Laboratoare Materiale electronice

8/13/2019 Laboratoare Materiale electronice

1/45

1. PRINCIPIUL LUCRRIIMicroscopul metalografic optic este instrumentul (aparatul) folosit pentru a putea evidenia istudia detaliile structurii materialelor metalice - metalelor i aliajelor care nu se pot distinge prinanalizmacroscopic, cu ochiul liber sau cu lupa.

Deoarece materialele metalice sunt opace, opunndu-se trecerii luminii chiar i cnd suntpregtite sub forma de folii foarte subiri, microscopul metalografic optic studiaz preparatelemicroscopice n lumina reflectat (spre deosebire de microscopul biologic care cerceteaz

preparatele microscopice prin transparen).

Pentru examinarea unei probe metalografice, se dirijeaz spre suprafaa pregtit a acesteia unfascicul de lumingenerat de o surs, razele reflectate de microrelieful creat pe aceastsuprafan timpul pregtirii (lefuire, lustruire, atac cu reactivi) sunt procesate de lentilele sistemuluioptic al microscopului i se formeaz imaginea microscopic a structurii probei care poate fi

perceputde ochiul observatorului.

Microscopul metalografic este alctuit din trei sisteme principale: A. Sistemul optic; B. Sistemulde iluminare; C. Sistemul mecanic.

A. Sistemul optic al microscopului asigur creterea puterii separatoare a ochiuluiobservatorului (micorarea distanei dintre dou puncte ale suprafeei examinate ce se vddistinct) i are ca pri principale dou ansambluri distincte de lentile, unul amplasat n

vecintatea obiectului probei metalografice ce se examineaz, denumit obiectiv, iar cellaltdispus n vecintatea ochiului observatorului, denumit ocular.

Capacitatea lentilelor, ansamblurilor de lentile sau instrumentelor optice de a multiplicadimensiunile elementelor structurale ale obiectelor examinate se poate exprima folosindurmtoarele caracteristici:

mrirea liniar, M, definitca raportul dintre dimensiunea imaginii formate i dimensiuneaobiectului examinat;

puterea optic, P, definit ca raportul dintre tangenta trigonometric a unghiului sub careochiul observatorului percepe imaginea format i dimensiunea obiectului examinat; dac

dimensiunea obiectului examinat este exprimatn metri, puterea opticrezultn dioptrii; grosismentul, G, definit ca raportul dintre tangentele trigonometrice ale unghiurilor sub careochiul observatorului vede imaginea format, respectiv obiectul examinat.

Pornind de la aceste definiii i innd seama de notaiile din figura 2 rezultpentru microscopulmetalografic:

oboc0

1

1

2

0

2m MMy

y

y

y

y

yM === (1)

LUCRAREA NR. 1 MICROSCOPUL METALOGRAFIC


2/45

Universitatea Petrol Gaze din Ploieti

oboc0

1

1

2

0

2m MPy

y

y

tg

y

tgP =

=

= (2)

oboc0

1

1

2

0

2m GGtg

tgtgtg

tgtgG =

=

= (3)

n care caracteristicile M,P,G cu indicele m la simbol corespund microscopului, cele cu indiceleob - obiectivului, iar cele cu indicele oc - ocularului.

Obiectivele i ocularele (fig. 1) se realizeaz din ansambluri de mai multe lentile pentru a seasigura compensarea pariala sau total a observaiilor geometrice i cromatice care se pot

produce la formarea imaginilor structurii probelor examinate i care pot determina generarea deimagini necorespunztoare (deformate, neclare cu marginile irizate n diverse culori etc.).

Moc Mob

a. b.

Fig. 1

a. ocular mrime 12,5x b. obiectiv mrire 8:1

Modul n care se produce multiplicarea dimensiunilor elementelor constitutive ale structuriiprobelor la formarea imaginii la microscopul metalografic este sugerat de schema din figura 2 ncare obiectivul i ocularul sunt reprezentate simplificat, cu doulentile subiri convergente.

Suprafaa pregtita probei metalografice care se examineaz, avnd elementele structurale cudimensiunea liniarcaracteristicy0, este aezatla o distanmicn faa focarului obiect, F1 alobiectivului i se formeaz imaginea real, mrit i rsturnat a structurii, n care elementeleconstitutive au dimensiunea liniary1.

Ansamblurile de lentile ale sistemului optic sunt poziionate reciproc astfel nct imaginea datde obiectiv sse formeze ntre focarul obiect F2 i centrul optic C2 ale ocularului i sfie preluatde acesta cu un obiect (real) cruia i corespunde imaginea virtual i mrit, cu elementeleconstitutive avnd dimensiunea y2, ce este perceputde ochiul observatorului O0.

n figur, pe lng razele v i v utilizate la construirea imaginilor, este prezentat (haurat) ifasciculul de lumin care provine de la un punct marginal al elementului structural y0 i care

ptrunde prin pupiln ochiul observatorului; unghiul 2, de nclinare a acestui fascicul fatdeaxa optic a ocularului este unghiul sub care este perceput imaginea microscopic (cu


3/45

4

dimensiunea y2) structural i are msura mult mai mare dect unghiul 1 sub care se vedeelementul structural (cu dimensiunea y0) privit liber (frmicroscop).

Ocularulmicroscopului

.

F'2y0

Obiectivul

microscopului

y1

f2

v'

v

F2

f1

F1

F'1

y2

e2

1

Oo

C2C1

Fig. 2Schema de formare a imaginii ntr-un microscop metalografic

B. Sistemul de iluminare al microscopului fumizeaz lumina necesar i realizeazdirecionarea i concentrarea acesteia pentru examinarea probelor metalografice.

Prile componente principale ale acestui sistem sunt:

sursa de lumin, care poate sfie o lampcu incandescende tensiune joas, o lampcu arcelectric, o lampcu vapori de mercur etc.

iluminatorul, care este un ansamblu de lentile menit s transforme fasciculul de lumindivergent furnizat de surs, ntr-un fascicul de raze paralele, apt pentru iluminareacorespunztoare a probei supuse examinrii;

diafragmele (de apertur, de cmp, etc.), care permit dimensiunea corespunztoare afasciculului de lumin transmis spre proba examinat i reinerea razelor marginale, pentruobinerea unei imagini microscopice dare, luminoase i cu un bun contrast;

filtrele de lumin(galbene sau verzi), care ajutla realizarea unor imagini microscopice fraberaii cromatice;

elementele optice de direcionare, care asigurorientarea corecta luminii incidente n raportcu suprafaa pregtita probei ce se examineaz.

Sistemul poate asigura dou moduri de iluminare a probelor metalografice: a) iluminarea ncmp luminos; b) iluminarea n cmp ntunecat.

La iluminarea n cmp luminos (fig. 3.a), se folosete ca element optic de direcionare o lamdesticl cu fee plan-paralele, semitransparent, aezat la 45o fa de direcia fasciculului deluminfurnizat de iluminator, care reflectlumina, prin obiectiv spre suprafaa pregtita probeiexaminate.


4/45


Zonele netede ale acestei suprafee, realizeazo reflexie dirijata razelor fasciculului incident,spre obiectiv i ocular, astfel c aceste zone vor da fondul (cmpul) luminos al imaginiimicroscopice; denivelrile i neregularitile suprafeei examinate vor aprea ntunecate peimaginea microscopic deoarece realizeaz o reflexie difuz a fasciculului incident, razelereflectate fiind preluate de sistemul optic al microscopului.

La iluminarea n cmp ntunecat (fig. 3.b), se folosesc ca elemente optice de direcionare ooglindplan, aezatla 45ofade direcia fasciculului de lumininelar care iese din iluminatori o oglindtorosfericconvexpe obiectiv, care reflectlumina spre suprafaa pregtita probeiexaminate. Unghiul de incidenal razelor de luminpe zonele netede ale acestei suprafee estemare, razele reflectate nu sunt captate de sistemul optic al microscopului i aceste zone vorcorespunde fondului (cmpului) ntunecat al imaginii microscopice; denivelrile ineregularitile suprafeei examinate reflect lumina spre obiectiv i ocular i vor aprea i/sauzone luminoase pe imaginea microscopic.

a) b)Fig. 3Iluminarea probelor metalografice

a) iluminarea n cmp luminos; b) iluminarea n cmp ntunecat

C. Sistemul mecanical microscopului cuprinde piesele, mecanismele i dispozitivele desusinere i de poziionare corecta probelor metalografice i a componentelor celorlalte

sisteme ale microscopului. Prile principale ale sistemului mecanic sunt: stativul cu talpasau corpul microscopului, soclurile sau tuburile de susinere i poziionare a lentilelor,oglinzilor, prismelor i diafragmelor, msua pentru aezarea probei metalografice,mecanismele de poziionare controlat a cmpului examinat pe suprafaa pregtit a

probei metalografice (de obicei, sunt mecanisme cu urub i piulie care realizeazdeplasarea msuei microscopului n planul su, dupdoudirecii ortogonale), i mecanismelede reglare grosieri fina imaginii.

Aspectele anterior prezentate privind construcia i funcionarea microscoapelor metalografice sepot evidenia i analiza concret, considernd dou din tipurile de astfel de aparate opticeexistente n laboratorul de Studiul i Ingineria Materialelor: microscopul Reichert-MeF,

prezentat n figura 4.a i microscopul IOR-MC6, redat n figura 4.b.

Microscopul metalografic se poate utiliza att pentru examinarea calitativ a probelormetalografice (evidenierea naturii, formei i modului de distribuire ale elementelor constitutiveale structurii probelor), ct i pentru determinri cantitative (msurarea dimensiunilor unorelemente structurale ale probelor metalografice.


5/45

6

Fig. 4Microscoape metalograficea) Reichert MeF b) IORMC6

Pentru msurarea dimensiunilor unor elemente structurale se urmeazetapele:

se echipeaz microscopul cu un obiectiv avnd mrirea convenabil determinrilor careurmeaz a se efectua i cu un ocular de msurare (ocular Huygens, avnd montat n focarulobiect o lameltransparentdin sticlpe care este gravato scalliniarcu 100 de diviziuni);

se aeazpe msua microscopului, n locul probei metalografice, un obiect micrometric (deetalonare), care este o plcua ocularmetalic (lustruitoglind) n centru creia s-a gravat oscalliniarcu lungimea de 1mm i un numr Nobde diviziuni echidistante (de obicei, Nob100 ilungimea unei diviziuni pe aceastscaleste lob0,01 mm);

se efectueazreglrile necesare obinerii unei imagini microscopice n care cele dou scalegradate se vd clar, sunt paralele i au originea comuna (fig. 5.a);

se alege un numr de diviziuni nobpe scala obiectului micrometric, se observla ce numr dediviziuni, noccorespund pe scala ocularului de msurare i se determinconstanta de etalonare amicroscopului, loc (lungimea pe obiectul examinat, corespunztoare unei diviziuni pe scalaocularului de msurare):

oc

oboboc n

nll = (4)

se nlocuiete obiectul micrometric cu proba metalografic ce trebuie examinat i se facreglrile necesare obinerii imaginii microscopice n care apar mpreun scala gradat aocularului de msurare i elementele structurale ale probei; poziionnd convenabil scala gradata ocularului de msurare (fig. 5.b), se determin (la fel ca la msurarea unei lungimi cu riglagradat) numrul de diviziuni, moc corespunztor elementului structural care trebuie msurat irezultdimensiunea reala acestuia, des:

ococes mld = (5)


6/45


a. b.Fig.5

Principiul msurrii cu ajutorul microscopuluia) etapa de etalonare; b) etapa de msurare

2. CONINUTUL I SCOPUL LUCRRIILucrarea va cuprinde cunoaterea construciei i funcionrii microscoapelor metalograficeexistente n laborator, determinarea mririi liniare, puterii optice i grosismentului unuimicroscop n funcie de caracteristicile ocularului i obiectivului cu care este echipat, examinareaunor probe metalografice n cmp luminos i n cmp ntunecat, etalonarea microscopului imsurarea dimensiunilor elementelor structurale ale unei probe metalografice.

