----------------------- Page 1----------------------tehnologia materialelor c u r s p e n t r u s e c t i i l e d e i n g i n e r i e e c o n o m i c a GEORGHE GURAU Extrudare directa n o s n a o p e p a e n u i s e r P Cursa poansonului ----------------------- Page 2----------------------tehnologia materialelor c u r s p e n t r u s e c t i i l e d e i n g i n e r i e e c o n o m i c a GEORGHE GURAU ----------------------- Page 3----------------------T E H N O L O G I A 7 M A T E R I A L E L O R Extrudare inversa

I N T R O D U C E R E 1 introducere Dezvoltarea economica a unei tari n contextul unei economi i de piata functionale depinde n mare masura de tehnologiile industriale de care dispune acea tara. Spun em aceasta deoarece activitatea industriala ntr-o tara precum Romnia o

cupa circa o treime din activitatea globala. ntr-o organizatie industriala managementul este asigurat de specialisti n domeniul economic si speciali n inginerie. Este de nteles de ce ambele categorii de special isti si cu att mai mult absolventii sectiilor de inginerie economica, trebui e sa cunoasca aspecte din ambele domenii. Tehnologia materialelor face parte din categoria stiintelor tehnico ap licative ntruct urmareste un scop practic nemijlocit si anume producerea si prelucrarea material elor. Scopul acestui curs l constituie transmiterea de cunostinte necesare pen tru alegerea unui material, forma constructiva, procedeu de prelucrare si control pentru anum ite conditii de solicitare si functionare ale unei piese sau ansamblu. 1.1. Procese tehnologice 1.1.1. Proces Conform standardului ISO 9000: 2000 procesul reprezint a ans amblul de activitati corelate sau n interactiune care transforma elementele de intrare n elemente de ie sire (fig. 1.1). Elementele de intrare n proces sunt caracterizate printr-o serie de var iabilele esentiale , x ). De asemenea, elementele de iesire ale procesu (x , x , lui sunt caracterizate prin 1 2 n variabilele esentiale ale lor (y , y , , y ). La rndul sau, procesul se caracteriz eaza printr-o 1 2 n serie de variabile esentiale ale sale (z , z , t interveni factori perturbatori (t , t , l precum si calitatea 1 2 , , z ). n desfasurarea procesului po 1 2 n influenteaza procesu

t ). Acestia n

elementelor de iesire. Procesul se supune unor legi si reguli prin care variabilele esentiale ale elementelor de intrare se transforma n variabile esentiale ale elementelor de iesire. Pe baza legilor si regulilor se poate dezvolta un model al procesului. Modelul este definit prin legatura functionala dintre variabilele esentiale ale procesului, ele mentelor de intrare si ale elementelor de iesire si care tie cont de factorii perturbatori. ----------------------- Page 4----------------------8 T E H N O L O G I A M A T E R I A L E L O R

I N T R O D U C E R E Factori perturbatori (t , t , , t ) 1 2 n Elemente PROCES de intrare (x , x ,..., x ) 1 2 n (z , z , ..., z ) 1 2 n REGULATOR Fig. 1.1. Schema generala a unui proces Procesul este sub control daca variabilele esentiale ale elementelor de iesire corespund specificatiilor de calitate. Pentru mentinerea sub control a procesulu i este necesar un regulator. Pe baza valorilor variabilelor esentiale ale elementelor de iesire , atunci cnd se manifesta o tendinta de iesire a procesului de sub control, regu latorul introduce corectiile necesare asupra variabilelor esentiale ale procesului. Astfel procesul se readuc e si se mentine sub control. Calitatea este n mod esential determinata de modul n care se organizeazasi se conduce procesul. Pentru ca un proces sa conduca la un rezultat de valoare este necesar sa fie ndeplinite urmatoarele conditii: calitate nalta a proiectarii (constructive si tehnologice) aprovizionare corecta - calitatea adecvata a materialelor si componentelor folos ite industrializare corecta calitate adecvata a mijloacelor (utilaje, scule, echipam ente) cu care se desfasoara procesul fabricare conforma asigurarea service-ului la client calitatea operatorilor pregatirea profesionala, cultura calitatii calitatea mediului de lucru calitatea vietii personalului Scopurile managementului proceselor sunt: mentinerea proceselor sub control efectuarea a ceea ce este necesar dominarea variabilitatii (dispersie mica a valorilor caracteristicilor de c alitate ale produselor) stimularea progresului continuu asigurarea eficientei economice (minimizarea costurilor) marirea productivitatii ----------------------- Page 5----------------------T E H N O L O G I A 9 M A T E R I A L E L O R de iesire (y , y , ..., y ) 1 2 n Elemente

I N T R O D U C E R E 1.1.2. Proces de productie Procesul de productie este un proces tehnico economic complex care cuprinde ansamblul activitatilor desfasurate ntr-o organizatie pentru realizarea unuia sau a mai multor produse. Structura unui proces de productie nglobeaza procese de organizare si c onducere, procese tehnologice, procese auxiliare, de desfacere etc. Procesul tehnologic reprezinta un ansamblu de operatii care se pot desfasura concomitent sau succesiv si care are drept scop transformarea materiei prime n p rodus. n figura 1.2. este prezentata structura principalelor procese tehnologice industri ale. Procese Tehnologice Procese de prelucrare Procese de asamblare Procese de rocese de Procese de Procese de formare mbunatatire re termica asamblare mecanica a proprietatilor r , i r e e r r i a p i m l r d e n o r i f r , a p e n r r e a u r f a e d u c e d e r m i r z m r e o a b l l i u b a p t a n o e m r e d t d r e e e d c e o n e e a p n t s d n r a t t e c u e p i i u p r c n a e l m i r b e r e p e a a r u l s tf n u a u a i c c e d a v l i i c e i r e a r r a o e a r r e i sl Procese de prelucrare a suprafetelor e i s e e P asambla

