Materiale metalice. Noțiuni gene rale, însușirile comune și baza fizică a acestora. [611647]

Materiale metalice. Noțiuni gene rale, însușirile comune și baza fizică a acestora.
Clasificarea materialelor.
Metalele sunt elemente chimice care sunt plasate în partea stinga a tabelului periodic.
Aceste elemente au fost unite în categoria metalelor în baza unui ansamblu de proprietăți fizico
– chimice comuna care se mai numesc proprietăți metalice și anume:
– luciu metalic
– duritate
– activitate chimică
– plasticitate
– conductibilitate electrică și termică
– cristalitatea.
Proprietățile metalice ca baza fizică au structură atomică și structură s pațială concomitent.
Structura atomică este caracteristică prin aflarea 1 -2 electroni (atomi) de valență pe orbite
exterioare care ușor se dezbină de pe aceste orbite sub influiența anumitor factori (temperatură,
radiații …) .

Astfel de construcție ato mică structurală formează legătura interioară care se numește legătură
metalică.
Luciul metalic – Metalele se caracterizeaza prin luciu metalic datorita proprietatii de a reflecta
puternic razele de lumina care cad pe suprafata lor.Opacitatea. In timp ce marea majoritate a
nemetalelor sunt substante transparente fata de razele luminoase, metalele, datorita electronilor
liberi sunt opace. Aceasta proprietate decurge din faptul ca undele luminoase, intalnind in drumul
lor electronii liberi, se amortizeaza ne maiputandu -se propaga mai departe.
Duritatea – proprietatea de a se opune pătrunderii unui corp dat mai dur în acest corp.
Plasticitatea – proprietatea de a se opune deformării, distrugerii, fisurării sub influiența
diferitor forțe.
Conductibilitatea termica si electrica. Toate metalele sunt bune conducatore de cal dura si
electricitate. Cea mai mare conductibilitate electrica o au argintul si cuprul. Mobilitatea electronilor
liberi din reteaua cristalina determina conductibilitatea termica si electrica. Conductibilitatea
electrica a metalelor scade o data cu crester ea temperaturii.
În practică metalele pure sînt folosite foarte rar din cauza proprietăților sale fizico – mecanice
insuficiente. Ele sunt prea plastice ceea ce reduce considerabil proprietățile de exploatare a lor.
Fierul pur – producerea magnetilor.
Cupru și aluminiu – conducte, contacte electrice ; Zinc, plumb – elemente de protecție.
În cea mai mare măsură în toate domeniile economiei naționale (construcții, infrastructură)
sunt utilizate substanțe obținute în baza metalelor și numite aliaje.
Aliajul metalic este o subs tanță obținută prin contopire intimă a două sau mai multe elemente
chimice cel puțin unul din care, aflat în proporții mai mare și numit element de bază este un metal.
Aliajele metalice se caracterizează prin aceleași proprietăți comune de bază ca și metal ele.
Comunitatea aliajelor metalice și metalelor formează o categorie de materiale constructive numită
materiale metalice.

2. Construcția cristalină a metalelor. Alotropia.
Toate substanțele fizice se află în trei stări de agregare.
Starea de gaze se carac terizează prin distanțe mari între atomi, prin urmare lipsa de
interacțiune între atomi.
Starea lichidă se caracterizează prin apropierea atomilor la distanțe la care deja se activează
forțele de interacțiune , dar aceste apropieri și forțe sunt instabile, de scurtă durată.
Doar starea solidă se caracterizează prin apropierea atomilor la distanța 10-8 – 10-10 m care sunt
de ordinul razelor atomice.
Această apropiere asigură formarea unor forțe de interacț iune puternice din care cauze corpuri
solide posedă oa recare formă pe care o pot menține timp îndelungat.
Materialele metalice aparțin acestei categorii de corpuri solide, dar proprietățile metalelor
cunoscute au inițiat savanții, sute de ani în urmă, să propună că atomii metalelor nu doar sunt
apropiați dar sint și aranjați într -o oarecare ordine strictă, determinată.

Astfel de aranjare plană se numește planul cristalografic .
Aranjarea ordonată a atomilor metalelor în spațiu este numită edificiu cristalin sau rețea
cristalină sau cristal .
Rețelele cristali ne sint constituite din figuri geometrice de volum, de obicei regulate. Cel mai
mic element al rețelei cristaline constituit din cel mai mic număr de atomi, care este caracteristic
acestei rețele și prin repetarea căruia poate fi redată rețeaua cristalină în întreg volum poartă
denumirea de celulă elementară.
Rețeaua cristalină, precum și celula elementară este determinată cu un ansamblu de criterii care
se numesc parametrii rețelei / celulei elementare.
Parametrii rețelei sunt constituiți din 3 parametri liniari (lungime, lățime și înălțime) – a,b,c și
3 parametri unghiulari.a b c α β γ
în funcție de raport a b c α β γ se cunosc 7 tipuri de construcție ale rețelei cristaline
de la cea mai simplă a=b=c și α = β = γ = 90o – structură cubică pînă la
 ;cba –
celula triclinică.
După grad de complexitate celula elementară este de 2 tipuri:
1. simplă – în care atomii se află doar în noduri (intersecțiile ale liniilor figurii geometrice);
2. complicate – cînd atomii se află în noduri, în interiorul și pe suprafețele lor.

Vom demonstra structurile cristaline caracteristice metalelor:
Rețelele cristaline caracteristice metalelor sunt:

Proprietățile unor metale de a modifica construcția sa cristalină sub influiența un or factori –
temperatură, presiune, radiații – poartă denumirea de alotropie sau polimorfism.
Vom face cunoștință cu alotropia în baza alotropiei fierului. Construim diagrama – curba de
încălzire

În scopul operării comode și deosebirii formațiunilor alot ropice a aceluiași metal ele se notează
cu literele alfabetului grecesc, în ordine, de la temperaturi mai scăzute la temperaturi mai inalte.