Scopul lucrrii este dobndirea de ctre studeni a cunotinelor teoretice i deprinderilor practicenecesare pentru utilizarea corecta microscoapelor optice la examinarea structurii materialelormetalice.

3.

MODUL DE LUCRU I APARATURA NECESARn cadrul lucrrii se parcurg urmtoarele etape de lucru:

se studiaz microscoapele metalografice existente n laborator, n scopul identificrii ilocalizrii componentelor celor 3 sisteme: sistemul optic, sistemul de iluminare i sistemulmecanic;

se efectueaz principalele operaii necesare la folosirea microscoapelor metalografice:montarea ocularului i obiectivului, reglarea sistemului de iluminare, aezarea i fixarea probeimetalografice pe msua microscopului, reglarea grosier i fin a imaginii microscopice,modificarea cmpului examinat pe suprafaa pregtita probei metalografice;

se examineazo probmetalograficfolosind iluminarea n cmp luminos; se folosesc treicupluri obiectiv-ocular, pentru fiecare dintre acestea, se determinmrirea liniari se schieazimaginea microscopic;

se examineazo probmetalograficfolosind iluminarea n cmp ntunecat; se consemneazmrirea liniara microscopului (corespunztoare cuplului obiectiv-ocular utilizat) i se schieazimaginea microscopic; se efectueazetalonarea microscopului i se msoardimensiunile unor elemente structuraleale unei probe metalografice; se folosesc succesiv trei obiective (mpreun cu ocularul de


7/45

8

msurare din trusa microscopului), pentru fiecare din acestea stabilindu-se mrirea liniar amicroscopului, constanta de etalonare, loci dimensiunea elementelor structurale msurate, des.

Exemplificarea modului de desfurare al operaiilor (etapele) necesare la folosireamicroscoapelor metalografice sunt exemplificate succint n figura 6.

a. Montarea ocularului b. Montarea obiectivului

c. Aezarea probei e. Reglarea grosieri fina imaginii microscopice

d. Reglarea poziiei msuei cu proba

Fig. 5Etape de lucru la folosirea microscopului


8/45

1. PRINCIPIUL LUCRRII

Metalografiaeste ramura metalurgiei fizice care se ocupcu studiul macroscopic i microscopical structurii materialelor metalice metale sau aliaje.

Studiul macroscopicse efectueazcu ochiul liber sau cu mijloace optice simple (lupe) i constn examinarea aspectului exterior al pieselor metalice, cercetarea suprafeelor de rupere aleacestora sau investigarea suprafeelor special pregtite ale unor probe prelevate din piesemetalice.

Studiul microscopic se efectueaz cu ajutorul microscoapelor metalografice optice sauelectronice folosind probe metalografice.

Proba metalograficeste un eantion detaat din materialul metalic de cercetat avnd una saumai multe suprafee pregtite special n scopul analizei macroscopice i microscopice.

Pentru obinerea unor rezultate concludente este necesar ca probele metalografice s fiereprezentative n ceea ce privete caracteristicile materialului metalic de cercetat i s fierespectate condiiile de pregtire ale probelor, asigurndu-se astfel pstrarea intacta structuriiacestuia. Cauzele principale ce pot conduce la modificarea structurii iniiale a materialului suntdeformarea plastici/sau nclzirea peste anumite limite a probelor n timpul pregtirii.La pregtirea probelor metalografice se parcurg etapele prezentate n continuare.

1.1.ALEGEREA LOCULUI DE EXTRAGERE A PROBELOR METALOGRAFICEPentru stabilirea locului de extragere a probelor metalografice se aplic urmtoarelerecomandri:

- probele din semifabricate i piese finite se extrag din locurile indicate n standardele saunormele ce reglementeazcalitatea acestor produse;

- probele din piesele defectate sau rupte n timpul exploatrii se detaeaz din imediatavecintate a locului defectelor sau a suprafeelor de rupere; pentru o analizcomparativse va

pregti i o probdintr-o zonlipsitde defecte sau neafectatde rupere;

- n cazul pieselor tratate superficial, probele vor cuprinde n mod obligatoriu i stratulsuperficial; deoarece grosimea stratului superficial este de cele mai multe ori foarte mic, serecomanddebitarea nclinata probelor n raport cu suprafaa piesei;

- n cazul examinrii unor piese cu seciune variabil, probele se preleveaz att din regiunilemasive ct i din regiunile subiri, n scopul unei cercetri comparative;- n cazul pieselor prezentnd fisuri sau crpturi, locul de prelevare a probelor metalografice sealege astfel nct acestea scuprinddefectul pe toatadncimea lui; dacrespectarea condiieinu este posibil, probele trebuie sconincel puin zona vrfului defectului.

LUCRAREA NR. 2 Pregtirea probelor metalografice


9/45

ndrumar Studiul i Ingineria Materialelor

2

1.2. PRELEVAREA PROBELOR METALOGRAFICEPrelevarea probelor metalografice se poate realiza prin urmtoarele procedee:

- n cazul pieselor confecionate din materiale metalice cu duritate nu prea ridicat, probele sedebiteaz(manual sau mecanic) cu un fierstru pentru metale;

- n cazul pieselor sau semifabricatelor de dimensiuni mari, probele se pot extrage din buci dematerial debitate cu flacrde gaze;

Indicaii privind alegerea locului de extragere a probelor metalografice, pentru ca la prelucrareamecanic a probelor s se ndeprteze complet zona influenat de tierea cu flacr (n carematerialul metalic a suferit modificri structurale);

- n cazul pieselor sau semifabricatelor cu dimensiuni nu prea mari se utilizeaz prelevareaprobelor prin achiere (pe strung, pe rabotez, pe frez, pe maini de polizat) folosind sculemetalice sau abrazive;

- n cazul materialelor fragile, probele se pot preleva prin spargerea pieselor sau semifabricatelorprin lovirea cu un ciocan.

1.3.PREGATIREA PRIMARA PROBELOR METALOGRAFICEProbele prelevate din piese sau semifabricate suferurmtoarele operaii de pregtire primar:

a) Fixarea probelor metalografice.

Fixarea probelor (fig. 1a) este necesara de obicei pentru a permite manevrarea uoara acestora,se diminueaz de asemenea i riscul de a deteriora probele. Materialul de montare (fig. 1b)

trebuie s nu interacioneze cu proba, s adere bine la aceasta, iar, dacproba urmeaz s fiesupus unei lustruiri electrolitice, materialul de montare trebuie s prezinte conductibilitatetermic.

a) pres b) montajul probeiFig. 1 Fixarea probelor metalografice

Operaia este necesar n cazul probelor mici sau cu forme neregulate ce creeaz problemeprivind fixarea lor pe mainile-unelte sau susinerea lor cu mna n vederea prelucrrii. Sefolosesc urmtoarele soluii (fig. 1): a, b) nglobarea probelor ntr-un material de fixare ca ipsos,


10/45

3

ciment de magneziu, material plastic, material uor fuzibil c) prinderea cu cleme a probelor, d)prinderea mai multor probe. Probele metalografice obinuite, avnd forma cubic, prismaticsaucilindric, cu latura sau diametrul bazei de 10...15 mm i nlimea de maxim 20 mm, nu necesitefectuarea operaiei de fixare.

a. b. c.

d.

Fig. 1Fixarea probelor metalograficea, b) nglobarea ntr-un material de fixare; c) prinderea cu cleme;

d) nglobarea mai multor probe ntr-un material de fixare

b) Obinerea suprafeelor plane ale probelor metalografice.

Pe probele metalografice se realizeaz una sau mai multe suprafee plane (necesare pentruexaminarea ulterioar a probelor) prin prelucrare pe maini-unelte (strunjire, rabotare, frezare,rectificare), prin polizare sau prin pilire. n timpul operaiei probele trebuie rcite pentru a seevita nclzirile excesive, care pot produce modificri structurale ale materialului acestora.

1.4.Pregtirea suprafeelor de examinat ale probei metalograficea) lefuire probelor metalografice

Suprafeele plane ce urmeaza fi examinate se supun lefuirii (manualsau mecanizat) folosindun set de hrtii abrazive cu diferite granulaii (lefuirea se ncepe cu hrtia cu granulaia cea maimare i se ncheie cu hrtia cu granulaia cea mai findin set).

La lefuirea manual, hrtia abraziv( de diferite grade) se aeazpe o rama cu geam, iar probaeste deplasatcu o apsare uoarntr-o micare alternativdupo singurdirecie, n timp ce lalefuirea mecanizat hrtia abraziv se fixeaz pe un tambur rotativ, iar proba este inut cu


11/45


4

mna sau este prinsntr-un dispozitiv special; n ambele situaii procesul de lefuire conduce laapariia unor rizuri paralele pe suprafaa prelucrat.

Operaia de lefuire cu o hrtie dureazpncnd urmele aprute la prelucrarea precedentaudisprut complet, fapt uor de observat dacla schimbarea unei hrtii abrazive, se modificcu900direcia de lefuire.

Dup lefuirea cu fiecare hrtie din set probele se cur atent prin tergere cu vat sau cu opensul (pentru ndeprtarea eventualelor particule de material abraziv aderente la suprafaaprelucrat) i se spalcu ap.

n figura 2 se poate observa aspectul suprafeei de analizat la sfritul operaiei de lefuire cuhrtie abraziv.

hrtie abrazivgrad 180 hrtie abrazivgrad 400

Fig. 2Evoluia probei la operaia de lefuire

b) Lustruirea probelor metalograficeLustruirea se realizeazmecanic pe maini de lustruit cu disc rotativ (fig. 3); discul este acoperitcu un material textil pe care se aplicun abraziv foarte fin. De obicei discul mainii se acopercu o pslcare se mbibcu suspensia unor particule abrazive fine (oxid de aluminiu-alumin-Al2O3 sau oxid de magneziu, MgO). Poziia piesei pe suprafaa discului rotativ se va schimbacontinuu pentru obinerea unui suprafee cu un aspect de luciu oglindct mai uniform.

Psla mainii de lustruit se umezete continuu prin stropire sau pulverizare cu suspensia deabraziv n ap. nainte de utilizare flaconul ce conine suspensia se agit bine pentruuniformizarea i distribuirea abrazivului n soluie. Proporia agentului abraziv n ap este deaproximativ 1:20; o suspensie mai diluatdeterminprelungirea duratei de lustruire, iar una maiconcentratconduce la formarea pe psla unor zone diferite din punct de vedere al gradului delustruire.