r t a o n i b b a l m E b i

e a s n e c

a r e c e u D l N d

m a t a

n e e s e m c

e e e s m s e e c c i b o o r r p P

a

n

o r m P

e r P T

r o t

a

m

r a r P t

Fig.1.2. Clasificarea proceselor tehnologice Procesele tehnologice sunt structurate n mai multe element e. Astfel din punct de vedere, al evidentelor normative, operative si contabile procesele tehnologice c uprind: stadii tehnologice, operatii tehnologice, faze tehnologice. Stadiile tehnologice reprezinta starile succesive ale transfo rmarii materiei prime ca parti distincte n evolutia unui proces tehnologic. Operatia tehnologica reprezinta elementul de baza a un ui proces tehnologic si cuprinde toate activitatile limitate n timp si spatiu pe care le desfasoar a operatorul la locul sau de munca pentru prelucrarea sau asamblarea unui produs. Faza tehnologica reprezinta o parte a unei operatii tehnolo gice care se desfasoara fara a schimba regimul de lucru utilajul sau sculele de prelucrare (faza de prel ucrare, faza de asamblare). Fazele tehnologice sunt caracterizate de paramet rii tehnologici (timp, temperatura, presiune, debit) care pot fi constanti sau variabili. Ciclul de fabricatie reprezinta timpul necesar parcurgerii ntregului pro ces tehnologic de la materie prima la produs finit. Fluxul tehnologic nglobeaza toate fazele tehnologice reprezentarea sa gr afica purtnd denumirea de schema fluxului tehnologic (fig.1.3.) A Faza 1 B A C Fig.1.3. Schema fluxului tehnologic ----------------------- Page 6----------------------A ,B,C Faza 2 Faza 3

10

T E H N O L O G I A S T R U C T U R A 2

M A T E R I A L E L O R M A T E R I A L E L O R

stru ctura materialelor 2.1. Introducere Materialele de baza utilizate n inginerie sunt: metalele si aliajele, materialele ceramice si polimerii. Combinatiile dintre aceste trei clase principale de mater iale conduc la o a patra clasa , materialele compozite. Toate materialele despre care am amintit sunt formate din atomi si molecule. Dispunerea atomilor si moleculelor se poa te face dezordonat ca n cazul gazelor sau poate prezenta o ordonare pe distanta scurta, cazul lichidelor. n cazul materialelor solide insa atomii si moleculele se leaga prin intermediul unor for te de coeziune specifice si pot prezenta doua forme structurale: cristaline si ne cristaline sa u amorfe. Metalele prezinta ntotdeauna n stare solida o structura cristalina definita ca o ordonare periodica a particulelor pe distanta lunga. Metalele po t avea astfel o structura monocristalina (fig.2.1.) sau policristalina. Fig. 2.1. Structura policristalina Alte materiale de exemplu sticlele si alte materiale ceramice, majorit atea polimerilor si chiar unele aliaje racite ultrarapid adopta o structura amorfa care chiar si n stare solida prezinta o ordonare a atomilor la mica distanta asemenea lichidelor. 2.2. Structuri cristaline La solidificarea din stare lichida sau din topitura atomii si molecul ele din care sunt constituite materialele se compactizeaza adoptnd n multe cazuri o structura foarte ordonata ----------------------- Page 7----------------------T E H N O L O G I A 11 S T R U C T U R A M A T E R I A L E L O R M A T E R I A L E L O R

dar pot adopta de asemenea si o structura dezordonata. Se pot distinge astfel do ua structuri fundamentale ale materiei: structura cristalinasi structura amorfa. Cnd trec din stare lichida n stare solida multe substante formeazacrista le. Aceasta este o caracteristica a metalelor dar si a mai multor materiale ceramice sau pol imeri.

ntr-o structura cristalina atomii ocupa pozitii spatiale bine determina te care formeaza un asa numit motiv sau baza materiala a retelei cristaline si care se repeta de milioane de ori n volumul unui cristal. Putem sa ne imaginam o structura cristalina ca o retea de puncte sau noduri formata dintr-un numar nedefinit de puncte asezate ordonat la distante specifice. Aceste puncte sunt ocupate de atomi, ioni sau molecule motivul cristalin. Structura cristalina a unui material este astfel formata prin repetarea unei celule elementare Celula elementara este cel mai mic poliedru care translat spatial conduce la obtinerea n tregii retele cristaline (fig.2.2.) b c a Fig.2.2. Structura cristalina cubica centrata inte rn a. celula elementara, b. celula elementara avnd nodurile ocupate cu atomi, c. motiv repetitiv ntr-o structura cristalina cub cu volum centrat 2.2.1. Tipuri de structuri cristaline specifice metalelor Marea majoritate a metalelor cristalizeaza n sisteme cu s imetrie simpla: cubic sau hexagonal. Datorita legaturii metalice foarte puternice atomii metalici adopta u n aranjament compact. Astfel pentru metale sunt comune trei tipuri de structuri cristaline( f ig.2.3.): cubica centrata intern (c.v.c. cub cu volum centrat), cubica cu fete centrate (c.f.c.) si hexagonal compacta (h.c.) Fig.2.3. Tipuri de celule elementare ale structurilor cr istaline a. CFC, b. CVC, c. HC n tabelul 2.1. sunt prezentate structurile cristaline ale ctorva metale comune. ----------------------- Page 8----------------------12 R R Tabelul2.1. Structura Cubica centrata intern(CVC) Metal Crom Fier T E H N O L O G I A S T R U C T U R A M A T E R I A L E L O M A T E R I A L E L O

Cubica cu fete centrate (CFC)

Hexagonal compacta (HC)

Molibden Tantal Wolfram Aluminiu Cupru Aur Plumb Argint Nichel Magneziu Titan Zinc

