STRUCTURA SI PROPRIETATILE ALIAJELOR NEFEROASE

MATERIALE sI TEHNOLOGII PRIMARE 1.

LUCRAREA DE LABORATOR NR. 10.

STRUCTURA sI PROPRIETĂŢILE ALIAJELOR NEFEROASE

1. PRINCIPIUL LUCRĂRII

            1.1. Structurile si proprietatile unor aliaj ale cuprului

            Alamele sunt aliaje ale cuprului cu zincul. În tehnica se folosesc aliajele cu pâna la 50 % Zn. Alamele cu 30 - 32 % Zn au structura formata din solutia solida a si poseda bune caracteristici de plasticitate. În stare turnata, solutia solida este neomogena având aspect dendritic asa cum se observa din figura 10.1. Dupa tratamentul de recoacere de omogenizare, structura capata aspectul poligonal, în figura 10.2 observându-se numeroase zone maclate.

            Reamintim ca deformarea prin maclare este procesul în urma caruia o parte a grauntelui cristalin capata o pozitie simetrica fata de restul grauntelui. Orientarea diferita, conduce si la atacul metalografio diferentiat, ceea ce da aspectul tipic prezentat.

            Alamele cu continut mai mare de 37 % Zn au în structura pe lânga solutia solida a si o faza intermetalica b (fig. 10.3). Aceste alame sunt dure si fragile si sunt prelucrabile prin deformare plastica doar la cald. De asemenea se pot aplica tratamente termice în vederea obtinerii unor proprietati tehnologice sau mecanice mai bune. Astfel, daca unei alame bifazice i se aplica o calire de la 800 ⁰C se fixeaza la temperatura ambianta o structura în mozaic, optima pentru exploatarea acestor materiale. Dupa revenirea înalta, se produc precipitari de solutie solida ceea ce conduce la cresterea duritatii si deci a caracteristicilor mecanice.

            Bronzuri. În mod traditional bronzul este aliajul Cu - Sn, dar tot astfel sunt denumite si alte aliaje ale cuprului cu Pb, P, Al, Be, Ni etc. În aceste cazuri se specifica elementul principal de aliere - adica bronz cu plumb, bronz cu aluminiu, bronz cu fosfor etc.

            Bronzurile obisnuite (Cu - Sn) cu pâna la 14 % Sn sunt monofazice, fiind formate din solutie solida a, ceea ce se constata din figura 10.4, unde este prezentata structura dupa recoacerea de omogenizare. Bronzurile cu staniu în cantitate mai mare (pâna la 26 % Sn) sunt bronzuri hipoeutectoide, structura lor fiind formata din solutie a si eutectoidul a + d, asa cum se observa din figura 10.5. Datorita fazei d fragile, bronzurile bifazice sunt dure, prelucrându-se numai prin turnare. Li se pot aplica tratamente de calire si îmbatrânire, în urma carora se obtin duritati de 250 - 280 HB.

            Bronzurile cu aluminiu au pâna la 9,8 % Al si structura tot solutie solida a. Au rezistenta mecanica buna, rezistenta ridicata la coroziune, dar au calitati antifrictiune mai slabe decât cele obisnuite.

            Bronzurile cu plumb au în jur de 30% Pb. Plumbul este putin solubil în cupru, astfel ca se regaseste sub forma de incluziuni sferoidale într-o masa de solutie a, foarte bogata în cupru (fig. 10.6). Au calitati antifrictiune foarte bune, fiind folosite pentru lagare de alunecare, dar au caracteristici mecanice scazute.

            Bronzurile cu beriliu prezinta proprietati complexe: rezistenta la rupere, elasticitate, rezistenta la coroziune de valori mari, prelucrabilitate buna prin deformare si aschiere buna, sudabilitate buna si nu produc scântei la lovire. Aceste proprietati îl fac apt pentru construirea de arcuri speciale, scule antiscântei.

            1.2. Structuri si proprietati ale unor aliaje de aluminiu

            Principalele elemente de aliere ale aluminiului sunt siliciul, cuprul, magneziul, iar în secundar manganul, nichelul, fierul, cromul si zincul. Aceste elemente maresc rezistenta si duritatea, reduc tenacitatea precum si conductibilitatea electrica si termica.

            Siluminiurile sunt aliaje Al - Si cu pâna la 20 % Si si se împart în trei categorii:

            - siluminiuri cu aproximativ 7 % Si având rezistenta mecanica redusa, rezistenta la coroziune buna si sunt destinate accesoriilor din industria alimentara;

            - siluminiuri de turnatorie cu continuturi de Si apropiate de cele eutectice (11,7 % Si);

            - siluminiuri hipereutectice cu 18 - 20 % Si destinate confectionarii pieselor speciale pentru motoare cu ardere interna.

            Structura si proprietatile aliajelor de turnatorie depind în mare masura de modul de elaborare si turnare. Structura se poate modifica prin introducerea unor mici cantitati de sodiu în timpul elaborarii. Prin modificare se finiseaza structura eutecticului, obtinându-se cristale rotunjite. Granulatie fina se obtine si prin turnarea în cochilie, datorita racirii rapide.