Fig. 3Mainde lustruit cu disc rotativ

Aspectul probei la sfritul operaiei de lustruire se poate observa n figura 4.


12/45

5

lustruire la 6 microni lustruire la 1 micron

Fig. 4Operaia de lustruire

c) Splarea i uscarea probelor metalograficeDuplustruire probele se spalcu ap, se degreseazcu alcool etilic i se usucn curent de aercald sau prin tamponare cu vatsau hrtie de filtru.

Suprafeele probelor metalografice pregtite pn n acest stadiu prezint luciu oglind,

examinarea lor macroscopic sau microscopic permind punerea n eviden a fisurilor,suflurilor (incluziuni de gaze), retasurilor (goluri formate prin contracie la turnarea materialelormetalice), incluziunilor nemetalice etc. din materialul acestora.

d) Punerea n evidena structurii materialului probelor metalograficePentru punerea n evidena structurii materialului, suprafeele lustruite ale probelor se ataccureactivi metalografici (anexa 1); atacul se realizeaz prin imersarea probelor n reactivi sautamponarea suprafeelor lustruite cu vatmbibatcu reactivi. Dupatac proba se spalcu ap,apoi cu alcool i se usucn curent de aer cald sau prin tamponare cu vatsau hrtie de filtru.

Reactivii metalografici folosii sunt n general soluiile unor acizi n ap sau alcool etilic;compoziia chimic i domeniile de aplicabilitate ale principalilor reactivi utilizai suntprezentate n STAS 4203.

n urma atacului suprafeele pregtite ale probelor metalografice i pierd luciul oglinddevenind uor mate. Schimbarea aspectului suprafeelor se explic prin formarea pe acestea aunui microrelief cu denivelri, care modific local unghiul de reflexie al luminii. La unelemateriale metalice cristalele care alctuiesc structura au compoziia chimic diferit, pesuprafeele lustruite ale probelor din astfel de materiale formndu-se un microrelief prin ataculdifereniat al cristalelor n funcie de compoziia lor chimic. La materialele metalice alctuitedin cristale cu compoziia chimicfoarte apropiat, microrelieful de pe suprafeele probelor seformeaz prin atacul selectiv al marginilor cristalelor (acestea concentreaz impuritile i

defectele de structurcristalini sunt atacate mai intens de reactivi).

Atacul probelor metalografice se poate face i electrolitic, metoda bazndu-se pe faptul cvitezade dizolvare electrolitica diferiilor gruni cristalini i a limitelor dintre acetia este diferit.Instalaia utilizat este aceeai ca la lustruirea electrolitic, utilizndu-se ns electrolii iregimuri de lucru adecvate. Aspectul suprafeei atacatcu reactivi este redat sugestiv n figura 5.


13/45


6

Fig. 5 Aspectul metalografic al suprafeei pregtite

e) Conservarea probelor metalograficeProbele metalografice lustruite sau lustruite i atacate cu reactivi pot fi conservate n vederea

pstrrii pe o perioad mai lung de timp (cu meninerea nealterat a calitii suprafeelorpregtite). Conservarea se poate face prin introducerea probelor n exicatoare cu substanehigroscopice sau prin aplicarea pe suprafeele pregtite a unor pelicule sau folii protectoare.

2.CONINUTUL I SCOPUL LUCRRIILucrarea const n pregtirea unor probe metalografice, urmrindu-se etapele descrise anterior.Probele supuse pregtirii se vor studia la microscop n diferite stadii: dup lefuire, duplustruire i duppunerea n eviden, prin atac cu reactivi, a structurii.

Lucrarea are ca scop nsuirea de ctre studeni a cunotinelor teoretice i deprinderilor practiceprivind pregtirea probelor metalografice.

3.APARATURA NECESARI MODUL DE LUCRUPentru efectuarea lucrrii sunt necesare:

- instalaie de lefuit i lustruit probele metalografice;- materiale abrazive (set de hrtii abrazive de granulaii diferite, suspensie de A1204, postav);- reactivi metalografici diferii;- microscoape metalografice (laboratorul de studiul i ingineria materialelor este dotat cu

microscoape de tip Reichert, precum i cu un microscop de tip IOR MC 6, microscoapeprezentate n laboratorul anterior).

Studenii vor urmri pregtirea complet a unei probe metalografice de ctre tehnicianullaboratorului. mprii pe grupe, i vor nsui modul de manevrare al microscopuluimetalografic, modul de schimbare a mririi microscopului, punerea la punct a imaginii i vorexamina la microscop cte o probmetalograficla mriri diferite.


14/45

7

4.CONINUTUL REFERATULUIReferatul va conine:- succesiunea operaiilor de pregtire a probei;- descrierea microscopului metalografic utilizat, indicndu-se caracteristicile acestuia;- schia structurilor cercetate.


15/45

1. PRINCIPIUL LUCRRIILa nclzirea materialelor metalice pn la topire sau la rcirea lor din stare topita se productransformri ale strii de agregare (transformarea de topire-solidificare) i ale structurii cristaline(transformri n stare topit) nsoite de modificarea proprietilor fizico-mecanice ale acestora.

Temperaturile la care se produc transformrile de stare sau structur ale unui material metalic senumesc temperaturi de transformare sau puncte critice. Cunoaterea acestora este importantpentru

precizarea compoziiei i proprietilor fizico-mecanice ale materialelor metalice la diferitetemperaturi.

Punctele critice se determina experimental prin nregistrarea curbei de variaie a unei mrimi fizice

cum este cldura specific, densitatea, permeabilitatea magnetic, conductibilitatea electric etc.,funcie de temperatura i identificarea discontinuitilor acesteia, care corespund punctelor criticeale materialului cercetat.

Metodele cele mai des utilizate pentru determinarea punctelor critice ale materialelor metalice suntmetoda termica, metoda termica diferenial, metoda dilatometric i metoda magnetic. ncontinuare se prezint principial modul de determinare a principalelor elemente legate demodificarea strii sau structurii materialelor metalice folosind metoda analizei termice.

Analiza termic este o metod de cercetare care permite determinarea punctelor critice aletransformrilor de faz, pe baza observaiei c orice transformare de faz are un efect termicnsoitor care provoacmodificri ale alurii curbei termice (de rcire sau de nclzire).

1.1. Determinarea curbelor de rcire / nclzire ale materialelor metalice

Pentru determinarea curbei de rcire a unui material metalic acesta este nclzit pn la otemperatur corespunztoare strii topite i apoi este rcit cu vitez mic, n timpul rciriimsurndu-se temperatura la intervale de timp egale. Perechile de valori temperatur-timpobinute se transpun ntr-un sistem de coordonate, permind astfel trasarea curbei de rcire amaterialului metalic cercetat.

Curba de nclzire a unui material metalic se obine asemntor, urmrind modificarea in timp atemperaturii in cursul procesului de nclzire de la temperatura ambianta pana la topire.

1.2. Determinarea diagramei de echilibru a sistemelor de aliaje binare

Diagrama de echilibru a unui sistem de aliaje binar se construiete transpunnd intr-un sistem decoordonate concentraie - temperatura, valorile temperaturilor de transformare determinate pecurbele de rcire trasate pentru un numr de aliaje, aa cum se prezintspre exemplificare in figura 1.Pentru exemplificare se folosete un aliaj datorit temperaturii de topire solidificare redus aelementelor componente ale aliajului (TsSn= 234

0C, TsPb= 3270C).

LUCRAREA NR. 3

Ridicarea experimentala diagramelorde echilibru fazic i utilizarea acestora la

analiza transformrilor n materialenemetalice


16/45


2

Fig. 1- Diagrama de echilibru a unui sistem de aliaje binar (Pb Sn) la care componentele au solubilitate totala in

stare lichida, sunt complet insolubile in stare solida si au capacitatea de a forma un amestec mecanic la un raport fix al

concentraiilor.

Diagrama din figura 1 corespunde unui sistem de aliaje binar la care componentele au solubilitatetotala in stare lichida, sunt complet insolubile in stare solida si au capacitatea de a forma un amestecmecanic la un anumit raport p al concentraiilor. Cu cat numrul de aliaje pentru care se traseazcurbele de rcire in scopul determinrii punctelor critice este mai mare cu att precizia de construirea diagramei de echilibru este mai mare.

Aliajul II - 19%Sn (81%Pb)

Aliajul III - 62%Sn (38%Pb)

Aliajul IV - 69%Sn (%31Pb)


17/45


L4 - 3

Aliajul V - 100% Sn (0%Pb)

Staniul (cositor) este un metal alb-argintiu cu nuane albstrui, maleabil, rezistent la coroziune, cuoxidare lent. La temperaturi sub 13,2C, Sn sufero modificare alotropicnsoitde o schimbare

bruscde volum care duce la transformarea ntr-o pulbere cenuie. Din acest motiv, Sn pur nu seutilizeazpentru lipire. Se utilizeaznsaliat, deoarece canti-ti de peste 0,3 0,5% Bi sau peste0,5% Pb nlturaproape complet transformarea. Staniul este scump i deficitar.

Plumbul este un metal cenuiu-albstrui, cu luciu caracteristic dupsecionare; se oxideazrepede,formnd o pelicul cenuie, aderent, care protejeaz metalul de atacurile mediului. Este moale,ductil, puin rezistent la rupere, dar foarte rezistent la acizi. Avnd temperaturde topire ridicatiumectare reduspe cupru, pentru lipituri, plumbul se folosete aliat cu staniul. Este ieftin.

nsuirile de lipire ale aliajelor Sn+Pb depind de compoziie: aliajele cu coninut mare de Sn (65 98% Sn) sunt foarte bune pentru lipire, stabile, dar scumpe

- nu se folosesc pentru lipiri n electronic; aliajele cu coninut mrit de Sn (50 65% Sn) au cele mai sczute temperaturi de topire (183

220C), sunt foarte bune pentru lipituri (fluiditate i capacitate de umezire bun) i sunt dedeparte cele mai folosite n electronic(i electrotehnic);

aliajele cu coninut mediu de Sn (30 50% Sn) lipesc bine multe metale (inclusiv fier i aliaje defier) i sunt mult folosite n general; avnd temperaturi de topire mai mari sunt relativ pu infolosite n electronic;

aliajele cu coninut redus de Sn (sub 30% Sn) au temperaturi de topire destul de mari, nu lipescprea bine i nu se folosesc n electronic.

Pentru lipiri n electroniccele mai folosite sunt aliajele Sn+Pb de naltpuritate (total impuritisub 0,5 %); unele caracteristici ale acestora apar n tabelul 1.

