-
Lucrri de laborator
90
L U C R A R E A N R . 1 1
S T U D I U L M E T A L O G R A F I C A L M E T A L E L O R I A
L I A J E L O R
N E F E R O A S E . P L U M B U L , S T I B I U L , S T A N I U
L , Z I N C U L
11.1. Plumbul Plumbul este un metal foarte moale, cu punct de
topire sczut (327C). Datorit punctului de topire sczut, Pb prin
deformare plastic nu se ecruiseaz, recristalizarea producndu-se
imediat dup deformarea plastic la temperatura ambiant. Pb n stare
pur se utilizeaz pe scar larg n industria chimic, datorit
rezistenei sale la diveri ageni chimici: ap potabil, acid fosforic,
acid fluorhidric, amoniac, clor, etc. Structural Pb se prezint sub
form de gruni poligonali cu macle. Plumbul formeaz o serie de
aliaje cu metalele alcalino-pmntoase cum ar fi: Pb-Ca, Pb-Ca-Na
folosite mai ales pentru cuzinei la vagoane i locomotive de marf cu
presiuni mari pe axe, dar cu 300-400 rot/min (turaii mici), sub
denumirea de Bahnmetall. Calciul este practic insolubil n Pb n
stare solid, dar n schimb formeaz un compus definit Pb3Ca, dup cum
se observ din poriunea de diagram Pb-Ca (fig. 11.1). Acest compus
formeaz faza dur, distribuit n masa moale de Pb aproape curat.
Pentru a durifica i baza de Pb se adaug o cantitate mic de Na
(0,5-
Fig. 11.1. Diagrama de echilibru Pb-Ca
-
Studiul metalografic al metalelor i aliajelor neferoase. Plumb,
Stibiu, Staniu, Zinc
91
0,7%), care rmne n soluia solid . Pentru punerea n eviden a
structurii acestor aliaje, nu este necesar s se foloseasc reactivi
de atac, deoarece suprafaa lustruit se atac de la sine n contact cu
aerul umed. n microstructura unui aliaj Pb-Ca de compoziie 98%
Pb+0,65% Ca+0,58% Na+0,25% Mg+0,05% Al n stare turnat (fig. 11.2)
se distinge compusul definit Pb3Ca (neatacat) i soluia solid cu baz
de Pb, care conine dizolvate elementele de aliere (Na, Mg, Al).
Aliajele Pb-Sb formeaz un sistem cu eutectic la 13% Sb. Se
utilizeaz aliajele hiperteutectice cu 16-18% Sb la care matricea
moale o formeaz eutecticul, iar particulele dure, cristalele de Sb.
Aceste aliaje (STAS 672-80) se folosesc la turnarea pieselor de
mare precizie: armturi, conducte de ap, piese pentru pompe
centrifuge, turnarea literelor utilizate la tipografii.
11.2. Staniul Este un metal cu temperatur de topire sczut
(T=232C) de culoare cenuie, prezentnd dou stri alotropice:
Faza cu reea de diamant, stabil pn la 18C; Faza cu reea
tetragonal cu volum centrat stabil ntre
18-232 C. Transformarea n n mod practic nu se produce la +18C ci
datorit fenomenului de suprarcire are loc ntre -20 i -30C.
Transformarea staniului alb () n staniu cenuiu () este nsoit de
creterea volumului i pierderea coeziunii ntre gruni. Astfel Sn alb
metalic i tenace, va trece ntr-un Sn cenuiu i fragil. Fenomenul de
transformare al Sn alb n Sn cenuiu sub form de praf, este cunoscut
sub denumirea de ciuma staniului. Sn n stare pur se folosete mai
rar n tehnic; el se folosete la elaborarea aliajelor de lipit,
antifriciune, bronzurilor, etc. Aliajele Sn-Sb i Sn-Sb-Cu sunt
recunoscute sub denumirea de aliaje antifriciune, cu punct de
topire sczut, folosite la
Fig. 11.2. Aliaj de cuzinei Pb-Ca. Atac
n aer
-
Lucrri de laborator
92
executarea lagrelor de alunecare ce suport viteze mari de lucru
i presiuni statice mici, cunoscute sub denumirea de Babbit. Pentru
a rspunde bine n exploatare aliajele pentru cuzineii lagrelor
trebuie s ndeplineasc dou condiii contradictorii:
s fie moi ca s se acomodeze la fus, lund continuu forma
acestuia;
s aib o anumit duritate ca s se realizeze un coefficient mic de
frecare.