Cristalizarea metalelor și aliajelor: generalități, baza fizică, regularitățile, tipuri de cristalizare.
Trecerea substanțelor din stare lichidă în stare solidă se numește solidificare , iar pentru metale
cu construcție cristalină acest proces se numește cristalizare .

Pentru toate metalele pure, curba de răcire va fi reprezentată ca in figura de mai sus.
Aliajele met alice se deosebesc în cristalizarea sa. Cristalizarea are loc în intervale de
temperaturi:

Condiția fizică a cristalizării constă în formarea diferenței de temperaturi între temperatura de
echilibru T e și temperatura de cristaliaze T cr care este ΔT – grad de suprarăcire.
Regularitățile cristalizării au fost stabilite de savantul rus Cernov în aprox. 1862 din care cele
mai principale sunt:
1. cristalizarea se pornește și se dezvoltă nu în intreg volum de metal topit concomitent
dar în punctele specifice ale a cestuia în care în prim plan s -au format condițiile fizice
de cristalizare.
2. inițial cristalizarea se realizează în formă de figuri geometrice de volum regulate. Pe
parcursul cristalizării această formă regulată dispare și în rezultat în starea solidă se
obține o structură policristalină, poliedrică.
Grafic cristalizarea poate fi reprezentată astfel

1 – în 3 puncte începe cristalizarea
2 – cele 3 cristale cresc și apar noi centre de cristalizare.
3 – se unesc cristalele formate în etapa 2 cu centrele noi f ormate……într -o direcție se oprește
cristalizarea…se pierde forma regulată
4 – se formează formațiuni de diferită configurație și diferite dimensiuni.
Formațiunile de cristalizare sînt numite grăunți .
De obicei structura este de vreo cîțiva grăunți mă șcați, restul mai mărunți, medii..
În cazul metalelor pure centre de cristalizare sunt puține, prin urmare la cristalizare se obține
structura formată din grăunți puțini și mășcați. Această structură este grosolană și astfel de
cristalizare se numește cristalizare omogenică .
În cazul aliajelor atomii elementelor de adaos deobicei devin centre suplimentare de
cristalizare, ca rezultat se formează structura dispersă cu grăunți de dimensiuni relativ mici și
cristalizarea se numește heterogenică .

Structura gr osolană se caracterizează prin duriate mare și totodată fragilitatea este mare.
Lipsește sau este foarte mică plasticitatea.
Structurile disperse se caracterizează prin ansamblul durității înalte susținută și de plasticitate
suficientă, prin urmare structu rile disperse posedă proprietăți de utilizare mai mari.
Tehnologia de influiență asupra procesului de cristalizare în scopul obținerii unei structuri
disperse, fine poartă denumirea de modificare .
Modificarea constă în adaosul, în metal sau aliaj topit, a elementelor suplimentare care nu
influiențează proprietățile de bază, dar servesc ca centre de cristalizare suplimentare.
Aceste elemente poartă denumirea de modificatori, iar structura și metalul cristalizat –
modificate.

Bazele teoriei aliajelor. Dia grama de echilibru
Aliajele se clasifică:
-după numărul de componenți:
– binare
– ternare
– multicomponente.
Elementele chimice care formează aliajul poartă denumirea de componenți .Ca component al
aliajului poate fi și un compus chimic.
Prima cara cteristică a aliajului este compoziția sa chimică.

Componentele aliajelor deobicei necondiționat se dizolvă unul în altul în stare lichidă.
La răcire/cristalizare modul de interacțiune între componentele aliajului nu este uniform, este
multivariat; prin urmare în stare solidă structura aliajelor este formată din următoarele formațiuni:
1. amestec mecanic
2. soluții solide
3. compuți chimici
Amestecul mecanic se formează în cazul aliajelor în care componenții necondiționat se dizolvă
în stare lichidă și deloc nu in teracționează între ei în stare solidă. Prin urmare se obține o structură
produsă din amestec de grăunți de 2 feluri.
Schematic:

Soluțiile solide se cunosc de 2 feluri:
a. soluție solidă de înlocuire
b. soluție solidă de pătrundere
Componentul de bază în cazul soluțiile solide poartă denumirea de dizolvant, iar component de
adaos – component dizolvat.

Condiții de formare .Soluția solidă de înlocuire se obține în caz cînd componenții au structura
cristalină identică și au dimensiunile și proprietățile apropiate a le atomilor

În acest caz la solidificare în locul atomilor componentului dizolvant, în rețeaua cristalină se
aranjează atomii componentului dizolvat.
Soluțiile solide de înlocuire se împart în 2 categorii:
– limitate
– nelimitate
Soluțiile solide de pătrundere se
formează în caz cînd atomii componentului
dizolvat sînt mult mai mici ca atomii
componentului de bază
Ca urmare acesști atomi se aranjează în golurile rețelei cristaline a componentului de
bază/dizolvant.

Soluția ce se formează este de c uloare
deschisă.
Aliajele rămîn cu rețeaua cristalină a
componentului de bază, dar în cadrul acestei
rețele sînt prezenți atomi d 2 feluri.
În același aliaj pot fi formate mai multe soluții solide la diferite temperaturi sau diferite
proporții. Pentru deos ebirea lor ele se notează cu literele alfabetului grecesc
,….,,,,
Compus chimic se obține în cazul în care la solidificare, componenții aliajului se atrag și
interacționează atît de puternic încît formează o substanță nouă asemănătoare cu c ompus chimic.
AmBn – notarea.
La formarea compusului chimic este caracteristic, că el se formează cu o rețea cristalină
absolut nouă deosebită de rețele cristaline ale componentelor din care s -au format.
Compusul chimic se caracterizează cu duritate foarte înaltă, mai înaltă decît a componentelor
de bază și respectiv fragilitatea înaltă.