2.2.2. Imperfectiuni n cristale Un cristal perfect este acel cristal n care celula elementara se repet a fara ntrerupere de un numar infinit de ori. Sunt situatii n inginerie n c are se doreste obtinerea de monocristale perfecte de exemplu n cazul monocristalelor de siliciu pe care se vo r integra ulterior componente electronice microscopice. De cele mai multe ori nsa cristalele sunt afectate de imperfectiuni numite si defecte ale structurii cristaline. Aceste i mperfectiuni pot pare spontan n timpul solidificarii atunci cnd structura cristalina perfecta este n trerupta de limite care marginesc grauntii cristalini (cristalite), sau sunt induse n procesu l de fabricatie cum este cazul introducerii elementelor de aliere care mbunatatesc semnificativ p roprietatile materialelor. Din punct de vedere geometric imperfectiunile structurale se mpart n pa tru categorii: 0D- imperfectiuni punctiforme 1D- imperfectiuni lineare 2D- imperfectiuni de suprafata 3D- imperfectiuni volumice Imperfectiuni punctiforme. Din cadrul parte: vacantele, atomii interstitiali si atomii de substitutie. acestei grupe de defecte fac

1. vacante Atom interstitial 2. atom interstitial Vacanta 3. atom de impuritate interstitial 4. impuritati de substitutie Fig.2.4. Imperfectiuni punctiforme Vacantele sunt zone n structura cristalina n care lipsesc atomi. A tomii interstitiali pot fi atomi identici cu cei aflati n nodurile retelei sau specii diferite de atomi numi te impuritati. ----------------------- Page 9-----------------------

E L O R E L O R

T E H N O L O G I A 13 S T R U C T U R A

M A T E R I A L M A T E R I A L

Un metal de nalta puritate 99,999% este de fapt un metal care are o i mpuritate la 106 atomi. Impuritatile apar n structura cristalina a materialului inte ntionat sau neintentionat. Astfel introducerea unei cantitati mici de carbon n fier conduce la aparitia unui alt material otelul cu proprietati superioare fierului pur (fig.2.5.) C 2.5.Atom interstitial de carbon n structura CVC a fierului Fe Imperfectiuni liniare - dislocatiile. Dislocatiile sunt grupuri de imperfectiuni punctiforme conectate care formeaza o linie n structura reticulara a cristalului. Dislocatiil e sunt de doua tipuri: dislocatii marginale si dislocatii elicoidale (fig2.6.) Dislocat ie elicoidala Dislocatie marginala 2.6. imperfectiuni lineare. a. dislocatie marginala, dislocatie elic oidala Dislocatia elicoidala formeaza o spirala n jurul liniei dis locatiei. Ambele tipuri de dislocatii pot apare n structura cristalina n timpul solidificarii de asemenea pot fi initiate n timpul deformarii plastice a materialelor sau n timpul transformarilor de faza cu variatie de volum. Teoria dislocatiilor este deosebit de utila n explicarea comportarii metalelor la deformare plastica. Defectele de suprafata sunt imperfectiuni bidimensionale ca re formeaza limite. Cel mai la ndemna exemplu fiind limitele dintre grauntii cristalini. Chiar si n interiorul grauntilor cristalini pot apare limite care separa subgraunti la rndul lor format i din blocuri n mozaic. Dintre defectele de suprafata amintim: limi ta de graunte (fig.2.7.), limita de subgraunte, structura de locuri n mozaic, limita de macla, defecte de mpachetare e tc. subgraunte limita de limita de graunte

macla sublimita graunte Fig. 2.7. defecte de cristalin suprafata blocuri n mozaic ----------------------- Page 10----------------------14 T E H N O L O G I A S T R U C T U R A M A T E R I A L E L O R M A T E R I A L E L O R

Defecte de 3D- volumice sunt reprezentate prin pori microfisuri, sau incluziuni nemetalice. Aceste defecte afecteaza puternic proprietatile optice, termice, e lectrice si mecanice ale materialelor cristaline. 2.2.3. Deformarea n cristalele metalice Deformarea monocristalelor Deformarea monocristalelor poate sa aiba loc prin alunecare si prin ma clare. Deformarea prin alunecare consta n deplasarea unor n raport cu altele(fig.2.8) pe o directie, avnd densitatea maxima de e alunecare. Daca asupra unui monocristal actioneaza forte structura ia nastere o stare de tensiune care conduce n prima faza a procesului la a ntregii retele. Alunecarea reciproca a partilor cristalului are loc r si directiilor cu cea mai mare densitate de atomi. Distanta pe care se produce unul sau mai multi parametri ai celulei,cuprinznd straturi, care, n eformarii, au grosimi cuprinse ntre 10-3 si10 -8 cm t Plan de alunecare alunecare Fig. 2. 8 Deplasarea prin alunecare a unui plan de atomi fata de altul Analizndu-se deformarea prin alunecare, s-a putut constata ca o parte a cristalului n raport cu alta, se deplaseaza pe o distanta egala cu un numar ntreg de distante i nteratomice, deplasarea producndu-se pe mai multe plane de alunecare simultan formndu-se benzi de t Plan de parti din monocristal atomi, numite plane d exterioare, n

o deformare elastica de-a lungul planelo alunecarea masoara functie de conditiile d

alunecare. Deplasarea atomilor pe planele atunci cnd tensiunea tangentiala atinge o valoare critica maxima.