Aceste condiii se realizeaz prin aliaje eterogene, avnd
constituieni duri, ntr-o mas moale, acetia fiind ntr-o proporie
anumit. Matricea moale asigur acomodarea la fus n urma uzrii, iar
cristalele dure, care prin vrfurile lor susin axul, vor asigura
coeficientul redus de frecare (fig. 11.3) n acelai timp
asigurnd un spaiu ntre fus i matrice, n care se menine
lubrifiantul.
Microstructura unui aliaj antifriciune pe baz de Sn cu 83% Sn,
11% Sb i 6% Cu este prezentat n fig. 11.4. Pentru punerea n vedere
a constituienilor se folosesc ca reactivi de atac: soluie de acid
clorhidric 5% n alcool sau clorur feric n alcool. Se poate folosi i
nital 2% cu durat ndelungat de atac. Constituienii duri, compuii
intermetalici SnSb sunt sub
form poligonal de culoare alb, iar Cu3Sn se afl sub form
acicular; ei sunt nserai n soluia solid bogat n Sn de culoare
nchis. Pentru a micora preul de cost al acestor aliaje, o parte din
Sn poate fi nlocuit cu Pb (SR EN 611-1, 2:2001), care formeaz cu Sb
un eutectic care durific masa de baz. Structura acestor aliaje va
fi mai complex, va apare eutecticul ternar Sn-SnSb-Pb, iar aliajul
va prezenta o rezisten la compresiune mai mare, fiind folosit
pentru cuzinei cu presiune static mai mare.
Fig. 11.3. Schema fus-cuzinet
Fig. 11.4. Structura aliajului
antifriciune Sn-Sb-Cu
-
Studiul metalografic al metalelor i aliajelor neferoase. Plumb,
Stibiu, Staniu, Zinc
93
11.3. Zincul Zn se topete la 419C i prezint caracteristici
mecanice n limitele Rm=120160 N/mm2, HB=3035, A=3545%. Se regsete
sub forma aliajelor de tipul Zn-Al, Zn-Al-Cu. Aluminiul pn la 4%
(fig. 11.5) conduce la creterea rezistenei la traciune pn la 300
N/mm2, crete reziliena de la 50 la 400 J/cm2 i gtuirea de la 5 la
80%. Plumbul, bismutul i cadmiul reprezint impuriti periculoase
pentru aceste aliaje, deoarece favorizeaz coroziunea selectiv;
aceasta poate fi mpiedicat prin adaosuri de 0,02-0,05% Mg. Aliajele
de Zn sunt n general aliaje pentru turntorie (SR EN 1774:2001), dar
cele cu Al-Cu care sunt cele mai utilizate, pot fi prelucrate i
prin deformare plastic la rece. Unele aliaje ale Zn sunt bune
aliaje antifriciune. Aliajele de Zn pentru piese turnate sunt
standardizate n STAS 6925/2-88. Aliajele de Zn se folosesc pentru
armturi, robinete, corpuri de carburatoare, cuzinei, etc. Pregtirea
probelor metalografice necesit precauii identice cu cele pentru
aliajele moi, iar pentru punerea n eviden a structurii se pot
folosi urmtorii reactivi de atac: soluie de acid clorhidric 1% n
alcool sau soluie de clorur feric n alcool; soluie de 1% acid
azotic n alcool. Microstructura unui aliaj de cuzinei cu baza de Zn
de compoziie 10% Al+5% Cu+Zn rest, n stare turnat, atacat cu soluie
de clorur feric, este reprezentat n fig. 11.6. Se observ dendrite
neatacate de soluie solid de Al dizolvat n Zn, poriuni de eutectic
binar mai putin atacate i poriuni puternic atacate de eutectic
ternar. Alajul are proprieti bune de turnare, se poate turna sub
presiune la temperatura de 450-500C.
Fig. 11.5. Influena coninutului de Al asupra proprietilor
aliajelor Zn-Al
Fig. 11.6. Aliaj de cuzinei cu baz de Zn. Atac cu soluie de
clorur feric
-
Lucrri de laborator
94
11.4. Aparatur i materiale Se folosesc microscoape metalografice
i probe metalografice pregtite n prealabil. Identificarea probelor,
a constituienilor, puterea de mrire i reactivii de atac folosii se
vor prezenta la ora de laborator.
11.5. Modul de lucru Structurile se vor studia la microscop i se
vor reda grafic, prin desenare, indicndu-se constituienii
metalografici ai probelor din aliaje diferite.