Comunitatea formațiunilor prezentate (amestec mecanic, compus chimic, soluție solidă) se
numește con stituienți structurali.Pe lingă acestea ca constituienți structurali pot fi grăunții
componentelor pure.

Diagrame de echilibru sînt prezentările grafice ale aliajelor în care sunt arătate stările și
structurile aliajelor în funcție de temperatură și compoziție chimică a aliajelor.
Pentru aliaje binare diagramele de echili bru se construiesc în sistem de coordonate cu 3 axe.
2 axe verticale de temperaturi
1 axă orizontală – compoziție

Configurația diagramei depinde de mod de interacțiune a componentelor în stare solidă.
Curbele diagramei de echilibru mai sus de care toate aliajele se află doar în stare lichidă se
numesc linii lichidus .

Diagrama de echilibru Fe -C ale aliajelor Fe -C

Diagrama de echilibru Fe -C

Aliajele Fe -C sunt cel mai des utilizate în toate domeniile economiei naționale și mai ales în
domeniul c onstructor de mașini și de construcții.
Întrebuințarea aliajelor Fe -C este motivată prin ansamblul de proprietăți fizico mecanice care
se formează prin adaosul unor cantități destul de mici a carbonului.
Însuși fierul este o substanță foarte plastică, cu rezistență scăzută ceea ce nu permite utilizarea
lui ca material constructiv.
Adaosul carbonului produce formarea unor constituienți structurali care cardinal schimbă
proprietățile aliajelor obținute. Acești constituienți structurali sunt:
1. Cementită – este un compus chimic cu formula Fe 3C care se formează la 6,67% de carbon.
(Ce).
2. Soluții solide
a. ferită – soluție solidă de pătrundere a carbonului în fier –α (c.v.c)
– la 727oC aproximativ 0,02%
– la 0oC aproximativ 0,006%
b. austenită – soluție solidă de pătrundere a carbonului în fier – γ (c.f.c.)
– 2,14% la 1147oC
3.Amestecuri mecanice
a. ledeburită (Le 1)– amestec mecanic între austenită și cementită la temperaturi
(1147 -727 oC)
Le2 – (Pe+Ce ’)→(<727 oC).
c. perlită – amestec mecanic î ntre ferită și cementită (Fr+
eC )<727 oC
Diagrama de echilibru Fe -C este caracteristică prin faptul că utile sunt numai aliajele cu
conținutul carbonului pînă la 6,67%. Așadar se poate de spus că se studiază și se folosește o parte de
diagramă Fe -C sau diagrama de echilibru Fe -cementită (Fe -Fe3C) care este parte componentă a
aliajelor Fe -C.
În cazul dat compusul chimic Fe 3C joacă rolul celui de -al doilea component .
Diagrama de echilibru Fe -C are o prezentare internațională.
Linia ACD – linia lichidus . Pe segmentele AC și CD se începe solidificarea aliajelor Fe -C.Pe
AC din lichid începe să se cristalizeze austenită.CD -din lichid se cristalizează cementită.Pe linia AE
se finisează cristalizarea austenitei. Pe segmentul AESG avem austentiă, deci.
Linia ECF – linia eutecticii . Punctul C este punctul eutecticii. În acest punct se întîmplă
transformarea:
eC AuLe LC
c 111470
– reacție eutectică
Reacția eutectică are loc în punctul C și pe linia ECF.Mai jos de linia ECF nu este lichid.
AECF – linia solidus .
Pe linia GS din austenită se obține ferită (datorită transformării Feα→Feγ) care se termină pe
linia GP. Pe linia GP mai jos, în domeniul GPQ avem doar ferită.
Pe linia SE scade odată cu temperatura proprietățile de dizolvare a carbonului în austenită.
Avem CeII (II-recristalizare secundară deoarece a apărut din austenită și nu din lichid.) CeIII –
terțiară – din ferită.
Punctul S este identic cu punctul C și se numește eutectoid.

eCFrPe AuC
S0727

Aliajele Fe -C după diagrama de echili bru se clasifică în felul următor:
1. ferite (0,0 -0,02%C) cu structură de
eF și
eC
2. aliaje hipoeutectoide
0,02-0,8%C cu structură de Fr+Pe
3. aliaj eutectoid
0,8%C -perlită
4. aliaje hipereutectoide
0,8-2,14%C (Pe +
eC )
5. aliaje eutectice
2,14-4,30% C
 2LeeCPe
6. aliaj eutectic
4,30% C – ledeburită
7. aliaje hipereutectice
4,3-6,67% C
eCLe

Aliaje Fe -C

Aliajele Fe -C se împart în trei cat egorii:
1. ferite 0 -0,02%C
2. oțel carbon 0,02 -2,14% C
3. fonte 2,14 -6,67% C
După diagrama de echilibru oțelul carbon se împarte în :
1. hipoutectoide
2. eutectoide
3. hipereutectoide
Fontele albe se clasifică în
1. hipoutectice
2. eutectice
3. hipereutectice
Se cunosc mai multe cri terii de clasificare a oțelurilor carbon. Unul dintre care este clasificarea
după utilizarea sa.
După utilizare oțelurile carbon se clasifică în două categorii generale:
– oțel carbon de construcție
– oțel carbon de scule.
Oțelul -carbon de construcție la r îndul săa se divizează în următoarele 3 tipuri.
1. oțel carbon de uz general
2. oțel carbon de calitate
3. oțel carbon destinate prelucrării la mașini unelte automate.