Tabelul 1

Aliaje de lipit , codificri i unele proprieti PbSn

Marca

aliajului

Simbolde

marcare

%Sn

%Pb

Temperaturi de

topire (C)Conductibilitate

electric(% fade Cu)

Conductibilitatetermic

(% fade Cu)Utilizri

nceput sfrit

BPb62Sn183-245

Lp37 36-38 183 245 9,9 9,5Lipire manoane dePb la conducte icabluri

BPb59Sn183-233

Lp40 39-41 183 225 10,1 10,2

Lipirea conductorilorn electrotehnic,lipirea pieselor dinaliaje Cu-Zn

BSn49Pb183-215

Lp50 49-51 183 215 11,0 11,0Lipirea pieselor, nelectronic ielectrotehnic

BSn59Pb183-190

Lp60 59-61 183 190 11,5 -Lipituri fine nelectronic ielectrotehnic


18/45


4

Marca

aliajului

Simbol

de

marcare

%Sn

%Pb

Temperaturi de

topire (C)Conductibilitate

electric(% fade Cu)

Conductibilitate

termic(% fade Cu)

Utilizri

nceput sfrit

BSn62Pb183-185

Lp63 62-64 183 185 11,5 11,9

Lipituri fine nelectronic, pecablaje imprimate,

pentru SMD-uri

BSn64Sn183-185

Lp65 64-66 183 185 - -

Lipituri fine nelectronic, pecablaje imprimate,pentru SMD-uri

Codificare, denumire i compoziie - dupSTAS 96-80 i 10881-77; total coninut impuriti: sub 0,5 %.

2.CONINUTUL I SCOPUL LUCRRIIAnaliza termic este o metod de cercetare care permite determinarea punctelor critice aletransformrii de faz. Orice transformare de faz are un efect termic nsoitor care provoacmodificri ale alurii curbei termice.

Lucrarea cuprinde:a) trasarea curbelor de rcire i determinarea temperaturilor de transformare pentru cinci aliaje

din sistemul Sn-Pb, avnd concentraiile (tabelul 2): aliajul 1: 0%Sn (100%Pb); aliajul 2: 19%Sn (81%Pb); aliajul 3: 62%Sn (38%Pb); aliajul 4: 69%Sn (31%Pb); aliajul 5: 100%Sn (0%Pb);

b) construirea aproximativ, pe baza valorilor punctelor critice determinate experimentalpentru cele cinci aliaje, a diagramei de echilibru a sistemului Sn-Pb.Scopul lucrrii reprezint dobndirea de ctre studeni a cunotinelor teoretice i deprinderilor

practice necesare cercetrii comportrii la nclzire sau rcire a metalelor i aliajelor prin metodaanalizei termice.

Tabelul 2Numr

aliajCompoziia

chimicTemperatura de nclzire(*)

[oC]Temperatura sfritului

determinrilor [oC]1 0%Sn (100%Pb) 360 1502 19%Sn (81%Pb) 320 1503 62%Sn (38%Pb) 220 1504 69%Sn (31%Pb) 220 1505 100%Sn (0%Pb) 270 150

(*)Temperatura de topire Sn = 232oC, temperatura de topire Pb = 327oC

3.MODUL DE LUCRU I APARATURA NECESARPentru efectuarea lucrrii se utilizeazcinci aliaje din sistemul Sn-Pb, avnd concentraiile precizaten paragraful anterior.

Etapele de lucru i aparatura necesar realizrii practice, pentru un aliaj, sunt exemplificate nurmtoarea succesiune de imagini:


19/45


L4 - 5

1. ntr-o etuvelectric, aa cum se aratn figura 2, se nclzete, n intervalul de temperaturi 120 2200C, un izolator din crmidrefractarprezentat n figura 3.

Fig. 2Etuvelectric Fig. 3 Izolator din crmidrefractar

2. Aliajul, aflat ntr-un creuzet (oalrefractar), aa cum se prezintn figura 4, este nclzit n locaulunui cuptor electric, prezentat n figura 5, la o temperatura corespunztoare indicaiilor din tabelul 1,temperaturmsuratcu ajutorul unui aparat multimetru digital APPA 305 conectat la un calculator

prin intermediul unei sonde de temperatur prezentat n figura 6

Fig. 5Cuptor electric

Fig. 4 Creuzetul introdus n

cuptorul electric

Fig. 6Aparat multimetru digital APPA 305

conectat la un calculator


20/45


6

4.CONINUTUL REFERATULUIReferatul lucrrii va cuprinde urmtoarele elemente: tabelele cuprinznd rezultatele timp-temperatura determinate pentru materialele metalice cercetate, n cursul rcirii acestora; curbele dercire ale celor cinci aliaje; diagrama de echilibru Sn-Pb; concluzii privind metoda folosit i

rezultatele determinrilor. Folosind perechile de valori temperatura-timp determinate experimental,se traseaz la scar pe hrtie milimetric curbele de rcire ale materialelor metalice i seconsemneaz punctele critice ale fiecruia, prin identificarea variaiilor de form geometrica(paliere, puncte de inflexiune) ale curbelor trasate;

Se transpun valorile punctelor critice determinate pentru toate cele cinci aliaje ntr-un sistem decoordonate concentraie-temperatur, trasndu-se astfel, aa cum s-a precizat la paragraful 1.2,diagrama de echilibru a sistemului de aliaje.

3. Dup ce s-a depit temperatura de nclzire recomandat, a aliajului cercetat, corespunztoareindicaiilor din tabelul 1, se ntrerupe alimentarea cuptorului iar creuzetul (oala refractar) ce coninealiajul topit se introduce n izolatorul din crmidrefractarcare a fost scos din etuv, n acelai timpse introduce sonda conectat la aparatul multimetru digital APPA 305 n creuzet (oala refractar)conform figurii 7

Fig. 7Amplasarea creuzetului i sondei n izolator

4. Cu ajutorul unui soft specializat n achiziionarea datelor (D.I.M.M) se urmrete evoluia n timp atemperaturii materialului metalic cercetat, prin msurare la intervale de 10 15 secunde, pn larcirea acestuia la o temperatura corespunztoare indicaiilor din tabelul 1, softul avnd posibilitatea att ssalveze un fiier text care conine perechile de valori temperatur-timp determinate experiment precumi straseze grafic dependena temperatur-timp (figura 8).

Fig. 8 Trasarea graficului dependenei temperatur-timp


21/45

1. PRINCIPIUL LUCRRII1.1. Tipuri de constitueni

n aliajele cu fierul, carbonul se poate gsi n doustri: carbon 1egat n compusul definit carburde fierFe3C numit cementiti carbon liber sub formde grafit. Cnd transformrile la rcire au loc astfel nctcarbonul este 1egat, sistemul este metastabil, cementita fiind nestabil, i descompunndu-se prinnclzire. Dac transformrile au loc astfel nct se produce separarea carbonului sub formde grafit,sistemul este stabil.

Fig. 1Diagrama metastabilFe-Fe3C

n figura 1 se prezintambele diagrame de echilibru, cea cu linie continufiind diagrama metastabilFe-Fe3C, iar cea cu linie punctat diagrama stabil FeC. Se menioneaz c transformrile dup

diagrama stabilsunt posibile numai la fonte (C > 2,11 %). Constituen ii structurali care pot apare naliajele din sistemele de aliaje fier-carbon (metastabil i stabil) sunt prezentai n continuare.

A. Constitueni monofazici

Ferita (F) este o soluie solid intercristalin a carbonului n Fe. Este predominant n structuraoelurilor cu pn la 0,4 % C (constituie masa metalic de baz) i se separ sub form de reea laoelurile cu 0,5 - 0,8 % C. Are foarte bune proprieti de plasticitate i tenacitate, rezistena mecaniciduritate sczute.Cementitaeste un compus chimic definit (Fe3C) cu 6,67 % C. Apare sub urmtoarele forme distincte:

LUCRAREA NR. 4Structuri de echilibru ale aliajelor din

sistemul Fe Fe3C


22/45

3

Cementita primar(Fe3CI), - separatdirect din topiturprin solidificare; cementita secundar(Fe3CII) separatca urmare a scderii solubilitii Feduplinia ES din diagram; cementita teriar(Fe3CIII) separatca urmare a scderii solubilitii Fede-a lungul liniei PQ din diagram.Este o fazduri fragilcristalizatn sistemu1 ortorombic. Este magneticla temperatura ambiant,dar i pierde magnetismul 1a 215 0C, iar la temperaturi mai nalte se descompune n fier i grafit.

Grafitul este carbon cristalizat n sistemu1 hexagonal i apare n structur sub urmtoarele forme:lamelar n fontele cenuii, sferoidal n fontele nodulare i glomerular (n cuiburi) n fontelemaleabile. Nu posedpractic rezistenmecanic, reprezentnd ntreruperi ale masei metalice de baz.

B.Constitueni bifazici (neomogeni)

Perlita (P) este un amestec mecanic eutectoid de ferit (88%), cementit (12%) rezultat din

descompunerea austenitei prin reacia eutectoid: A0,77 % CC727 0

F + Fe3C. Are aspect lamelar,dimensiunile lamelor depinznd de viteza de rcire. Cu ct rcirea este mai lentcu att lamele sunt dedimensiuni mai mari. Confer oelurilor rezisten mecanic i elasticitate. n cazul aplicrii unortratamente de recoacere, poate apare sub form globular, adic formaiuni mai mult sau mai puinrotunjite de cementit, ntr-o masde bazde ferit.

Ledeburita (Led)este un amestec mecanic de austeniti cementitformat prin solidificarea lichidului

cu 4,3 % C (reacia eutectic): L4,3 % CC1148 0

A + Fe3C. Ca urmare a transformrii eutectoide, pe care osuferaustenita, la temperatura ambiantledeburita este constituitdin perliti cementit, numindu-sedin aceastcauzledeburittransformat. Cantitatea mare de cementitdin ledeburitimprimfonteloralbe n structura crora se gsete, o duritate i o fragilitate pronunat.

1.2. Structuri de echilibru ale oelurilor carbon

Fierul tehnic pur cu C 0,015 % are n structurnumai feritce se prezintla microscop sub forma uneireele poligonale cu marginile rotunjite. Eventualele incluziuni nemetalice apar ca zone de culoarenchis, la marginile grunilor de ferit. Cementita teriar (Fe3CIII) ce se separ la marginile unorgruni, este aproape nesesizabil.

Oelurile hipoeutectoide (0,02 % < C < 0,77 %) au structura format din doi constitueni: ferita iperlita. Pnla 0,4% C predominferita constituind masa de bazde culoare deschis, iar perlita aparela marginea grunilor feritei, ca zone de culoare nchisaa cum se prezintn figura 2.

Fig. 2Oel hipoeutectoid / mrire x 100 / constiuieni: feriti perlit/ atac: nital 2 %


23/45


4

La coninuturi de 0,5 0,8 % C, preponderentdevine perlita, iar ferita apare la marginea coloniilor deperlitsub forma unor mici insule de culoare deschis, sau sub formde reea.

Oelul eutectoidC = 0,77 % C are structura formatnumai din perlit lamelar. n urma atacului cunital, se dizolv lamele de ferit astfel c la microscop apare o alternande zone de culoare nchis(ferita) i zone de culoare deschis(cementita) cuaspect lamelar conform figurii 3. Examinarea trebuiefcutla o mrire de cel puin 500X.

Fig. 3Oel eutectoid / mrire x 500 / constiuieni: perlitlamelar/ atac: nital 2 %

Oelurile hipereutectoide(0,8 % < C < 2,11 %) prezintla temperatura ambianto structuralctuitdin perlit lamelar i cementit secundar aa cum se prezint n figura 4. Separarea cementiteisecundare ncepe la limitele grunilor de austenit pe care-i nconjoar, astfel c la temperaturaambiantapare sub forma unei reele ce marcheazlimitele fotilor gruni de austenittransformai n

perlit. Reeaua de cementit apare de culoare deschis la atacul cu nital i de culoare brun nchis laatacul cu picrat de sodiu.