de alunecare

se produce

Deformarea prin maclare Maclarea consta n deplasarea unei portiuni din cristal dea lungul unui plan de maclare (fig.2.9), rezultnd doua parti simetrice fata de acest plan . Spre deosebire de alunecare, la maclare participa toate planele atomice din regiunea maclata. Maclarea nu produce deformatii remanente mari. Pri n maclare se modifica orientarea unor portiuni de graunti astfel nct noi sisteme de alunecare vor ajunge n pozitii favorabile fata de directia fortei. Deci nsoteste de multe ori alunecarea si o fa vorizeaza. ----------------------- Page 11----------------------T E H N O L O G I A 15 S T R U C T U R A t a Plan de m aclare a Fig2. 9 Schema mecanismului de deformare prin maclare 2.2.4 Deformarea agregatelor policristaline Metalele policristaline sunt conglomerate n care cristalele sunt orientate ntmplator,avnd marimi diferite care depind de limitele dimensionale. n cazul agregatelor policristaline, deformarea plastica a acestora este nsotita n general de urmatoarele fenomene: - deformarea plastica a grauntilor cristalini, adica deformarea intracristalina, care se realizeaza prin alunecare si maclare; - deplasarea relativa a grauntilor, sau deformarea intercristalina; - fragmentarea grauntilor. O influenta importanta asupra modului de comportare la deformare a grauntilor agregatelor policristaline o au limitele grauntilor. Limitele grauntilor pot determina cresterea sau scader ea rezistentei mecanice n functie de: temperatura, viteza de deformare, grad de puritate etc. In aceasta situatie deformarea agregatelor policris taline reprezinta rezultatul deformarii fiecarui cristal n parte si a deplasarii si rotirii relative a crist alelor unele fata de celelalte. n ceea ce priveste deformarea fiecarui cristal n parte, aceasta are loc M A T E R I A L E L O R M A T E R I A L E L O R

ca si in cazul monocristalelor, prin alunecare si maclare. Efortul necesar pentru deformarea agregatelor policristaline,va fi cu a tt mai mare cu ct retelele cristalografice ale grauntilor vor avea un numar mai mic de sisteme d e alunecare In ceea ce priveste comportarea la deformare a agregatelor policristali ne se constata deosebiri ntre situatia n care toate cristalele acestora sunt dintr-un singur meta l si situatia n care avem de-a face cu un aliaj Se presupune ca limitele grauntilor cristalini constituie bariere pentr u alunecari, cea ce influenteaza n mare masura cresterea rezistentei mecanice a agregatelor policrist aline. n grauntii agregatelor policristalini, planele de alunecare sunt orienta te diferit unele fata de altele. Datorita acestui fapt, sub actiunea unor forte exterioare deform area plastica nu va ncepe n toti grauntii n acelasi timp, ci n primul rnd n grauntii cu orientarea cea mai favorabila a planelor de alunecare fata de directia fortei exterioare. Restul grauntilor se va deforma elastic. Orientarea cea mai favorabila pentru nceperea deformarii plastice o au grauntii cu planele de alunec are situate la 45 fata de directia de actiune a fortei exterioare. Daca se continua deformar e, grauntii deformati vor exercita presiuni asupra grauntilor nvecinati, vor apare tensiuni care vor produc e deformarea plastica a retelei. Cnd deformarea plastica cuprinde ntregul volum al metalului, pot aparea d eplasari ale grupelor de cristale avnd ca efect ruperea sau fragmentarea grauntilor. O def ormare n continuare va produce alinierea axelor tuturor grauntilor fata de directia fortei exterioare. Grauntii si pierd forma initiala, se alungesc, marginile lor di spar si structura materialului ----------------------- Page 12----------------------16 O R O R devine fibroasa. O astfel de structura are ca efect variatia proprietatilor fizi co-mecanice pe diferite directii fata de directia de actiune a fortei exterioare. 2.3. Structuri amorfe Multe materiale importante de exemplu lichidele si gazele nu sunt cr istaline, apa si aerul nu au structura cristalina. Metalele si ele si pierd structura cristalina p rin topire. Sunt si exceptii de exemplu mercurul este lichid la temperatura ambianta ntruct temperatur a sa de topire este negativa (- 38 0C). Clase importante de materiale precum sticlele, c T E H N O L O G I A S T R U C T U R A M A T E R I A L E L M A T E R I A L E L

auciucul, multe dintre masele plastice nu au structura cristalina n stare solida, ele se numesc materiale amorfe. Structura amorfa poate fi dobndita si de unele aliaje atunci cnd se solidifica ultrarapid literatura le mai numeste si sticle metalice. Structura amorfa va avea ca si lichidul din care provine grupari de a tomi sau molecule ordonate pe scurta distanta. n figura 2.10. sunt prezentate alaturat o structura cristalina, compacta, regulata, repetitiva, si o structura amorfa mai putin densa n care atomii se aseaza la ntmpla re. a. b. Fig.2.10. Structura cristalina (a) si structura am orfa (b) Este interesant de studiat pentru aceste doua clase de materiale (fig.2.11.) m u l o V Lichid Caldura subracit latenta Structura amorfa Structura cristalina Temp eratura Ta cristalina si a unei sticle cu structura amorfa Se observa ca la temperatura de topire T brusca de volum metalul sufera o crestere m crestere nsotita de absorbtie de caldura. Nu acelasi lucru se o bserva n cazul materialelor amorfe. Aici trecerea solid lichid se face cu crestere de volum dar nu brusc. Ma terialul trece mai nti printr-o stare vscoasa de lichid subracit si apoi in lichid. La solidificar e metalele sufera o contractie brusca ca urmare a trecerii la o structura c Tm transformarea solid lichid