1. Oțelul carbon de uz general se simbolizează Ст 0…6
Aceste oțeluri se subclasifică după propriet ățile garantate de standard în 3 categorii care se
notează cu literele А,Б,В.
А – livrarea cu proprietăți mecanice asigurate de standard
Б – prevede livrarea cu compoziție chimică asigurată de standard
В – asigură atît proprietățile mecanice cît și compozi ția chimică.
Aceste categorii se notează în fața mărcii. Litera A nu se scrie:
Ex: Ст2 – adica de categoria A, Б Ст 5 ș.a.
Cifra în simbolurile oțelurilor date nu duce nici un sens special, este pur și simplu un număr
de ordine.
Oțelurile carbon în simboli zarea sa mai conțin indice care ne informează despre gradul de
dezoxidare.
Producerea oțelului carbon prin diferite metode constă în extragerea din materia primă care în
cea mai mare parte este fontă albă a cantității în surplus de carbon și a altor eleme nte chimice
numite însoțitoare (P, S, gaze, N, O 2,..)

În compoziția oțelurilor carbon prezența sulfului și fosforului sînt nedorite fiindcă aceste
elemente sînt dăunătoare proprietăților oțelurilor.
Fosforul ridică fragilitatea la rece, iar sulful scade pr agul fragilității la roșu. Aceste elemente
pătrund în componența oțelurilor din materia primă și nu pot fi eliminate definitiv din cauza
tehnologiilor existente.
În fonte compoziția acestor elemente este de 0.08 -0.12% .
Eliminarea elementelor surpluse (C,P, S ș.a.) se produce prin procesele de oxidare a acestora,
dar totodată în timpul producerii oțelurilor se formează și oxizii de fier ceea ce este nedorit deoarece
oxizii de fier:
– leagă o cantitate de fier;
– FeO este o substanță nemetalică care reduce proprie tățile mecanice ale oțelului.
Procesul de distrugere și eliminare a oxizilor de fier se numește dezoxidare și se realizează
prin adaosul în fier topit a elementelor care se numesc dezoxidanți. Fiind mai active față de oxigen
decît fierul ele dezbină oxizi i de fier și produc oxizii săi și eliberează fierul. Cel mai des utilizați ca
dezoxidanți sunt siliciul și manganul.
2FeO+Si=SiO 2+2Fe
FeO+Mn=MnO+Fe
Acești oxizi (SiO 2 și MnO) au o greutate specifică mult mai mică decît a oțelurilor carbon și
prin urmare se ridică la suprafața metalului topit formînd un strat de zgură.
Tot în timpul modificării din baia metalului topit se elimină molecule de gaze care se conțin
în metalul lichid și totodată asta produce un fenomen care seamănă cu fierberea.
După gradul de p urificare a metalului topit la solidificare se cunosc 3 tipuri de oțel carbon
(aceasta se notează cu litere mici la capătul simbolului fiecărui tip de oțel GOST 380 -90):
кп – necalmat
сп – calmat
пс – semicalmat
cînd oțelurile se răcesc repede atunci ele se solidifică înainte de a fi eliminate gazele pe deplin
și atunci suprafața acestor oțeluri are imagine de bule (oțelul necalmat);
După standardele românești STAS 500/2 -80 oțelurile carbon de calitate obișnuită se notează
cu literele O-oțel, a doua lite ră L-laminat sau T-turnat (se toarnă în lingouri).
Numărul care urmează reprezintă o proprietate mecanică în special limita de rupere la
tracțiune în N/mm2.
Aceste oțeluri se prelucrează bine prin sudare, sunt mai ieftine în producere și se folosesc în
diferite domenii, însă cel mai des în construcție (în calitate de fundație, ferme, carcase ș.a).

2. Oțelurile carbon de calitate se notează cu cifrele 08,10,15,20,25,30…80 –acest număr indică
conținutul mediu de carbon în sutimi de procent. De exemplu 08 adic a oțel de calitate cu
0,08% carbon.
Acest tip de oțel după conținutul de carbon este mult mai variat respectiv și utilizarea este
divizată.
– 08..25 – oțel de construcție. Aceste oțeluri bine se sudează, pe dealtă parte, însă, nu acceptă
efectul călirii. Ac este oțeluri se folosesc pentru producerea pieselor de sudare, pentru producerea
pieselor din materia primă tip tablă (cu pereți subțiri) – ex.elementele caroseriei.
– 30-45 – sînt oțeluri de bază în industra constructoare de mașini. Se prelucrează prin me tode
de deformare plastică (forjare, laminare/ prin prelucrare mecanică; mai prost se sudează). Din ele se
produc așa elemente ca arbori cotiți, roți dințate, tije ș.a..
– 50-65(70) se folosesc în calitate de arcuri, resorte datorită proprietăților specifi ce –
plasticitate și rezistență mecanică.
După STAS 880 -88 se notează OLC apoi numerele începind cu 10, cu un interval de 5
unități. Exemplu OLC 20, OLC 50.

3. Oțeluri carbon cu destinație de prelucrare la mașini -unelte automate .
Aceste oțeluri se deosebesc d e celelalte oțeluri numite mai sus prin conținutul sporit de sulf și
fosfor: pînă la 0,06 -0,07%.

Surplusul de S, P în aceste oțeluri se explică prin specificul prelucrării la mașini -unelte
automate unde un operator deservește mai multe unelte. În acest caz se cere ca așchia să aibă
caracter de fracturare rapidă ceea ce și asigură procentul sporit de sulf și fosfor.
Se notează (după GOST 1414 -75)cu litera A urmată de un număr – A 08, A20, A35 ș.a.
După STAS 1350 -89 – AUT (adică pentru unelte automate) urmat de un număr. 20,..,50,60…

Oțel carbon de scule se caracterizează prin conținut sporit de carbon de la 0,7% în sus.
Se notează conform GOST 1435 -90 cu lite ra У urmată de numerele -7,8,9,10,12 și 13.
Numărul indică în zecimi de procent conținutul de carbo n.
У7,У8 – producerea ciocanelor, foarfece, scule de timplărie, pentru prelucrarea pietrei;
У9 –scule pentru prelucrarea lemnului, dălți ș.a.;
У10,..У13- pentru prelucrarea metalelor dar nu prin viteze mari: pile, fierăstrăie, dălți, freze..
După STAS 170 0-80 acest tip de oțel se notează cu literele OSC (O-oțel, s -scule, C -de
calitate) urmate de numerele 7,8,10,11….
Comun pentru oțeluri carbon de calitate și oțelurile pentru scule este că dacă procentul de
fosfor și sulf este mai mic de 0,03% la sfîrșitu l simbolurilor acestor tipuri de oțel se adaugă litera:
A – la oțelurile notate după GOST (ex.45A)
X – la oțeluri notate după STAS ( OLC 50 X ).