1.3. Structura fontelor albe

Fontele albe sunt fontele care au tot carbonul legat sub forma cementitei aa cum se prezintn figura 5.Datoritduritii ridicate nu se pot prelucra prin achiere.

Fontele albe hipoeutectice (2,11 % < C < 4,3 %) au structura la temperatura ambiant alctuitdin:perlit, cementitsecundari ledeburittransformat.

Perlita apare la microscop sub forma unor zone de culoare nchis, iar ledeburita transformatsub formaunor zone cu aspect zebrat. Cementita secundar se depune pe formaiunile existente de cementitledeburitic, astfel cnu poate fi pusn evidenseparat la microscop.

Fig. 4Oel hipereutectoid / mrire x 500 / constiuieni: perliti cementit/ atac: nital 2 %


24/45

5

Fonta albeutectic(C = 4,3 %) are la temperatura ambiantstructura complet ledeburitic. n urmaatacului cu nital, ledeburita transformatare aspect prezentat n figura 6, zonele de culoare nchisfiindzonele cu perlitiar cele de culoare deschiscu cementit.

Fontele albe hipereutectice(4,3 % < C < 6,67 %) au la temperatura ambiantstructura formatdin ledeburittransformaticementitprimar. Cementita primarseparatdirect din lichid, va apare la microscop sub formaunor lamele de dimensiuni mari, ntr-o masde ledeburitaa cum se aratn figura 7.

Se constat c n cazul transformrilor dup diagrama metastabil toate aliajele au ca faze ferita icementita iar constituenii diferdupconinutul de carbon.

Fig. 5Fontalbhipoeutectic/ mrire x 250 / constituieni: ledeburit, perliti cementit/ atac: nital 2%

Fig. 6Fontalbeutectic/ mrire x 400 / constituieni: ledeburit/ atac: nital 2%

Fig. 7Fontalbhipereutectica / mrire x 500 / constituieni: ledeburiti cementitprimar/ atac: nital 2%


25/45


6

1.4. Structura fontelor cenuii i nodulare

n cazul acestor aliaje transformarea eutectic se produce dup diagrama stabil, iar transformareaeutectoidse poate face att dupdiagrama stabilct i dupcea metastabil. ntruct fontele cenuiidiferde fontele nodulare doar prin forma grafitului structurile vor fi prezentate mpreun. Obinereagrafitului nodular se realizeaz prin adugarea unor elemente (ceriu, magneziu, calciu, litiu n fonta

lichid avnd compoziia corespunztoare unei fonte cenuii. Grafitul nodular are influen mult maipuin defavorabil asupra caracteristicilor de rezisten ale materialului, ntruct ntreruperea maseimetalice de bazeste mai redusdect n cazul fontelor cenuii unde lamelele de grafit acioneaz canite crestturi.

Fontele cenuii feritice i nodulare feriticeau structura formatdintr-o masde bazferitic, n carese gsesc formaiuni de grafit lamelar la cele cenuii i globular la cele nodulare (fig. 8). Grafitizareaeste complet, transformrile decurgnd numai dupdiagrama stabil.

Fontele cenuii perlitice i nodulare perliticeau masa metalicformatdin perlit n care se gsescformaiunile de grafit (fig. 9). n cazul acestor fonte reacia eutecticdecurge dupdiagrama stabil, iarreacia eutectoiddupdiagrama metastabil. Structura masei metalice le confercaracteristici bune de

rezistenmecanic, obinute direct din turnare.

Fontele cenuii i nodulare ferito-perlitice au masa metalic format din perlit i ferit n care segsesc formaiunile de grafit. Grafitizarea nu este complet, reacia eutectoid producndu-se parialdupdiagrama stabili parial dupdiagrama metastabil. Astfel formaiunile de grafit sunt incorporatede insule de ferit, n masa metalicexistnd i perlitlamelar(fig. 10).

Fig. 8Fontcu grafit nodular feritic/ mrtire : x 400 / constituieni : grafit nodular i ferit/ atac : nital 2 %

Fig. 9Fontcenuie perliticcu steadit / mrire: x 250 / constituieni: grafit lamelar, pereliti steadit / atac: nital 2 %


26/45

7

2. CONINUTUL I SCOPUL LUCRRII

Lucrarea cuprinde cercetarea metalografic a constituenilor structurali la temperatura ambiant dinoeluri carbon i fonte, cnd transformrile cu decurs n condiii de echilibru.

Scopul lucrrii l constituie nsuirea cunotinelor de bazprivind structurile acestor aliaje, precum ilegtura dintre structuri proprieti.

3. MODUL DE LUCRU I APARATURA NECESAR

Studenii vor cerceta cte o probmetalograficdin fiecare tip de oel i font. Examinarea se face lamicroscopul metalografic, pe probe atacate cu nital, alegndu-se mrirea microscopului 1a care structuraeste cel mai bine pusn eviden.

4. CONINUTUL REFERATULUI

Referatul vacuprinde:

denumirea aliajului cercetat; schia structurii; reactivul folosit pentru atac i mrirea de examinare; constituenii aliajului, constituenii metalografici; fazele aliajului; proprietile mai importante i domeniul de utilizare.

Fig. 10Fontcu grafit nodular ferito-perlitic/ mrire: x 65 / constituieni: grafit nodular, feriti perlit/ atac : nital 2 %


27/45

Incercarea la traciune

1. PRINCIPIUL LUCRRIIPentru a evidenia particularitile comportrii materialelor metalice policristaline solicitate mecanicse folosete (ca ncercare de referin) ncercarea la traciune. Condiiile i modul de realizare ancercrii la traciune i caracteristicile mecanice care se pot determina prin aceastncercare suntreglementate prin standardul SR EN 10002 (care reprezint versiunea n limba romn astandardului european EN 10002).

ncercarea la traciune se executpeepruveteconfecionate din materialul metalic care se cerceteaz,avnd forma i dimensiunile prescrise n SR EN 10002. Epruvetele folosite n mod obinuit au

configuraia prezentat n figura 1; aceste epruvete au o poriune central, cu seciunea circular(epruvete rotunde) sau dreptunghiular (epruvete plate), calibrat (cu dimensiuni precise) i doucapete de prindere (pe maina cu care se realizeaz ncercarea), cu diverse configuraii (cilindrice,conice, cilindrice filetate, plate, plate cu orificii pentru boluri etc.). Pe poriunea calibrat aepruvetelor se traseaz(nainte de ncercare) dourepere la distana L0; de regul, distana (lungimea)iniialntre repere L0se alege n funcie de aria seciunii transversale iniiale a poriunii calibrate S0,utiliznd relaia 00 SkL = , iar epruvetele astfel dimensionate se numesc epruvete proporionale

(de obicei, se ia k=5,65, ceea ce este echivalent, pentru epruvetele rotunde, cu L0 =5d0).

Fig. 1Epruvete pentru ncercarea la traciune

n timpul ncercrii la traciune, pe direcia axei longitudinale a unei epruvete realizate conformprescripiilor anterior prezentate, se aplic o for de traciune F, cresctoare ca intensitate, careproduce deformarea progresiv i, n final, ruperea epruvetei. Maina folosit pentru realizareancercrii la traciune este prevzutcu dispozitivele necesare pentru a msura i/sau nregistra (petoatdurata ncercrii) intensitatea forei aplicate F i deformaiile liniare (lungirile sau extensiile)

produse epruvetei L = L - L0, L fiind distana (lungimea) ntre reperele epruvetei la aplicareaforei de traciune cu intensitatea F. Prin msurarea secvenialsau nregistrarea continua valorilormrimilor F i L, se poate construi curba dependenei F =g(L), numitdiagrama ncercrii latraciune (DIT) sau diagrama for - alungire (extensie). Reprezentnd n coordonate

LUCRAREA NR. 5

ncercri mecanice ale materialelorelectronice: ncercarea la traciune, ncercride duritate (Brinell, Vickers , Rockwell) i

ncercarea la ncovoiere prin oc


28/45

rectangulare variaia tensiunii (convenionale)0S

F= n funcie de alungirea specific

0L

L= sau

n funcie de alungirea procentual 1000L

L= , se obine o curb= f(), numitcurba caracteristic

convenional la traciune (CCCT) sau curba caracteristic tensiune-deformaie specific amaterialului cercetat. CCCT are n mod obinuit una din configuraiile prezentate n figura 2.

Cu ajutorul CCCT (construit pe baza ncercrii la traciune) se pot evidenia particularitilecomportrii oricrui material metalic solicitat mecanic i se pot defini o serie de caracteristicimecanice(folosite drept caracteristici de referinla proiectarea pieselor din materialul respectiv),aa cum se prezintn continuare:

a) La nceputul ncercrii la traciune CCCT este liniar(are configuraia unei drepte care treceprin originea sistemului de coordonate), fapt ce indic existena unei proporionaliti strictentre mrimile i i, deci, o comportare elastica materialului supus ncercrii; deoarece lanceputul ncercrii materialul respect legea lui Hooke ( = E), panta CCCT, msurat noriginea sistemului de coordonate, este chiar modulul de elasticitate longitudinal almaterialului (tg=E, v.fig. 2).

b) Pe msurce crete intensitatea forei de traciune F, materialul supus ncercrii ncepe ssuferedeformaii plastice, dependena dintre i nu mai este liniari configuraia CCCT se modific.

La unele materiale metalice nceputul procesului de deformare plasticeste caracterizat printr-o curgere amaterialului (deformare plastic fr ecruisare) i pe CCCT se nregistreaz un palier (v. figura 2 a);tensiunea la care se produce creterea deformaiilor specifice ale materialului fra se mri intensitateasolicitrii (tensiunea la care are loc fenomenul de curgere sau tensiunea corespunztoare palieruluinregistrat pe CCCT) este denumitlimitde curgere aparenti notatRe.

Multe materiale metalice nu manifestun fenomen de curgere aparent, CCCT corespunztoare acestoraneprezentnd variaii brute ale pantei la instaurarea procesului de deformare plastic, ci numai modificri

continue, care evideniazcreterea ponderii deformaiilor plastice i apariia fenomenului de ecruisare (v.figura 2 b). La astfel de materiale se poate defini o limitde curgere convenional(notatRp), ca fiindtensiunea la care alungirea specificneproporional (de naturplastic, notatp n fig. 2 b) atinge ovaloare prescris; n mod uzual, limita de curgere convenional se determin pentru o alungire

procentualneproporionalp=0,2 % i se noteazRp0,2.

n unele cazuri, n locul limitei de curgere convenionale se definesc caracteristici echivalente:

* limita de alungire remanent Rr - tensiunea corespunztoare unei alungiri specificeremanente (msurate dupdescrcarea epruvetei, r p, v. fig. 2 b) prescrise; n mod uzual, Rrse determinpentru o alungire procentualremanentr=0,2 % i se noteazRr0,2;

* limita de extensie convenionalRt - tensiunea la care alungirea specific total (de naturelasto-plastic, = e+ p, v. fig. 2 b) atinge o valoare prescris; de obicei, Rt se determin

pentru o alungire procentualtotal=0,5 % i se noteazRt0,5.

c) Mrind tensiunile de solicitare peste limita de curgere, are loc deformarea plastic uniform aporiunii calibrate a epruvetei. La o anumitvaloare a forei de solicitare la traciune, ntr-o zonoarecare a poriunii calibrate se produce gtuirea epruvetei (micorarea seciunii transversale aepruvetei datorit deformrii plastice excesive). Solicitnd n continuare epruveta, gtuirea seaccentueaz i, la epuizarea capacitii de deformare plastic a materialului, survine rupereaacesteia. Tensiunea corespunztoare forei maxime de solicitare a epruvetei nainte de rupere Fmax,


29/45

se numete rezisten la traciune (sau rezisten la rupere) i se noteaz Rm (0S

FmaxmR = );

rezistena la traciune este o caracteristicconvenionala materialului supus ncercrii, deoarece secalculeazraportnd fora Fmax, aplicatntr-un moment precedent momentului ruperii, la o arie S 0,diferitde aria reala epruvetei solicitate de Fmax(v. fig. 2).

