizat i la protecia instalaiilor ngropate, a asiurilor autovehiculelor, a carenelor navelor, etc.

Coroziunea metalelor i protecia suprafeeiMetalPotenial de electrod (V)Magneziu-2.38Titan-1.75Aluminiu-1.68Zinc-0.76Crom-0.56Fier/oel-0.44Cadmiu -0.40Nichel-0.22Staniu-0.14Plumb-0.13Cupru0.40Argint0.80Platin1.20Aur1.50Potenialul de electrod pentru unele metaleCoroziunea poate fi cauzat i de eterogenitile fizice sau chimice ale metalului. Viteza de coroziune va depinde de temperatur, felul i concentraia electrolitului. Acizii i bazele atac oelul deoarece sunt capabile s dizolve produii de reacie rezultai.Coroziunea metalelor i protecia suprafeei

Coroziunea metalelor i protecia suprafeeiProtecia suprafeei oelurilorOelul este foarte utilizat n majoritatea activitilor din construcii, el fiind totui foarte vulnerabil n faa aciunilor corozive ale mediului, astfel nct el trebuie protejat prin acoperiri anticorozive. Principalele metode de protejare a suprafeei oelului sunt:acoperirea cu uleiuri, unsori sau inhibitori de coroziune;vopsire;placri cu metale rezistente la coroziune;acoperiri metalice;acoperiri prin electrodepunere;acoperiri cu materiale plastice. prelucrare la cald - cnd oelul este prelucrat la cald, la temperaturi nalte, de exemplu laminarea, se formeaz la suprafaa lui un strat compus din oxid negru de fier, rezultat din combinarea Fe cu O. Acest strat este dens i aderent, prevenind contactul dintre oel i oxigen.

Placrile cu metale rezistente la coroziune - utilizeaz metale neferoase sub form de foi, pentru protejarea suprafeei metalului. Tabla de oel este introdus ntre dou foi de metal neferos rezistent la coroziune i este apoi laminat la grosimea dorit.Acoperirile metalice - pot fi realizate utiliznd mai multe metode:cimentarea pulberilor neferoase;imersare n baie de metal topit;pulverizare.Cimentarea pulberilor neferoase este procesul n care oelul este nclzit pentru cteva ore n strns contact cu pulberea de metal neferos. Temperatura este meninut puin sub temperatura de topire a metalului neferos. Pulberea neferoas se cimenteaz de suprafaa oelului prin difuziune i formeaz un strat compact .Imersarea n baie de topitur se aplic n cazul acoperirii metalului cu staniu sau zinc.Pulverizarea unei topituri metalice este metoda prin care oelul poate fi acoperit cu metale neferoase, n special aluminiu i zinc. Metoda const n mprtierea topiturii metalice, n picturi mici (spraiere) utiliznd un dispozitiv special.

Coroziunea metalelor i protecia suprafeeiElectrodepunerea este un proces ce const n acoperirea oelului cu un strat de metal neferos, utiliznd pentru aceasta procedee electrochimice. Dintre metalele utilizate pentru acoperiri, cele mai utilizate sunt: staniu, zinc, cupru, crom, nichel, cadmiu.Acoperirile cu materiale plastice - o gam larg de materiale plastice poate fi folosit pentru obinerea de nveliuri pentru oel, rezistente la coroziune. Aceste acoperiri permanente exclud contactul dintre oel i atmosfer, mpiedicnd apariia coroziunii. Aceste nveliuri sunt rezistente i la alte tipuri de atac chimic i pot avea proprieti antiaderente, care le fac foarte utile n unele domenii ale industriei. Acoperirile cu materiale plastice se pot aplica prin imersare n topitur, pulverizare, sau manual, avnd urmtoarele avantaje fa de acoperirile metalice:proprieti decorative combinate cu o senzaie plcut la atingere;izolator electric;termoizolatori;umplu golurile i neuniformitile metalului de baz;rezisten bun la agenii corozivi ai metalelor.

Coroziunea metalelor i protecia suprafeei

Fe

Fe C

3

Fe C

3

Fe C

3

Fe3C

+

+

+

+

+

+

+

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

C

% C

200

400

600

727

800

0.77

0.0218

1000

1500

1

2

3

4

5

6

6.67

L

L

L

L

2.11

4.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

% C

600

800

1000

T (oC)

% Fe3C

% perlit

Rt

limita de curgere

20

40

60

80

Rezistena (ksi)

20

40

60

80

(%)

_1074255079.unknown

_1074255567.unknown

_1074255879.unknown

_1074255282.unknown

_1074254960.unknown

200

400

600

40000

80000

10-4

2x10-4

10-5

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

Limita

de

curgere

(N/mm2)

_1074259693.unknown

_1074259950.unknown

0

.

1

1

1

0

1

0

2

1

0

3

1

0

4

1

0

5

1

0

6

0

1

0

0

2

0

0

3

0

0

4

0

0

5

0

0

6

0

0

7

0

0

8

0

0

1

4

3

8

4

0

4

2

5

2

5

7

6

6

e

r

t

t

t

l

u

u

u

u

P

+

B

+

M

+

A

P

P

P

B

B

B

M

M

M

M

s

s

s

1

f

f

f

Tempera

tura

oC

Du

r

i

t

a

t

e

a

Ro

c

kwe

l

l

timp (s)

ab cd e

Produse de coroziune

metal

abc

metal

produse de coroziune