Fontele sunt mai rar utilizate în domeniul construcțiilor.
Fontele prezentate în diagrama de echilibru sunt font e albe.
15% din fonte se folosesc pentru fabricarea pieselor, conducte, țevi, elemente de mori.
85% pentru producerea oțelurilor carbon și a altui grup de fonte –fonte cenușii.
Tot carbonul din fontele albe se conține în forme legate, sub formă de soluție solidă de
pătrundere în cantitate mică și sub formă de Fe 3C. Anume Fe 3C formează proprietățile de bază:
duritate mare dar și mare fragilitate ceea ce reduce considerabil categoria de material de construcție.
Căutarea căilor de îmbunătățire a proprietățilo r fontelor brute a adus la descoperirea uni grup
de fonte care au fost numite fonte cenușii. S -a constatat că eliberarea carbonului din formă legată de
Fe3C și prezența lui în structura fontelor în formă liberă – grafită, considerabil influiențează
proprit ățile fontelor. Ele rămîn tot așa de dure, dar apar și proprietăți de plasticitate.
Fonte cenușii deoarece culoarea în spărtură s -a schimbat de la albă la sură.
În funcție de forma grafitului avem următoarele structuri:
– fonte cenușii – grafit sub formă de plăci;
– fonte maleabile – grafit sub formă de cuiburi;
– fonte nodulare – grafit sub formă de bile.
Grafita are rol de înglobări, însă baza este metalică și este de 3 feluri: feritică, perlitică și
mixtă.

Fontele cenușii
După GOST se notează cu literele Сч urmat e de un număr care reprezintă limita la tracțiune
(10MPa).
După STAS se notează cu literele Fc – fontă cenușie urmate iar de un număr care la fel
reprezintă limita la tracțiune în MPA .
Fontele maleabile
După GOST se notează cu literele Кч urmat e de 2 numere care reprezintă limita la tracțiune
(10MPa), iar al doilea număr arată plasticitatea ( Кч 24-2 adică limita la tracțiune 240MPa și
numărul 2 indică plasticitatea ).
După STAS se notează cu literele Fm – fontă maleabilă urmate de altă literă a,n sau p (a-albă,
n-neagră și p -pestriță ).
Fonte le nodulare
După GOST se notează cu literele Вч urmat e de un număr care reprezintă limita la rupere.

După STAS se notează cu literele Fgn – fontă cu grafit nodular.

Fontele cenușii se obțin din fonte brute în fel ul următor:
1. fontele cenușii se produc prin adaos la solidificarea fontelor albe a unei cantități de siliciu
(pînă la 2%) care joacă rol de grafitizant.
2. fontele maleabile se obțin prin tratament specific al pieselor turnate din fonte brute care se
numește recoacere de grafitizare . Ea constă din
a. încălzirea pieselor pînă la 900 -950oC;
b. menținerea la această temperatură pînă la 90 ore
c. și apoi răcirea
3. fonta nodulară se obține prin adaosul elementelor grafitizante dar care sunt anum
în formă de globule, sf ere. Magneziu pînă la 0,2% și Ce -0,04%.

Bazele tratamentului termic

1. Noțiuni generale
2. Tratamentul termic al oțelurilor. Clasificarea și caracteristica generală.
3. Recoacerea oțelurilor
4. Călirea
5. Revenirea
6. Tratări termo – chimice
1. Noțiuni generale
Odată cu începutul utilizării aliajelor mecanice s -au început și căutările modalităților de
influiență asupra proprietăților lor în scopul îmbunătățirii acestora. Una din primele metode dar și
cea mai eficientă este tratamentul termic.
Tratamentul termic reprez intă o serie de proceduri de încălzire a metalului, pieselor pînă la o
temperatură de temporizare, expoziție la această temperatură și de răcire ulterioară.
Toate acestea se fac în condiții bine determinate, la temperaturi stabilite în timpul de
menținere determinat și cu o viteză de răcire respectivă.
Grafic tratamentele termice se reprezintă cu coordonatele temperatură și timp.

Tratarea termică a aliajelor se caracterizează prin 2 caracteristici de bază.
1. tratamentul termic este posibil doar pentru alia jele care posedă transformări fazice în faze
solide.
2. asupra rezultatelor tratamentelor termice clasice nu influiențează modul și timpul de
încălzire dar depinde de:
a. temperatura la care se încălzește;
b. timpul de menținere la această temperatură
c. viteza de răc ire (mediul).
Rezultatele tratamentelor termice se obțin din cauza:
1. modificarea constituienților structurali existenți;
2. prin apariția constituienților noi;
3. prin dispariția unor constituienți.

2. Tratamentul termic al oțelurilor. Clasificarea și caracteri stica generală.

Oțelurile se supun următoarelor tipuri de tratament termic.
– Recoacere;
– Călire;
– Revenire.
Recoacerea este destinată îmbunătățirii structurii și compoziției chimice fără formarea
constituienților noi.
Prin recoacere se asigură omogenitatea chimică a metalului; detensionarea pieselor care au
suferit din cauza prelucrării anticipate prin turnare, deformare plastică sudare ș.a.
Călirea este destinată sporirii durității și rezistenței mecanice a oțelului. Acest scop se atinge
prin formarea unei structuri noi, diferită de cea inițială.
Revenirea : tratament termic dependent, se realizează doar după călire. Scopul este reducerea
tensiunilor de călire și îmbunătățirea structurii pieselor călite.
În teoria și practica tratamentului termic a oțelurilor liniile diagramelor de echilibru Fe -C au o
notare specifică:
PSK se notează A 1
GS –A3
SE-Ac.