Fig. 2 Curbe caracteristice conventionale la traciune (CCCT):a - la materialele care prezintcurgere aparent; b - la materialele frcurgere aparent

d) Aeznd cap la cap cele dou pri ale epruvetei rupte la ncercarea la traciune i msurnddimensiunile acesteia, se determindistana (lungimea) ultimntre reperele din poriunea calibratLui aria seciunii transversale n zona (gtuit) n care s-a produs ruperea (aria minima seciuniiduprupere) Sui se pot defini ncdoucaracteristici mecanice ale materialului ncercat:

* alungirea procentualduprupere(sau alungirea la rupere) A:

u 0

0

L L

A 100L

=

; (1)* coeficientul de gtuire(numit i gtuiresau striciunei exprimat n %) Z:

0 u

0

S SZ 100

S

= (2)

Din datele prezentate anterior reiese c, folosind rezultatele ncercrii la traciune se potdetermina o serie de caracteristici mecanice importante ale materialelor metalice: modulul deelasticitate longitudinal E; limita de curgere (aparent Re sau convenional Rp) saucaracteristicile echivalente acesteia (limita de alungire remanent Rr sau limita de extensieconvenionalRt); rezistena la traciune Rm; alungirea procentualduprupere A; coeficientul degtuire Z i se pot face aprecieri calitative i cantitative privind proprietile de elasticitate i

plasticitate ale acestora.

Astfel, capacitatea de deformare elastica oricrui material metalic se poate exprima cantitativ prinvaloarea energiei Ue, care poate fi nmagazinat de material n procesul de deformare elastic i

poate fi eliberat la nlturarea solicitrilor care au produs deformarea. Valoarea energiei Uecorespunde ariei de sub poriunea liniara CCCT (aria domeniului triunghiular OCB, v. fig. 2 a) iva fi datde o relaie de forma:

2

e

e

RU

2E= . (3)


30/45

De asemenea, capacitatea de deformare plastica unui material metalic se poate exprima cantitativprin valoarea energiei Up, care poate fi preluatde material n procesul de deformare plastic aacestuia nainte de rupere. Valoarea energiei Up, ce exprim tenacitatea unui material saucapacitatea de deformare plastic a unui material nainte de rupere, corespunde ariei de sub

poriunea neliniara CCCT (aria domeniului BCDE, aproximativ egalcu aria domeniului OCDE,v. fig. 2 a) i este direct proporionalcu limita de curgere, cu alungirea procentualduprupere icu diferena (sau raportul) dintre rezistena la traciune i limita de curgere corespunztoare

materialului.

2.MODUL DE LUCRU I APARATURA NECESARPentru efectuarea ncercrii la traciune se va utiliza maina universalpentru ncercri mecanicede30 tf (300 kN) a crei schemde principiu este redatn figura 3.

Fig. 3maina universalpentru ncercri mecanice1 epruvet, 2 sistem de acionare, 3,4 sistem de msurare a forei,

5,6 sistem de msurare a lungimii


1.Montarea epruvetei ntre bacurile mainii i eliminarea jocurilor dintre epruveti bacuri

Citirea i nregistrarearezultatelor

Fig. 4Maina universalpentru ncercri mecanice

Bacuri de prindere

Epruvet


31/45

2.Aplicarea progresiva forei axiale de traciune se urmrete evoluia epruvetei

a. b.Fig. 5Evoluia epruvetei

a gtuirea epruvetei, b ruperea epruvetei

3.Determinarea rezultatelor experimentale

Fig. 6Citirea rezultatelor:- tensiunea la care are loc fenomenul de curgere (Re limitde curgere aparent)- tensiunea maxim(Rm rezistenla traciune)- tensiunea de rupere a epruvetei

Fig. 7Determinarea lungimii (ntre reperele trasateanterior pe epruvet) ultime Lu

Fig. 8Determinarea diametrului ultim du

ac martor(indictensiunea maxim)

ac indicator(indictensiunea la care areloc fenomenul de curgere i

tensiune de rupere)


32/45

De asemenea laboratorul dispune de o mainpentru ncercri modern(fig. 8).

Fig. 9 Maina pentru ncercri de traciune INSTRON 8001

3.SCOPUL LUCRRIIScopul lucrrii este mbogirea cunotinelor teoretice ale studenilor i familiarizarea cuelementele de lucru practic, necesare efecturii ncercrii la traciune i interpretrii rezultatelor,cunoaterea construciei i funcionrii mainii de ncercat la traciune, realizarea unei ncercri latraciune determinarea caracteristicilor mecanice:

cunoaterea construciei i funcionrii mainii de ncercat la traciune efectuarea ncercrii la traciune; trasarea caracteristicii epruvetei i a caracteristicilor convenionale la traciune; determinarea caracteristicilor de elasticitate, plasticitate i a comportrii la rupere ale

materialului epruvetei.

4. CONINUTUL REFERATULUI

Referatul va cuprinde urmtoarele:

tipul epruvetei utilizate (formi dimensiuni, schi); materialul epruvetei i caracteristici mecanice conform standardelor respective; rezultatele determinrilor i analiza comparativa rezultatelor experimentale i a indicaiilor

standardelor de materiale; observaii privind comportarea la rupere a materialului ncercat.


33/45

Incercri de duritate (Brinell, Vickers , Rockwell)

1. PRINCIPIUL LUCRRII1.1 Noiuni introductive

Duritatea tehnic a unui material este definit ca fiind rezistena opus de acesta la ptrundereaunui corp mai dur. Duritatea este o mrime ce caracterizeazmaterialul respectiv i starea acestuia,ea neputnd fi msuratdirect. Valoarea duritii se deduce din mrimi primare precum: adncimede ptrundere, for, energie de recul elastic. Compararea rezultatelor ncercrii de duritate este

posibil numai atunci cnd ncercarea s-a fcut prin aceleai procedee cu respectarea tuturorparametrilor de ncercare.

Pentru a obine rezultate inconfundabile trebuie stabilite urmtoarele:

definiia valorii de duritate; geometria i materialul penetratorului; natura forei ce acioneazasupra penetratorului;

mrimea forei ce acioneazasupra penetratorului; durata ct acioneazfora asupra penetratorului; condiii geometrice limit(grosimea minima probei, distana minimntre doupenetrri,

distana ntre marginea probei i prima penetrare rugozitatea probei ncercate.

Pentru alegerea unui anumit procedeu de ncercare a duritii se ine cont de:

natura materialului probei ncercate; duritatea probe; ncercate; forma, dimensiunile, masa i accesibilitatea probei ncercate; problematica ncercrii (trasee, densitatea ncercrilor etc.); abaterile admise; economicitatea; aparatura disponibil.

Pentru determinarea caracteristicilor prin care se exprimcantitativ duritatea materialelor metalicese folosesc, de obicei, metodele prezentate n continuare.

1.2 Metoda Brinell

Metoda Brinell, reglementat prin standardul SR EN ISO 6506/2002 (care reprezint versiunea nlimba romn a standardului european EN 10003-1), este o metod de determinare a duritiimaterialelor metalice care utilizeazca penetrator o sfer(bil) confecionatdin oel (aliaj Fe-C)sau din carburi metalice.

Pentru determinarea duritii unui material metalic prin aceastmetod, se apaspenetratorul sfericcu diametrul D, un timp d (d=10...25 s), cu o forF, pe un eantion (prob, epruvet, pies) dinmaterialul ce se analizeaz, iar dup ncetarea aciunii forei, se ndeprteaz penetratorul i semsoardiametrul d al urmei lsate de acesta pe material (v. fig. 1).


34/45

Fig. 1Schema de determinare a duritii Brinell

Duritatea Brinell (simbolizatHBS, n cazul utilizrii unui penetrator din oel i HBW, n cazulutilizrii unui penetrator din carburi metalice) este o caracteristicmecanicdefinit(convenional)ca fiind raportul dintre fora aplicatpe penetrator la efectuarea determinrii F, exprimat n kgf(1kgf = 9,80665 N) i aria suprafeei urmei lsate de acesta pe materialul metalic analizat Sp,exprimatn mm2:

HBS sau HBW =pS

F ; (1)

deoarece suprafaa urmei lsate de penetrator pe materialul analizat are forma unei calote sferice,aria Speste datde relaia (v. fig.1):

2

22 dDDDDhSp

== (2)

Condiiile normale (standard) de determinare a duritii Brinel corespund utilizrii penetratoruluisferic cu D =10 mm i aplicrii forei F =3000 kgf (29420 N) o duratd=10...15 s; se pot folosins (n funcie de configuraia i dimensiunile eantionului pe care se face determinarea i de

particularitile structurale ale materialului analizat) i alte cupluri (D,F). Valorile duritii Brinell

determinate pe un material metalic cu diferite cupluri (D,F) vor fi egale (sau foarte apropiate) dactoate cuplurile (D,F) utilizate se caracterizeazprin aceiai valoare a unui raport kS, numit grad desolicitare,definit prin relaia:

2D

FSk = , (3)

n care F se introduce n kgf i D - n mm.

Duritatea Brinell a unui material metalic se indicpreciznd valoarea duritii, simbolul HBS sauHBW (funcie de materialul penetratorului sferic utilizat la determinarea duritii) i condiiile ncare s-a determinat duritatea: diametrul penetratorului sferic D (n mm) / fora aplicatpe penetratorla determinarea duriti F (n kgf) / durata aplicrii forei pe penetrator d(n secunde).

Exemplu de simbolizare: 260 HBS260 HBS(W) 10/750/15

Prin cercetri experimentale s-a evideniat cpentru multe materiale metalice de importanpractic(oeluri, fonte, aliaje pe baz de Cu etc.) exist o dependen (statistic) liniar ntre valorile

Timpul de aciune a penetratorului , [s]Mrimea forei aplicatpe penetrator F, [kgf]

Diametrul bilei D, [mm]Literpentru identificarea materialului penetratorului (oel S, carburW)

Litere pentru identificarea duritii Brinell

Valoarea duritii


35/45

duritii Brinell i valorile rezistenei la traciune Rm; de exemplu, n cazul oelurilor, rezistena latraciune Rm, exprimatn N/mm

2, se poate estima cu relaiaRm 3,5(HBS sau HBW).