Lichid

Fig.2.11. Modificarea volumului unui metal pur cu structura

ristalina ordonata puternic compactizata. Solidificare se produce cu cedare de caldura (caldura latenta de s olidificare). de dislocatie. ----------------------- Page 13----------------------T E H N O L O G I A 17 P R O P R I E T AT I L E I A L E L O R 3 proprietatile mecanice ale materia lelor 3.1. Introducere Proprietatile mecanice ale materialelor reflecta comportarea acestora atunci cnd sunt supuse unor eforturi mecanice externe. Aceste proprietati pot fi proprietati de rezistenta (limita de rupere, limita de curgere, duritate) sau proprietati de plasticitate (alungirea la rupere, strictiunea sau gtuirea la rupere ). Atunci cnd un material are pe lnga pro prietati de rezistentasi proprietati bune de plasticitate putnd absorbi energie n domeniul def ormatiilor plastice este un material tenace. Proprietatile mecanice sunt de osebit importante att n proiectare ct si n alegerea tehnologiilor de prelucrare. Daca n pr imul caz materialele trebuie sa aiba o rezistenta suficient de mare pentru a suporta eforturile exter ioare astfel nct geometria piesei sa nu sufere modificari semnificative, in cazul prelucrarii for tele exterioare trebuie sa aiba valori mai mari dect rezistenta la deformare a materialelor. Este de nteles ca proiectantii ti doresc materiale foarte rezistente n timp ce specialistii n prelucr ari cei care trebuie sa materializeze aceste proiecte si doresc materiale care sa poata fi pre lucrate usor. n acest capitol ne propunem sa examinam proprietatile mecanice ale materialelor im portante n prelucrarea materialelor. 3.2. Rezistenta si plasticitatea Rezistenta este proprietatea materialelor de a se opune actiunii fortel or exterioare care tind sa le afecteze integritate (R). Sub actiunea fortelor externe n interiorul m aterialului iau nastere eforturi interne sau tensiuni interne. Astfel sub actiun ea unei forte F aplicata pe capetele unei probe (fig.1.) n material ia nastere o tensiune s numitasi efort u nitar normal ntruct forta actioneaza perpendicular pe suprafata transversalaS a probei. M A T E R I A L E L O R A L E M A T E R

M E C A N I C E

F F [MPa] S Fig.3.1. Corp supus la tractiune ----------------------- Page 14----------------------18 R T E H N O L O G I A M A T E R I A L E L O A L E M A (1) S F s

P R O P R I E T AT I L E T E R I A L E L O R

M E C A N I C E

Plasticitatea este proprietatea materialelor de a suporta deformatii p ermanente fara ca n interiorul materialului sa apara fisuri. Rezistenta si plasticitatea materialelor se pot determin a prin mai multe tipuri de ncercari mecanice distructive: ncercarea la tractiune, ncercarea la compresiune, nce rcarea la rasucire etc. n cele ce urmeaza vom defini principalele proprietati de rezistenta si plasticitate utiliznd ncercarea la tractiune, curba tensiune, deformatie reprezentnd relatia de baza care defineste aceste proprietati. ncercarea la tractiune presupune aplicarea lentasi continu u crescatoare (10 N/s) a unei forte pe capetele unei probe pna la ruperea acesteia. Proba (fig.3.2.) prezinta o zona calibrata pe care de la nceput se marcheaza prin punctare doua repere avnd ntre ele distanta L0 . Dupa rupere cele doua capete ale probei se aduc n contact si se masoara distanta dintre cele doua repere notata acum cu L. Fig. 3.2. Masina de ncercare la tractiune (a), sistemul de vizualizare si nregistrare a fortei (b), probe dupa rupere (c) b. a. c.

n timpul ncercarii se poate nregistra variatia fortei cu alungirea ?L ( fig.3.3.), unde ?L este alungirea absoluta a probei: ?L (2) 0 L -L [mm]

Daca alungirea absoluta este uniform repartizata pe ntreaga zona calib rata a probei atunci se poate calcula alungirea relativasau deformatia specifica a unitatii de lungime pe care o vom nota n continuare cu e si care se calculeaza cu relatia: L -L ?L 0 e 100 100 [%] L L (3) 0 0 F [daN] F p ?L[mm] Fig. 3.3. Diagrama de variatie a fortei cu alungire probei Obtinuta pe sistemul de nregistrare al masinii de ncercare la tractiune ----------------------- Page 15----------------------E L O R T E H N O L O G I A 19 M A T E R I A L A L E

P R O P R I E T AT I L E M A T E R I A L E L O R

M E C A N I C E

Sub actiunea fortei F proba se lungeste iar n interiorul materialului ia nast ere, dupa cum am vazut, un efort normal s [MPa] (1). Definirea caracteristi cilor materialului se face prin trasarea curbei s=f(e). Deoarece este dificil masurarea sect iunii probei pe toata durata ncercarii tensiunea s a fost nlocuita cu o tensiune conventionalaR: F (4) R S 0 3.2.1. Variatia tensiunii conventionale R cu deformatia specifica e. Curba conventionala Variatia tensiunii conventionale R cu gradul de deformare e poart a numele de curba lui Hooke (fig. 3.4.) Punctele specifice pe aceasta curba se determina prin calcul datele putnd fi luate din diagrama prezentata n figura 3.3.sau utilizn d sisteme performante de achizitii de date. R [MPa] R [M [MPa]

Pa] D E R m E F C Rp0, 2 B C 01 Rp0,2 Rp0,01 A Rp a a e [%] e= 0.01% e= 0.01% e= 0.2 % e= 0.2 % e [%] A Rp B D Rp0, R m

e plastic e plastic e total e total a. b. e elastic

e elastic

Fig.3.4. Forme tipice de curbe caracteri stice a. cu limita de curgere aparenta, b. fara limita de c urgere aparenta. Curba caracteristica prezinta o portiune liniaraOA n care alungirea epruvetei este proportionala cu forta aplicata. Pe aceasta zona este valabila legea lui Hoo ke: R=e E (5) Unde E este modulul de elasticitate longitudinal sau modulul lui Young [MPa] Tensiunea corespunzatoare punctului A poarta numele de limita de proportion alitate si se noteaza Rp . Limita de proportionalitate se calculeaza u tiliznd valoarea fortei Fp din unde E=tga