3. Recoacerea oțelurilor

Recoacerea se clasifică în 3 tipuri:
1. recoacere de omogenizare;
2. recoacere fără transformări fazice la încălzire și răcire;
3. recoacere cu transformări fazice la încălzire și răcire.
1. Recoacerea de omogenizare se aplică pieselor turnate din oțeluri și lingouri.
Scopul acestei recoaceri este formarea repartizării omogene a carbonului și a altor elemente
chimice în întreg volum al piesei. Repartizarea neomogenă a cărora provine din cauza gradientelor
de temperaturi care se formează la răcirea pieselor turnate.
Recoacerea de omogenizare prevede:
– încălzirea pînă la temperaturi apropiate de temperatura de topire T r.o. = (0.8 -0.9)T top.
– menținerea timp de 2 -3 zile la această temperatură și
– răcirea foarte lentă
AE – temperaturi de topire a oțelurilor,
Regiunea 1 – reprezintă regiunea temperaturilor de recoacere de omogenizare.

2. Recoacere a fără transformări fazice prevede încălzirea ma i jos de linia A 1 adică de linia PSK.
Regiunea 2

Se cunosc 2 feluri de recoacere fără transformări fazice
– recoacere de recristalizare – prevede încălzirea la 600 -700 oC (sunt supuse piesele care s -au
prelucrat prin deformare plastică). Se numește recrist alizare deoarece prin aceiași încălzire și
menținere din grăunți deformați mecanic se formează grăunți noi echilibrați.
– Recoacere de detensionare – (piese după sudare/turnare în care s -au format tensiuni interne)
.

3. Recoacerea cu transformări fazice preved e:
– completă cu încălzire pînă la regiunea monofazică de austenită A c-A3 (domeniul 4) .
– Incompletă cu încălzirea în domenii bifazice între A 1 și A 3 și A 1 și A c.
Recoacerea completă și incompletă duce la formarea grăunților noi , prin urmare se reduc
tensiuni le interne și se îmbunătățește structura.

4. Călirea

Călirea are ca scop sporirea durității și rezistenței mecanice a pieselor tratate. Acest scop se
atinge prin procedura de călire care constă în încălzirea piesei călite mai sus de temperaturi de
trans formări fazice menținerea la această temperatură și răcirea bruscă.

În urma acestei proceduri de călire se obține o structură nouă formată din constituienți
structurali noi, care se deosebește de cea inițială.
Procedura durificării în urma călirii este bazată pe răcirea rapidă a piesei încălzite.
În cazul cînd piesa se răcește lent, se petrec modificări fazice, structurale în baza proceselor de
difuzie ale componentelor aliajelor Fe -C.
Aceste transformări sunt prezente în diagrama de echilibru Fe -C. Prin cipala transformare fiind
Au (c. f.c)-2.14% C trece în Fr (c.v.c) -0,006%.
În cazul călirii din motivul vitezei mari de răcire procesele de difuzie a carbonului nu reușesc
să se realizeze (viteza de răcire este mai mare decît viteza de difuzie, prin urmare A ustenita se
transformă înferită 2,14%) .
Se obține ca rezultat o structură de soluție solidă de pătrundere a carbonului în fier –α (c.v.c.)
suprasaturată de carbon.
Această structură de călire poartă denumirea de martensită .

Așadar, martensita se obține în u rma călirii și posedă o duritate foarte mare și rezistență
mecanică, dar totodată ca consecință fragilitatea este mare.
Astfel de proprietăți s -au format din cauza deformării celulelorelementare din cauza
suprasaturării cu carbon, care au devenit din cubic e tetragonale c>a=b.

Cea mai mică viteză de răcire la care se obține structura de martensită în urma călirii, se
numește viteza critică de călire. Pentru majoritatea oțelurilor această viteză este
s Vr0150 (ulei
de mașină).
În funcție de cerințele impuse, se alege viteza de răcire prin alegerea mediului de răcire. Cu cît
viteza de răcire este mai mare cu atît și efectul călirii va fi mai mare. Cea mai mare viteză de călire
o asigura apa la o temperatură de 18 oC –
s Vr0600 .

După modul de executare, călirea se cunoaște de 2 feluri:
– călire completă. La această călire se prevedeîncălzirea oțelurilor la temperaturi la care se
formează structura monofazică de austenită. Acestei căliri, deobicei, se supun oțelurile
hipoeutectoide , pentru ce ele se încălzesc cu 30 -50 oC mai sus de linia A 3 (GS) -domeniul 6 –
domeniul temperaturilor de încălzire pentru călirea completă…
– călirea incompletă – prevede încălzirea pieselor tratate pînă la domeniile bifazice (mai sus
de A 1 (PSK) și mai j os de A 3 (GS) sau A 2(SE)).De obicei acestei căliri se supun oțelurile
hipereutectoide.(domeniul 7 -domeniul termic la călirea incompletă).
Repartizarea preponderentă a călirilor complete și incomplete se face reieșind din scopurile
călirii.
În cazul înc ălzirii oțelurilor
hipoeutectoide la temperaturi de călire
incompletă este de M+Fr.

Dar ferita este o structură foarte moale,
deci duritatea practic nu crește. Din acest
motiv pentru a evita prezența feritei în
componența oțelurilor după călire, oțeluril e
hipoeutectoide se supun călirii complete.