1.3 Metoda Vickers

Metoda Vickers, reglementat prin STAS 492/1 (aflat n concordan cu standardeleinternaionale ISO 409/1 i ISO 6507/1), este o metod de determinare a duritii materialelor

metalice care utilizeazca penetrator o piramidptratdreaptconfecionatdin diamant,avnd unghiul diedru al feelor opuse de 1360i unghiul dintre muchiile opuse de 1480.

Pentru determinarea duritii unui material metalic prin aceast metod, se apas penetratorulpiramidal din diamant, un timp d( d=10...35 s), cu o forF, pe un eantion (prob, epruvet,pies) din materialul ce se analizeaz, iar dup ncetarea aciunii forei, se ndeprteaz

penetratorul i se msoardiagonala2

21 ddd +

= , a urmei lsate de acesta pe material (v. fig. 2).

Duritatea Vickers(simbolizatHV) este o caracteristicmecanicdefinit(convenional) cafiind raportul dintre fora aplicatpe penetrator la efectuarea determinrii F, exprimatn kgf

(1kgf =9,80665 N) i aria suprafeei urmei lsate de acesta pe materialul metalic analizat Sp,exprimatn mm2:

pS

FHV = ; (4)

deoarece suprafaa urmei lsate de penetrator pe materialul analizat are forma unei piramideptrate drepte, aria Speste datde relaia (v. fig. 2):

22

5390

2

1362

d,S

)sin(

d

op == (5)

Condiiile normale (standard) de determinare a duritii Vickers corespund aplicrii unei foreF = 30 kgf (294 N), o durat d = 10...15 s; se pot folosi ns (n funcie de configuraia i

dimensiunile eantionului pe care se face determinarea i de particularitile structurale alematerialului analizat) i alte intensiti ale forei de apsare F. Valorile duritii Vickers determinatepe un material metalic cu diferite fore F sunt egale (sau foarte apropiate).

.

Fig. 2Schema determinrii duritii prin metoda Vickers

Duritatea Vickers a unui material metalic se indic preciznd valoarea duritii, simbolul HV icondiiile n care s-a determinat duritatea (dacacestea diferde condiiile normale): fora aplicat

pe penetrator la determinarea duritii F (n kgf) / durata aplicrii forei pe penetrator d (nsecunde); de exemplu, dacla determinarea duritii Vickers a unui material metalic s-a aplicat pe

penetrator fora F = 10 kgf (98,07N), o durat d= 20 s i valoarea duritii a fost 250, se face


36/45

indicaia: materialul metalic are duritatea 250 HV 10/20, dacs-a aplicat pe penetrator fora F =10 kgf (98,07N), o duratd=10...15 s i valoarea duritii a fost 250, se face indicaia: materialulmetalic are duritatea 250 HV 10, iar dac s-au folosit condiiile standard (F =30 kgf, d=10...15s) i valoarea duritii a fost 250, se face indicaia: materialul metalic are duritatea 250 HV.

Exemplu de simbolizare: 250 HV 10/20250 HV 10/20

1.4 Metoda Rockwell

Metoda Rockwell, reglementat prin STAS 493 ( redactat n conformitate cu standardulinternaional ISO 6508), este o metod de determinare a duritii materialelor metalice careutilizeazca penetrator un con confecionat din diamant,avnd unghiul la vrf de 120o , o sfer

(bil) din oel cu diametrul de 1,5875 mm (1/16 in) sau o sfer(bil) din oel cu diametrul de3,175 mm (1/8 in).

Pentru determinarea duritii Rockwell se parcurg urmtoarele etape (v. fig. 3):

se apaspenetratorul cu o sarcininiial(foriniial) F0=10 kgf (98,07 N) pe un eantion(prob, epruvet, pies) din materialul ce se analizeaz, dupcare se face reglarea (manualsauautomat) a dispozitivului de msurare i nregistrare a duritii;

se aplicpe penetrator o suprasarcin(forsuplimentar) F1, apsarea cu fora F = F0+F1meninndu-se 2...8 s;

se ndeprteazsuprasarcina F1i se determinadncimea de penetrare remanent(sub sarcinainiial) e.

Duritatea Rockwell(simbolizatHR) este o caracteristicmecanicdefinit(convenional) prin relaia:HR =E - e, (6)

n care E este lungimea unei scale de referin, iar e - adncimea de penetrare remanentdeterminatpematerialul analizat, ambele mrimi (E i e) fiind convertite n uniti de duritate Rockwell, folosindconvenia 1 HR =0,002 mm; n cazul folosirii penetratorului conic din diamant, E =0,20 mm =100 HR,iar n cazul folosirii penetratoarelor sferice din oel, E =0,26 mm =130 HR.

Fig. 3Schema determinrii duritii prin metoda Rockwell

Pentru ca metoda s poat fi utilizat la diverse materiale metalice, se folosesc tipurile depenetratoare prezentate anterior i diferite intensiti ale suprasarcinii F1, fiecare cuplu tip

Timpul de aciune a penetratorului , [s]

Mrimea forei aplicatpe penetrator F, [kgf]

Litere pentru identificarea duritii Vickers

Valoarea duritii


37/45

penetrator - suprasarcin F1 definind o scar de determinare a duritii Rockwell; suntstandardizate 9 scri, simbolizate prin literele A,B...H,K, cu urmtoarele caracteristici: scara Acon de diamant - F1 = 50 kgf (490,3 N), destinat determinrii duritii aliajelor dure istraturilor subiri din oeluri sau aliaje dure; scara B bilcu diametrul de 1,5875 mm - F1=90kgf (882,6 N), destinatdeterminrii duritii aliajelor pe bazde Cu, oelurilor moi, aliajelor

pe baz de Al i fontelor maleabile feritice; scara C con de diamant - F1 140 kgf (1373N),destinatdeterminrii duritii oelurilor, fontelor albe i fontelor maleabile perlitice; scara

D con de diamant - F1 = 90 kgf (882,6 N), destinat determinrii duritii oelurilor cuduritate medie i produselor subiri din oel sau font maleabil perlitic; scara E bil cudiametrul de 3,175 mm - F1=90 kgf (882,6 N), destinatdeterminrii duritii fontelor albe,aliajelor pe baz de Al, aliajelor pe baz de Mg i aliajelor pentru cuzinei; scara F bil cudiametrul de 1,5875 mm - F1=50 kgf (490,3 N), destinatdeterminrii duritii aliajelor moi

pe baz de Cu i produselor subiri din materiale metalice moi; scara G bil cu diametrul de1,5875 mm - F1=140 kgf (1373 N), destinatdeterminrii duritii fontelor maleabile, aliajelorCu-Ni-Zn i aliajelor Cu-Ni; scara H bilcu diametrul de 3,175 mm - F1=50 kgf (490,3 N),destinat determinrii duritii aluminiului, zincului i plumbului; scara K bil cu diametrul3,175 mm - F1=140 kgf (1373 N), destinatdeterminrii duritii produselor subiri i/sau dinmateriale metalice foarte moi.

Duritatea Rockwell a unui material metalic se indicpreciznd valoarea duritii, simbolul HR isimbolul scrii utilizate; de exemplu, dac la determinarea duritii Rockwell a unui materialmetalic s-a folosit scara C i s-a obinut valoarea 45, se d indicaia: materialul are duritate 45HRC.

Exemplu de simbolizare: 45 HRC45 HRC

2. CONINUTUL I SCOPUL LUCRRIILucrarea va cuprinde:

studierea principiilor teoretice i deprinderea modului de lucru cu aparatele de msurare aduritii prin metodele Brinell, Vickers i Rockwell;

msurarea duritii unor piese prin metodele indicate, calcularea valorilor duritii folosindrelaiile de calcul expuse i compararea lor cu valorile citite direct n STAS;

rezolvarea unor probleme practice privind alegerea parametrilor de lucru (penetrator, sarcin,timp de meninere) la msurarea duritii unor piese la care se cunosc unele date sumare privindcalitatea materialului, tratamentele termice la care a fost supus, modul de prelucrare etc.;

stabilirea unor corelaii ntre duritate i alte caracteristici ale materialului (duritate rezistenla rupere);

compararea duritii obinute prin cele trei metode pentru un material dat.Scopul lucrrii este mbogirea cunotinelor teoretice ale studenilor i familiarizarea cuelementele de lucru practic necesare pentru efectuarea corecti rapida ncercrilor de duritate.

Simbolul scrii utilizate

Litere pentru identificarea duritii Rockwell

Valoarea duritii


38/45

3. MODUL DE LUCRU I APARATURA NECESAR3.1 Metoda Brinell

n cadrul lucrrii se va determina duritatea Brinell a unei probe cu ajutorul unui aparat de mascu ostructurde tip C aa cum se prezintn figura 4:

a. b.Fig. 4Aparatura de determinare a duritii Brinell

a schema de principiu, b aparatul Brinell cu structurn C1 batiu, 2 penetrator, 3 portpenetrator, 4 prghie, 5 tij, 6 roatcu excentric,

7 greuti, 8 urub, 9 piulicu tambur, 10 - prob

Avantaje i dezavantaje ale ncercrii de duritate BrinellAvantaje Dezavantaje

Se poate folosi la ncercarea duritiimaterialelor eterogene atta timp ct ntindereaneomogenitii este redus n comparaie cumrimea urmei.

Limitarea la materiale a cror duritate nudepete 300 HBS i 650 HBW

Rugozitatea suprafeei are o influennesemnificativasupra preciziei.

Limitri n ce privete ncercarea pe probe micii probe cu perei subiri

Recomandat pentru ncercarea de duritate pepiese mari forjate, turnate sau asamblate prinsudare.

Accidentarea destul de pronunata materialuluincercat.

Nu derori atunci cnd proba se deformeazndirecia aplicrii forei.

Penetrator simplu, robust i ieftin

3.2 Metoda Vickers

n cadrul lucrrii se va determina duritatea Vickers a unei probe cu ajutorul unui aparat de mascuo structurde tip C - figura 5.

Etapele de lucru sunt simbolizate n urmtoarea succesiune de imagini:


39/45

1. Se aeazpiesa pe tambur i se aplicfora de apsare

a. b.2. Se msoarcele doudiagonale ale urmei lsate de penetrator

a se msoardiagonala d1, b - se msoardiagonala d2

Fig. 5Durimetru Vickers cu structurn C

Avantaje i dezavantaje ale ncercrii de duritate VickersAvantaje Dezavantaje

Practic nu exist limitri de duritate privindutilizarea procedeului.

Efort mare pentru obinerea unei stricorespunztoare a suprafeei supuse ncrcrii.

Rezultatul ncercrii nu este influenat de forade ncercare n domeniul macro.

Precizie mai sczut la msurarea manual aurmelor.

Poate fi folosit pentru recunoatereaanizotropiei materialelor metalice.

Probabilitatea ridicat de accidentare apenetratorului la sarcini mari de ncrcare imateriale ncercate dure i extradure.


40/45

Urma lsat are dimensiuni mici astfel nctmajoritatea cazurilor ncercate poate ficonsideratca fiind nedistructiv.

Sensibilitatea la ocuri mai ales la ncercri cumicro-sarcini.