            Aliajele tip duraluminiu sunt aliaje complexe care au la baza aliajele Al - Cu, care contin si alte elemente cum ar fi: Mg, Mn, Fe, Si, Zn. Aceste aliaje sunt numite duraluminiuri datorita caracteristicilor de rezistenta ridicate, apropiate de ale unor oteluri mai moi. Modulul de elasticitate fiind mai mic decât al otelurilor, deformatiile elastice sunt mai mari la tensiuni egale. Caracteristicile ridicate de rezistenta se obtin datorita durificarii prin precipitarea compusului A1₂Cu₄ si a altor compusi cum ar fi Mg₂Si, A1₃Mg. Cele mai ridicate caracteristici de rezistenta se obtin la aliajele Cu 3,6 - 4,5 % Cu, 0,6 - 1,8 % Mg, 0,6 - 1,2 % Mn. Tratamentul termic se efectueaza în conditii speciale. Dupa calire în apa materialul este moale si plastic putând fi usor prelucrat prin deformare plastica. Structura în aceasta stare este formata din solutie solida suprasaturata. Aceasta este nestabila si se poate descompune chiar la temperatura ambianta precipitând compusii intermetalici prezentati. Fenomenul poarta numele de îmbatrânire si a fost descoperit accidental. S-a constatat ca produse din astfel de aliaje aveau duritati mult mai mari dupa 5 - 7 zile de depozitare la temperatura ambianta. Durata precipitarii se poate scurta prin reîncalzirea aliajului la 150 - 180 ⁰C.

            Aliajele tip duraluminiu se folosesc 1a fabricarea prajinilor de foraj, combinându-se avantajul rezistentei relativ ridicate cu greutatea redusa.

            1.3. Aliaje antifrictiune

            Sunt aliaje eterogene, având structura formata dintr-o matrice eutectica si din cristale dure. Pentru a fi folosit ca material antifrictiune în constructia lagarelor, un aliaj trebuie sa aiba urmatoarele proprietati: sa fie suficient de plastic pentru o acomodare buna cu suprafata conjugata; sa aiba coeficient de frecare redus, conductibilitate termica buna, temperatura de topire mica, duritate suficienta pentru a rezista la presiunile specifice din lagar.

            Aliajele antifrictiune se pot clasifica în: aliaje pe baza de Sn, aliaje pe baza de Pb, bronzuri, fonte, aliaje sinterizate poroase.

            Aliajele pe baza de Sn se utilizeaza la presiuni mici si turatii mari. Uzual se foloseste un aliaj 83 % Sn, 11 % Sb si 6 % Cu. Structura este formata din cristale geometrice regulate de Sn - Sb, cristale aciculare de Cu₃Sn dispuse sub forma de "stelute" într-o matrice moale eutectica (a -Cu₃Sn) asa cum se observa în figura 10.7.

            Aliajele pe baza de Pb sunt mai ieftine si se folosesc la fabricarea lagarelor ce lucreaza la presiuni mari si turatii mici.

            Se utilizeaza aliaje Pb - Cu, Pb - Cu - Mn mai ales pentru cuzineti de cale ferata. Structura este formata din cristale dure de compus chimic Pb₃Cu într-o matrice moale de solutie solida pe baza de Pb.

2. CONŢINUTUL sI SCOPUL LUCRĂRII

            Lucrarea are drept scop familiarizarea studentilor cu studiul structurilor specifice câtorva aliaje neferoase, utilizate mai des. Se vor studia microstructurile alamelor monofazice , bronzurilor hipoeutectoide, bronzului cu plumb, duraluminiului si aliajelor antifrictiune pe baza de Sn.

3. MODUL DE LUCRU sI APARATURA FOLOSITĂ

            Probele metalografice pregatite în mod corespunzator vor fi cercetate la microscop la mariri diferite. Se urmareste identificarea principalilor constituenti structurali ai aliajelor cercetate. Se vor face observatii cu privire la modul de pregatire a suprafetelor, atacul metalografic folosit.

4. CONŢINUTUL REPERATULUI

            Referatul va cuprinde schitele microstructurilor probelor cercetate, pentru fiecare precizându-se:

-         denumirea aliajului;

-         compozitia chimica;

-         fazele aliajului;

-         constituentii metalografici;

-         reactivul folosit pentru atac si marirea microscopului;

-         proprietatile principale si domeniul de utilizare.

UNIVERSITATEA PETROL-GAZE DIN PLOIEsTI

CATEDRA T.C.U.P.

DISCIPLINA: MATERIALE sI TEHNOLOSII PRIMARE

ANUL: II  IEDM - IDD

SEMESTRUL 1                                                                                   DATA ...............................

FIsA LUCRĂRII NR. 10

Tema: Structura si proprietatile aliajelor neferoase

Schitele structurilor analizate la microscopul metalografic:

  Figura 10.1. Alama monofazica                Figura 10.2. Alama monofazica                  Figura 10.3. Alama bifazica

                  în stare turnata                                         în stare recoapta

 Compozitie:.....Marire:...             Compozitie:........Marire:..     Compozitie:......Marire:...

        Figura 10.4. Bronz cu staniu                   Figura 10.5. Bronz cu staniu                  Figura 10.6. Bronz cu plumb

                structura monofazica                                    hipoeutectoid

Compozitie:.....Marire:...               Compozitie:........Marire:..                 Compozitie:......Marire:...

Figura 10.7. Aliaj antifrictiune Sn-Sb-Cu  

Compozitie:......Marire:...

Întocmit:                                                                       Verificat:

Nume ................

Prenume ............

Grupa..................

Semnatura...........