În cazul oțelurilor hipereutectoide la încălzire în domeniul bifazic noi inițial vom avea
structură de M+
eC doar că
eC este foarte dură, ea nu încurcă scopului călir ii și respectiv oțelurile
hipereutectoide se supun călirii incomplete
Domeniul 6 și 7 –temperaturile călirii oțelurilor la general.
Din cauza tensiunilor mari și fragilității înalte piesele călite nu pot fi utilizate îndată după
călirea sa, fiindcă practic nu rezistă la sarcini mecanice suplimentare și la aplicarea unor sarcini din
exterior se provoacă fisurarea sau chiar distrugerea piesei călite (efectul supracălirii).
Pentru a reduce nivelul tensiunilor de călire și a echilibra structura de călie, piesel e călite în
mod obligatoriu sunt susținute de un tratament termic ulterior călirii care se numește revenire .

5. Revenirea

Revenirea are ca scop transformări structurale a pieselor călite care se produc la încălzirea
acestora la temperaturi sub temperatura t ransformărilor fazice A 1.

În urma revenirii piesele călite nu obțin gradul de echilibru al pieselor inițiale, dar cît de
posibil se apropie de această stare echilibrată, ceea ce se reflectă și asupra proprietăților fizico –
mecanice obținute la călire. Tensiunile interne scad, se reduce într -o măsură duritatea și rezistența
mecanică dar oricum acești indici rămîn mai mari decît la metalul netratat (inițial), respectiv se
reduce și fragilitatea și sporește plasticitatea.
Ansamblul proprietăților după revenir e asigură deja sporirea proprietăților de exploatare.
Efectele revenirii se bazează pe fenomenul fizic de difuzie. Piesele călite se încălzesc.
Carbonul care difuzează din martensită inițial formează carburi incerte Fe xCy, care pînă la urmă se
stabilesc î n formă de Fe 3C adică cementită.
În urma difuziei la revenire carbonul (o parte din carbon) iese din structura suprasaturată a
martensitei sub formă de carbide, după ce se produce detensionarea structurii, sporirea echilibrului
interior de structură și fo rmarea ansamblului de proprietăți fizico -mecaice potrivite.
După modul de executare, revenirea se imparte în 3 tipuri, baza fiind temperatura încălzirii:
1. revenirea înaltă sau la temperaturi înalte -prevede încălzirea la
Co600 (8-domeniu l
temperaturilor înalte);
1 1 )8 Ce Fr M
sorbită de revenire (SR)
2. revenire medie –
C to4000
2 2 )9 Ce Fr M
trostită de revenire (TR)
3. revenire joasă
C to200 1500

M M )10 martensită de reveni re (MR)
Reieșind din denumirea structurilor de revenire, concluzionăm că cu cît temperatura este mai
mare cu atît influiența este mai mare, reducerea tensiunilor este la fel mai mare.

6. Tratări termo – chimice

Tratamente le termo -chimic e reprezintă tratamen te termice de suprafață, care au ca scop
modificarea compoziției chimice și structurii în straturile de suprafață, respectiv se modifică și
proprietățile în aceste straturi față de materialele pîn ă la tratare.
Esența acestui tratament este îmbogățirea str aturilor de suprafață cu unele elemente chimice
care se realizează în baza difuziei acestor elemente în metal. Pentru asta, piesa supusă tratării termo –
chimice se aranjează într -un mediu bogat de elementul chimic dorit, se încălzește la o temperatură
stabi lită și apoi se răcește.

Deosebirea dintre tratament termic clasic și tratament termo -chimic este că și etapa I
influiențează asupra proprietăților.
Tratamentul termoc -chimic se execută în diferite medii, (lichid, gazos, solid).
Ca rezultat al tratamentu lui termo -chimic se obține sporirea proprietăților fizico -mecanice
(duritate, plasticitate, rezistența la uzură, oboseală, coroziune, refractaritate ș.a) în straturile de
suprafață pe cînd miezul piesei rămîne netratat.
Tehnologic și fizic tratamentele ter mo-chimice se formează din 3 etape succesive.
1. obținerea elementelor de îmbogățire a suprafețelor în stare activă (stare atomică) ceea ce se
realizează prin disocierea moleculelor/scindarea moleculelor elementelor chimice.
Disociere:
2 42 32
23 2 2
H C CHH N NHNN N
 ;
2. Absor bție – este procesul de aderare a atomilor la suprafața piesei.

3. Pătrunderea atomilor prin difuzie în corpul piesei.

Trebuie neapărat ca elementul de îmbogățire să se dizolve în structura metalului de bază.
Rezultatele tratamentului t ermo -chimic depind de:
– structura metalului de bază
– caracteristicile și dimensiunile elementelor de pătrundere
– temperatura și timpul contactului cu mediul de îmbogățire
– tipul, cantitatea și numărul defectelor structurale ș.a.
În funcție de elem entul cu care se îmbogățește stratul superficial tratamentele termochimice se
clasifică în:
– cementarea sau carburarea;
– nitrurarea;
– cianurarea sau carbonitrurarea;
– metalizarea difuzională (cromarea, nichelarea, silicierea, aluminierea ș.a.).
Cementarea – este procesul d e încărcare cu carbon, se realizează în mediu gazos la o
temperaturo de 930 -950 oC
Viteza de pătrundere este de 0,1mm/h. Se formează un strat de 1 -1,5mm respectiv timp de
10ore.
Acestei tratări se supun oțeluri cu conținut de carbon pînă la 25%. Prin urmar e miezul acestui
oțel poate avea un conținut mic de carbon iar straturile superioare pînă la 1,5%C.