diagrama 3.3. Pna n punctul A materialul are o comportare el astica. Astfel ndepartarea sarcinii pe zona OA face ca epruveta sa revina exact la dimensiunile initial e, distanta dintre repere ramnnd neschimbata. ----------------------- Page 16----------------------20 I A L E L O R Tensiunea corespunzatoare punctului B poarta numele de limita de elasti citate tehnica se noteaza cu Rp0,01 si reprezinta tensiunea care determina o alungire relati va neproportionala de 0,2%. Limita de elasticitate tehnica se calculeaza ca raport dintre forta F c orespunzatoare pentru o alungire ?L0.01 si sectiunea initiala a probei. Alungi rea ?L0.01 se calculeaza corespunzator unei deformatii remanente n probae=0,01%. Tensiunea corespunzatoare punctului C poarta numele de limita de curgere si se noteazaRp0,2 . Limita de curgere conventionala reprezinta tensiunea care determi na o alungire relativa neproportionala de 0,2% si se calculeaza similar limi tei de elasticitate tehnica considerndu-se de data aceasta o deformatie remanenta n proba de 0,2%. Palierul CD poarta numele de palier de curgere. Se obser va ca proba se alungeste semnificativ fara ca forta sa creasca. Doar unele materiale prezinta palier de c urgere (Cu, Al) marea majoritate au caracteristica similara cu cea prezentata n figur a 3.4.b. Pe zona DE tensiunea conventionalaR creste ca urmare a cresterii fortei. Aceasta crestere se explica prin faptul ca materialul se ecruiseaza (vezi capitolul5.3.1.). Zona dinain tea punctului D poarta numele de zona de ecruisare. Tensiunea corespunzatoare punctului D poarta numele de rezistenta la rupere se noteazaRm si se calculeaza ca raport dintre forta maxima atinsa pe parcursul ncercarii si sectiunea initiala a probei: F Rm (6) S 0 La un moment dat pe zona calibrata a probei apare o subtiere, gtuire, care se accentueaza rapid. Deformarea probei se concentreaza doar n zona ac estei gtuiri ceea ce face ca forta sa scada deoarece sectiune probei scade. Ruperea probei survine n p unctul E. Un material care are o comportare ca cea descrisa mai nainte se numeste ductil. D uctilitatea max [MPa] T E H N O L O G I A P R O P R I E T AT I L E M A T E R I A L E L O R A L E M A T E R

M E C A N I C E

fiind proprietatea materialelor de a suporta deformatii plastice mari pna la rupe re. Materiale precum otelurile calite, otelurile pentru arcuri, fonta sunt numite materiale fragile Materialele fragile prezinta gtuiri nesemnificative iar alungirea pna la rupere es te mica. 3.2.2. Variatia tensiunii s cu gradul de deformare e. Curba rationala Curba rationala exprima variatia tensiunii s (1) cu gradul de deformare e. Considernd legea volumului constant pe zona calibrata a probei avem: S0 L0 S S 1 (7) L 0 F s S S 0 Deformatia rationalae se calculeaza astfel: L dL e (8) ?L 0 e ln(1+e) ----------------------- Page 17----------------------T E H N O L O G I A 21 P R O P R I E T AT I L E E R I A L E L O R M A T E R I A L E L O R A L E M A T lnL -lnL 0 ln L 0 L ?L +?L ? ln? 0 ? ? L ? 0 ? ? F (1+e) R(1+e) 0 ?L S L S 0 1+e S(L -?L)

M E C A N I C E

Dupa depasirea limitei de elasticitate, deformatiile mari pe care le capata epruveta ncep sa produca o micsorare importanta a sectiunii transversale. Din aceasta cauz a, tensiunea reala din proba egala cu raportul dintre forta de tractiune nregist rata pe masinasi aria sectiunii momentane reale este mai mare dect valoarea c onventionala obtinuta prin raportarea fortei la aria sectiunii initiale. Daca n sistemul de coordonate R, e se obtine o curba caracteristica conventionala, n coordonate s ,e se obtine caracteristica ra tionala, reala (fig.3.5.). Desi n punctul D forta ncepe sa scada, tensiunea re ala creste n continuare deoarece epruveta se gtuieste iar sectiunea acesteia scade rapid.

R s[MPa] [MPa] D D 10 0.50 b. Fig.3.5. Curbe caracteristice a. conventionala, b. rationala 3.3. Alungirea la rupere Probele, dupa cum am vazut, prezinta pe zona calibrata dou a repere ntre care se considera lungimea initialaL . Aceasta lungime se alege functie de diametrul pr obei d astfel 0 0 nct raportul n= L / d numitfactor dimensional sa aiba valoarea 5 sau 10. 0 0 Alungirea la rupere se va simbolizeaza: A5 sau A 10, indicele 5, respectiv 10 reprezentnd valoarea factorului dimensional. Calculul alungirii la rupere se face cu relatia: L -L0 (9) A5 L 0 3.4. Gtuirea la rupere Notata cu Z, gtuirea la rupere sau strictiunea se calculeaza ca raport dintre diferenta ariei sectiunii transversale initiale si a sectiunii ultime respe ctiv a sectiunii n zona gtuita dupa rupere si aria sectiunii initiale a probei. Gtuirea se exprima n procente. S0 -S (10) Z S 0 ----------------------- Page 18----------------------22 A L E L O R T E H N O L O G I A P R O P R I E T AT I L E M A T E R I A L E L O R A L E M A T E R I 100 [%] 100 [%] 1 e a. 20 30 e [%] 0.1