Deplasarea limitata probei n direcia ncercriinu duce la erori de msurare.

3.3 Metoda Rockwell

n cadrul lucrrii se parcurg urmtoarele etape de lucru:

1. Se apas penetratorul cu o sarcin iniialF0 = 10 kgf (98,07 N) pe prob din materialul deanalizat, dup care se face reglarea (manual sauautomat) a dispozitivului de msurare i nregistrarea duritii

2.Se aplicpe penetrator o suprasarcinF1, apsarea cu fora F = F0 + F1meninndu-se 2...8 s;

Fig. 6Aparatura de determinare a duritii Rockwell

Avantaje i dezavantaje ale ncercrii de duritate RockwellAvantaje Dezavantaje

Productivitate mai mare la ncercare ntructvaloarea duritii se citete direct.

Apar erori ca urmare a deplasrii probei sau adeplasrii probei sau a deformrii elastice acadrului.

Posibilitatea automatizrii complete. Posibiliti limitate n ceea ce privete ncercareade duritate a straturilor subiri ca urmare aforelor de ncercare relativ mari.

Rezultat: 24 HRC


41/45

Pregtire de lucru uoar. Sensibilitate sczutNu sunt erori de calcul deoarece duritatea esteindicatdirect.

Incercarea la ncovoiere prin oc

1.PRINCIPIUL LUCRRII

Pentru a evidenia particularitile comportrii la rupere a materialelor metalice la diferitetemperaturi se folosete (ca ncercare de referin)ncercarea la ncovoiere prin oc.Condiiile imodul de realizare a ncercrii la ncovoiere prin oc i caracteristicile mecanice care se potdetermina prin aceast ncercare sunt reglementate prin standardul SR EN 10045 (care reprezintversiunea n limba romna standardului european EN 10045).

ncercarea la ncovoiere prin oc se executpe epruvete confecionate din materialul metalic care secerceteaz, avnd configuraia i dimensiunile n conformitate cu prescripiile SR EN 10045. Aacum se poate observa n figura 1, epruvetele standardizate au forma unor prisme ptrate drepte, culungimea (nlimea) de 55 mm i latura bazei de 10 mm i sunt prevzute pe una din feele laterale

cu o cresttur central (un concentrator de tensiuni mecanice); n funcie de forma crestturii,epruvetele pot fi:

cu crestturn formde V, la care cresttura are adncimea de 2 mm, unghiul de deschiderede 450i raza de rotunjire la vrf de 0,25 mm;

cu crestturn formde U, la care cresttura are adncimea de 5 mm i raza la vrf de 1 mm.Pentru efectuarea ncercrii la ncovoiere prin oc se utilizeaz, de obicei, o mainnumitciocan -pendul Charpy,avnd construcia prezentatn figura 2. nainte de realizarea ncercrii, pendulul(alctuit din placa de lovire sau ciocanul 1, braul 2 i articulaia 3) este ridicat ntr-o poziie delansare, creia i corespunde o energie (potenial) a pendulului, numitenergie nominal, W0; nmod obinuit W0 =300 J, existnd posibilitatea modificrii acestei valori prin schimbarea plcii de

lovire a pendulului. Epruveta care urmeaz a fi supus ncercrii se aeaz liber pe reazemele(suporturile) 4, amplasate pe batiul (corpul) mainii 5. Pentru efectuarea ncercrii se permitecderea pendulului din poziia de lansare, ciocanul 1 lovete epruveta pe faa opus crestturii i

produce ruperea acesteia (dintr-o singurlovitur), pe cadranul mainii 6 nregistrndu-se valoareaenergiei consumate (absorbite) pentru ruperea epruvetei Wr; deoarece n timpul cderii energia

poteniala pendulului se transformn energie cinetic, la impactul cu epruveta viteza ciocanuluieste vp=5,0...5,5 m/s i solicitarea care produce ruperea epruvetei este dinamic(ncovoiere prin oc).

Fig. 1Epruvete pentru ncercarea la ncovoiere prin oc


42/45

Caracteristica mecanic determinat prin ncercarea la ncovoiere prin oc este energia derupere,notatKV=Wr, dacs-a ncercat o epruvetcu cresttura n formde VsauKU=Wr, dacepruveta ncercata avut cresttura n formde U. n unele cazuri, caracteristica mecanicprin carese exprimrezultatul ncercrii la ncovoiere prin oc este reziliena,notatKCVsauKCU(funciede forma crestturii epruvetei ncercate) i definitprin relaia:

KCVsauKCU=0S

Wr , (1)

S0 fiind aria seciunii transversale iniiale a epruvetei n planul de simetrie al crestturii(S0 =0,8 cm

2, n cazul epruvetei cu cresttura n formde Vi S0 =0,5 cm2, n cazul epruvetei cu

cresttura n formde U); n mod obinuit, reziliena se exprimn J/cm2.

Valorile energiei de rupere (sau rezilienei) determinate prin ncercarea la ncovoiere prin oc a unorepruvete dintr-un anumit material sunt n directcorelaie cu comportarea la rupere a materialului(sunt caracteristici ce exprim tenacitatea la rupere a materialului): dac materialul prezint ocomportare fragilla rupere (rupere cu aspect cristalin - strlucitor), valorile energiei de rupere (saurezilienei) sunt sczute, iar dac materialul prezint o comportare ductil la rupere (rupere cuaspect fibros), valorile energiei de rupere (sau rezilienei) sunt ridicate (se consum energie att

pentru realizarea suprafeelor de rupere, ct i pentru deformarea plasticapreciabila materialuluinainte de rupere). Pornind de la aceast constatare, a aprut ideea c rezultatele ncercrii lancovoiere prin oc a unui material metalic se pot utiliza pentru determinarea unei temperaturi

(convenionale) de tranziie ductil - fragil a materialului respectiv. n acest scop, din materialulmetalic analizat se preleveazmai multe epruvete, se efectueazncercarea la ncovoiere prin oc aacestora la diferite temperaturi, iar rezultatele obinute se transpun n diagrame, avnd n abscistemperatura, iar n ordonatvalorile caracteristicii KV sau KU, aa cum se prezint n figura 3 a;deoarece majoritatea materialelor metalice au un domeniu de temperaturi n care prezint ocomportare bimodal la rupere (parial fragil i parial ductil), temperatura de tranziie ductil -fragil se definete prin criterii convenionale, cum ar fi:

Fig. 2Ciocanul - pendul Charpy i modul de efectuare a ncercrii la ncovoiere prin oc

temperatura de tranziie ductil - fragil este temperatura la care KV are o valoare prescrisX (se noteaztKVX);

temperatura de tranziie ductil - fragil este temperatura la care KV sau KU are o valoare egalcujumtate din valoarea energiei de rupere corespunztoare comportrii ductile la rupere(se noteazt0,5);

temperatura de tranziie ductil - fragil este temperatura la care jumtate din ariasuprafeelor de rupere ale epruvetelor are aspect (cristalin - strlucitor) de rupere fragil(senoteazt50%).

Utilizarea ncercrii la ncovoiere prin oc la determinarea temperaturii de tranziie ductil - fragil amaterialelor metalice a evideniat urmtoarele aspecte (v. fig. 3 b):


43/45

* materialele metalice cu structur monofazic de metal pur sau soluie solid i reelecristaline de tip CFC prezintcomportare ductilla rupere la orice temperatur(temperatura lor detranziie ductil - fragil este situat la temperaturi foarte sczute, n vecintatea temperaturii 0 K);

Fig. 3.Variaia cu temperatura a caracteristicilor KV sau KU la diferite materiale metalice unele materiale metalice (cum ar fi compuii intermetalici sau aliajele care conin n structur

eutectice cu compui intermetalici) au comportare fragilla rupere pe un domeniu de temperaturifoarte extins (temperatura lor de tranziie ductil - fragil este situatla temperaturi ridicate);

materialele metalice n structura crora predominfaze de tip soluie solidsau metal pur cu reelecristaline de tip CVC prezint temperaturi de tranziie ductil - fragil situate n domeniul -1000C...+100 0C, domeniu uzual de exploatare al construciilor tehnice; pentru piesele confecionate dinastfel de materiale este importantconsiderarea la proiectare a criteriului i efectuarea ncercrii lancovoiere prin oc pentru verificarea comportrii ductile la rupere la temperatura de utilizare.

14.CONINUTUL I SCOPUL LUCRRIILucrarea va cuprinde:

studierea principiilor teoretice i deprinderea modului de lucru cu ciocanul pendul pentruncercarea de rezilien;

ncercarea la rezilienpe epruvete din acelai material dar de tipuri diferite: cu crestturn Ui n V i pe epruvete de acelai tip din acelai material, dar prelevate dup direcii diferite(pentru a se evidenia anizotropia proprietilor n cazul semifabricatelor obinute prindeformare plasticla cald).

Scopul lucrrii este mbogirea cunotinelor teoretice ale studenilor i familiarizarea cu

elementele de lucru practic, necesare efecturii ncercrii de rezilieni interpretrii rezultatelor.

15.MODUL DE LUCRU I APARATURA NECESARPentru efectuarea ncercrii se utilizeazciocanul pendul Charpy avnd m = 18,750 Kg, l = 0,85 m,dimensiuni ce corespund unei energii poteniale iniiale de 300 J. Se va efectua ncercarea peepruvete cu crestturn U i n V cu dimensiunile standardizate 10 x 10 x 55 mm.

Pentru fiecare ncercare se calculeazurmtoarele: energia consumatla rupere cu relaia i se comparcu valoarea cititdirect pe cadran;


44/45

caracteristica pentru fiecare tip de epruvet, KCU cu relaia (1) sau KV; cristalinitatea i fibrozitatea.

Dimensiunile epruvetelor standardizate pentru ncercarea de ncovoiere

Dimensiunea SimbolEpruvetcu

crestturn UEpruvetcu

crestturn VLungime L 55 0.60 55 0.60

LimeEpruvete normale

b10 0.11 10 0.11

Epruvete subiri7.5 0.115 0.09

7.5 0.105 0.05

nlime a 10 0.11 10 0.06Unghiul crestturii - 450 20

nlimeaepruvetei la baza

crestturii

h = 5ac

5 0.09 -h = 5 7 0.11 -h = 5 8 0.11 8 0.06

Raza de curburla baza crestturii Rc 1 0.25


1.Pendulul (alctuit din placa de lovire sauciocanul 1, braul 2 i articulaia 3) esteridicat ntr-o poziie de lansare, creia icorespunde o energie (potenial) a

pendulului, numit energie nominal, W0;n mod obinuit W0 =300 J

2. Epruveta care urmeaza fi supusncercrii se aeazliber pe reazemele (suporturile) 4, amplasate pe batiul(corpul) mainii 5.

Fig. 4Ciocanul - pendul Charpy

3. Cderea pendulului din poziia de lansare, ciocanul 1 lovete epruvetape faa opuscrestturii i produce ruperea acesteia (dintr-o singurlovitur)

EPRUVET

SUPORTURI BATIU

CIOCAN

BRA

ARTICULAIE


45/45

5.Determinarea energiei de rupere notatKV=

Wr,

KV=Wr= 22 J

Documents

Laboratoare Materiale electronice