22 4
2 22
OC COH C CH

Crește duritatea, rezistența la uzură, miezul rămîne tenace, plastic și rezistent la șocuri. (Ex:
arbore, roți dințate ș.a.)
Nitru rarea – îmbogățirea cu ayot. Se face din stare gazoasă sau din stare lichidă (din săruri
cianidice). Se cunosc de 2 feluri:
– la temperaturi joase 500 -520
Co timp de 20 -90ore. Viteza 0,01mm/h. Se formează un strat de
0,3-0,6mm. Este rez istent la uzare si duritatea este mai mare decît la materialele inițiale (10 -12%
azot).
– la temperaturi înalte 650 -700
Co . Strat subțire de tot 0,003 -0,005mm. Scopul – formarea unui
strat anticoroziv.
Tratamentul termo -chimic începe cu călirea, apoi revenirea și apoi nitrurarea.(ex. Cilindri de
motoare, pompe, scule, prese, matrice)

Cianurarea – îmbogățirea cu carbon și azot.
Aluminirea – cu scopul de a mări rezistența la oxidare și la temperaturi înalte;
Cromarea – mărește refractarit atea, rezistența la coroziune…

Oțeluri aliate

Definire. Clasificarea. Simbolizarea și utilizarea .

Oțelurile aliate sunt numite oțelurile în care în mod special sunt introduse alte elemente
chimice decît cele existente în oțelurile carbon, în sco pul îmbunătățirii unor proprietăți de bază sau
obținerii unor noi proprietăți.
Elementele care se folosesc pentru obținerea oțelurilor aliate se numesc elemente de aliere .
Procesul de formare se numește proces de aliere .
Elementele chimice de bază de alier e sunt cromul, nichelul siliciul și manganul. Si și Mn sunt
prezente în oțelurile aliate cu un procentaj mai mare decît în oțelurile carbon.
Aceste elemente influiențează sporirea parametrilor fizico -mecanici (duritatea, tenacitatea,
plasticitatea, reziste nța la oboseală, uzare).
Pe lîngă aceste elemente pentru a spori efectul lor sau pentru a obține proprietăți specifice se
adaugă și multe alte elemente ca: azotul, wolframul, vanadiul, molibdenul ș.a.

Clasificarea
Oțelurile aliate se clasifică după mai mul ți indici, cele de bază fiind:
1. După elementele de aliere și numărul acestora:
2. După utilizare

1. După tipul elementului :
– oțeluri cromate;
– oțeluri crom -nichelate;
– oțeluri aluminiate;
– etc.
1'- aliate cu un element;
– aliate cu 2 elemente
– multialiate.
2. Conținut total
– oțeluri slab aliate –maxim 2,5%
– oțeluri mediu aliate – 2,5-10%
– oțeluri bogat aliate – peste 10%.
3. După utilizare
– oțeluri aliate de construcție:
– oțeluri de construcție
– oțeluri pentru construcția de mașini.
– oțeluri aliate de scu le
– pentru scule de prelucrare prin așchiere;
– pentru scule de măsurare
– pentru scule speciale.
– oțeluri cu destinație specializată:
– oțeluri aliate cu rezistență înaltă
– oțeluri aliate refractare
– oțeluri aliate inoxidabile;
– oțeluri aliate cu coeficient de dilate mic.
Simbolizarea :
Oțelurile se simbolizează după următoarele principii generale:
– după GOST
Prima cifră indică conținutul de carbon în sutimi de procent, literele care urmează indică
elementul de aliere (dacă elementele î ncep cu aceleași litere, litera i se oferă celui mai scump
element:
De exemplu:
Cupru – D W – wolfram -В
Molibden – М V – vanadiul – Ф
Mangan – Г
Aluminiu – Ю Bor –B Siliciu – S
După litere urmează cifre ce indică conținutul a cestor elemente în masa respectivă în procente
cu excepția molibdenului. În caz că nu este indicat nici o cifră atunci elementul dat se conține în
cantitate de
%1 .
Exemple
12 ХН3 – adică 0,12% carbon; crom
%1 ; și 3% nichel
ХВГ – adică 1% carbon, 1% – wolfram, 1% crom și 1% mangan.
– după STAS:
Prima cifră indică la fel conținutul de carbon în sutimi de procent, după care sunt indicate
elementele de aliere însemnate cu simbolul acestora și la sfîrșit este indic at principalul element de
aliere și procentașul pentru acesta (x10)
Exemplu:
13CrNi30 – 0,13% carbon, .., 3% Nichel
30Ti MoCrNi14 – 0,3% carbon .. 1,4% nichel

Aliaje în baza cuprului

Clasificarea. Simbolizarea. Utilizarea.

Cuprul este un metal ne fieros. Temperatura de topire – 1083
Co ;
39.8 cmg . După GOST
cuprul se produce de 3 mărci
M1 – 99.90% Cu
M0 – 99.95% Cu
M00 – 99.99% Cu
În stare pură cuprul se folosește doar ca conducte sau contacte. Majoritatea cuprul ui se
prelucrează în scopul producerii aliajelor de cupru care se împart în două categorii:
– alame (cupru+zinc);
– bronzuri

Alamele – au o rezistență înaltă la coroziune, duritatea relativ suficientă.
Se simbolizează după GOST cu litera Л, iar cifra care urmează indică conținutul de cupru.
Л59, Л 61, Л95.
Alamele speciale (sau aliate)se împart în 2 categorii:
– pentru prelucrarea prin deformare
ЛАН 50-2-3 adică 50% cupru; 2% aluminiu și 3% nichel
– pentru prelucrarea prin turnare
Л Ц 33А6Ж3Мц2 – cupru, zi nc-23%, aluminiu –6%, Fier -3%, mangan -2%
După STAS : CuZn5; CuZn28 ș.a.

Bronzuri: reprezintă aliaje a cuprului cu alte elemente în afară de zinc. Se notează dup GOST
cu Бр după care urmează alte litere ce indică alte elemente din conținutul acestor aliaje și procentul
acestora. De exemplu: БрЖ 9 adică bronz în care conținutul de fier este de 9%.