M E C A N I C E

3.5. Duritatea Duritatea se defineste ca rezistenta pe care o opune m aterialul la actiunea de patrundere din exterior a unui corp dur numit penetrator. Metodele de determinar e a duritatii se pot clasifica functie de forta cu care se actioneaza penetratorul n doua cate gorii: a. metode statice la care viteza de actionare este sub 1mm/s si care se de osebesc ntre ele n special prin forma penetratoarelor. Dintre aceste metode amintim: meto da Brinell, Rockwell, Vikers b. metode dinamice dinamico-plastice (metoda Poldi ) dinamico-elastice (metoda Shore) 3.5.1. Determinarea duritatii prin metoda Brinell Duritatea Brinell simbolizataHB (H de la englezescul har deness, B de la Brinell) aparuta la nceputul secolului trecut permite determinarea duritatii metalelor net ratate termic precum si a aliajelor cu duritati reduse si medii. Metoda consta n imprimarea p e suprafata probei a unei bile din otel cu diametrul D sub actiunea unei forte F. Duritatea se calculeaza ca raport dintre forta F si suprafata calotei sferice lasata de penetrator pe pr oba (fig. 3.6.. F HB S F (11) HB pD ( D - D 2 Unde d este diametrul amprentei F D b d a b h H Fig.3.6. Schema determinarii duritatii prin metoda Brin ell a Deoarece ncercarea rece doua amprente presupune deformare plastica locala l 2 -d 2 ) [MPa]

succesive nu se vor face prea aproape de marginea probei sau prea aproape intre ele (a = 2,5 d, b = 4 d ) de asemenea proba trebuie sa aiba o grosime su ficient de mare pentru ca materialul sa nu se ecruiseze pe ntreaga sectiune a probei (H = 8h). Determinarea diametrului d se face utiliznd un dispozitiv optic numit lupa Brinell. Alegerea parametrilor ncercarii se face cu ajutorul standardelor, astfel functie de materialul probei s i a diametrului penetratorului standardul recomanda timpul de apasare precum si valoarea fortei. ----------------------- Page 19----------------------T E H N O L O G I A 23 P R O P R I E T AT I L E R I A L E L O R 3.5.2. Determinarea duritatii prin metoda Vickers Metoda similara cu cea prezentata mai sus utilizeaza un penetrator sub forma de piramida dreapta cu baza patrat din, diamant. Denumirea vine de la firma care a construit pentru prima data acest tip de aparate. Ca si in cazul duritatii Brinell forta F este aplicata lent asupra penetratorului (fig.3.7.)asezat pe suprafata probei . Durit atea HV se calculeaza ca raport intre fortasi aria suprafetei laterale imprimata pe proba. F 0 136 d1 d2 Fig.3.7. Schema ncercarii Fig.3.8. Urma lasata de penetrator pe proba 1.8544 F d 2 n relatia 13 d reprezinta media diagonalelor amprentei. Si n cazul acest ei ncercari se are n vedere distanta dintre amprente :a=3d, b= 2.5d. b HV [MPa] F S [MPa] (13) (12) HV M A T E R I A L E L O R A L E M A T E

M E C A N I C E

a b Fig.3.9. Pozitia a doua amprente succesive 3.5.3. Determinarea duritatii prin metoda Rockwell Metoda apreciaza duritatea prin masurarea adncimii de patrundere a unui penetrator din diamant de forma conica (fig.3.10.) sau sferica din carburi dure sinterizate asupra caruia se aplica mai nti o forta micaF0(10 daN) pentru a aduce penetratorul n contact perf ect cu materialul dupa care se aplica o forta suplimentaraF1 (150 daN) ----------------------- Page 20----------------------24 R I A L E L O R F0 o 120 100 HRC a c e b HR E=0.2 mm 0 HRC HR=E-e, unde e=c-a Fig.3.10. Schema determinarii duritatii prin metoda Rock well Se considera un plan arbitrar ales la 0.2 mm n materi al: daca penetratorul, sub actiunea fortelor F +F nu avanseaza deloc atunci duritatea este 100 HRC iar daca avanseaza 0 1 0.2 mm sau mai mult duritatea este 0 HRC. Aceasta observatie a permis gradarea s cari unui ceas comparator (fig.3.11.)care urmareste deplasarea penetrat orului direct n unitati de duritate Rockwell. F +F 0 1 F0 T E H N O L O G I A P R O P R I E T AT I L E M A T E R I A L E L O R A L E M A T E

M E C A N I C E

b Fig.3.11. Vedere frontala unui Pozitia a doua duritmetru Rockwell te succesive Fig.3.12. ampren

Ca si la duritatea Brinell se are n vedere distanta dintre doua amprente succesiv e (fig.3.12.) b=3 mm. 3.5. Rezilienta Determinarea rezilientei, considerata ca raport ntre energia consumata pentru ruperea unei probe si sectiunea acesteia, se face printr-o ncercare dinamica la nc ovoiere. ncercarea este cunoscuta ca ncercarea la ncovoiere prin soc. Instalatia (fig.3.13.) este de fapt, un pendul gravitatio nal care poarta numele de ciocanul pendul Charpy. ----------------------- Page 21----------------------T E H N O L O G I A 25 P R O P R I E T AT I L E E R I A L E L O R M A T E R I A L E L O R A L E M A T

M E C A N I C E

Energia potentiala pe care o dezvolta poate fi de 150 J sau 300 J functie de pen dulul care se monteaza. Energia consumata pentru ruperea probei se calculeaza cu relatia: W=G(H-h) [J] Pendul si poate fi citita dir ect pe cadranul aparatului. Probele o crestatura n rupte dintr-o u sau v (fig.3.14) si singura lovitura aplicata pe fata opusa crestaturii. 30(15) daJ lizeaza o proba cu ataKCU 0 daJ crestatura n se calculeaza cu relatia: W 2 KCU [J / cm ] H S 0 u Daca se rezilienta uti not sunt prezinta

unde: W este energia c onsumata pentru ruperea probei si se citeste pe cadranul aparatului iar S0 exprimata n centimetri Proba a sectiunii din dreptul Daca se utili n v atunci rezilienta va fi: KV=W Fig.3.13. Pendulul gravitational [J] Charpy crestaturii. h zeaza epruvete cu crestatura este suprafata

Unde W este energia citita pe cadranul aparatului. R R h l l b a a c a. epruveta cu crestatura n u, b. epruveta cu crestatur a n v Lungimea l a epruvetelor este de55 mm. Epruvetele normale au sectiunea 10x10 mm, naltimea b este ntotdeauna 10 mm dar latimea poate fi diferita, se pot confectiona astfel epruvete nguste a avnd valoarea de 7.7 sau 5 mm. De asemenea la epruvetele cu cre statura n u adncimea h poate varia (2,4,sau 5mm). Simbolizarea rezultatelor ncercarii va ti ne cont de tipul epruvetei folosite. Astfel KCU 150/2/5 = 135J arata ca ncercarea s-a f acut cu un ciocan cu W 150 J pe o epruveta cu crestatura n u cu adncimea h 2 mm si latime d e 5mm. 0 Daca s-ar fi utilizat un pendul de 300 J si o epruveta normala atunci simbolul a r contine doar valoarea adncimii crestaturii: KCU 2 = 135 J Pentru indicarea rezilientei pe o ep ruveta cu crestatura n v (energia consumata pentru ruperea probei) se foloseste simbolul KV urmat de valoarea W exprimata de data aceasta n daJ si latimea b a probei. De exemplu KV 15/5= 70 a b. b

Fig.3.14. Epruvete pentru ncercarea la ncovoiere prin so

0 J daca ncercarea se face pe probe normale cu un pendul de 30 J simbolizarea se s implifica: KV = 70 J. ----------------------- Page 22----------------------26 E R I E 4 materiale utilizat e n inginerie Materialele utilizate n industrie se pot clasifica n trei categorii de baza: metale, materiale ceramice, polimeri. Fiecare dintre aceste materiale prezinta caracteristici c himice, fizice si mecanice, specifice, precum si procese de prelucrare diferite pentru a fi transformate n pr oduse finale. n afara de categoriile de baza amintite mai sus mai putem vorbi si de o treia categorie - materiale compozite. Sunt trei tipuri de baza (fig. 4.1.) de materiale compozi te: compozite metal-ceramice, ceramice polimeri si metale polimeri. Compozite Metal - ceramice i Fig.4.1. Celor trei tipuri de materiale si materiale ceramice compozite Compozite Ceramice - polimeri 4.1. Metalele n general materialele metalice utilizate n industrie se regasesc sub for ma unor aliaje. Aliajele sunt formate din amestecuri de doua sau mai multe elemente din care cel putin unul este metal. Putem vorbi astfel de doua categorii de metale: feroase si neferoase . ----------------------- Page 23----------------------L O R T E H N O L O G I A 27 M A T E R I A L E polimeri metale Compozite Metal - polimer T E H N O L O G I A M A T E R I A L E M A T E R I A L E L O R N I N G I N

U T I L I Z A T E

M A T E R I A L E N G I N E R I E

U T I L I Z A T E

N I

Metale feroase Metalele feroase sunt niste aliaje care au ca baza fierul. Aceasta categorie de materiale formata din oteluri si fonte, constituie grupul de materi ale comerciale cel mai important avnd o pondere de trei patrimi din totalul metalului utilizat a stazi n lucru. Astfel, desi fierul pur are o utilizare comerciala restrnsa, aliat cu carbonul prezinta cea mai mare valoare comerciala, superioara oricarui metal. 4.1.1.Otelul Otelul reprezinta categoria cea mai importanta din grupul metalelor fe roase si se poate defini ca un aliaj al fierului cu carbonul, carbonul aflndu-se n limitele a 0,02% pna la maxim 2,11%. Compozitia chimica a otelului include frecvent si alte e lemente precum: manganul, cromul, nichelul, molibdenul, pentru mbunatatirea proprietatilor metalului. Otelul are aplicatii n cele mai diverse domenii: constructii civile po duri, structuri n transporturi camioane, cai ferate, material rulant pentru transportul feroviar, productia de bunuri de larg consum (automobile, aparate electrocasnice). Motivele care stau la baza popularitatii otelurilor sun t: o buna rezistenta mecanica, cost relativ scazut comparativ cu celelalte metale, prelucrarea cu usurinta n cel e mai variate procese de prelucrare. Clasificarea otelurilor Dupa destinatie, otelurile carbon se clasifica n oteluri de constructie , pentru scule si cu destinatie speciala. Pot fi livrate n stare turnata sau laminata, cu sau fara tratament termic final. Simbolizarea lor exprima destinatia, tehnologia de prelucrare, caracteris ticile mecanice sau continutul n carbon. Otelurile nealiate turnate pentru constructii mecanice de uz general, prevazute n SR ISO 3755:1995, se prezinta n tabelul 4.1, n corespondenta cu marci le din STAS 600-82. Sunt oteluri hipoeutectoide, care se livreaza n stare recoapta, dupa normalizare si detensionare sau dupa normalizare, calire si revenire. Marcile de oteluri se simbolizeaza prin indicarea valo rii minime garantate a limitei de curgere si a rezistentei la tractiune. Litera W indica marcile cu capacitate uni forma de sudare, prin impunerea compozitiei chimice si limitarea sumei elementelor reziduale. Exe mplu: 200400W SR ISO 3755:1995. Tabelul 4.1. Oteluri nealiate turnate pentru con structii mecanice de uz general[] (prin bun avointa colectivului Studiul Materialelor )

Marca de Caracteristici mecanice otel SR ISO

Marca de otel STAS 600-82

Compozitia chimica [%] , C Mn ReH Rp 0,2

Rm [MPa]

Z 3755:1995 min. min. [%] [%] 40

A

KV min [MPa] [J] OT 400-3 30 OT 400-3 45 0,25 0,25 0,25 0,25 1,00 1,20 1,20 1,50 340 270 230 200

400550 450600 480630 550700

200-400 25 200-400W 230-450 22 230-450W 270-480 18 270-480W 340-550 15 340-550W

31

OT 450-3 25 OT 450-3 45

25

OT 500-3 22 OT 500-3 OT 550-3 20 OT 550-3

21

Otelurile de uz general si calitate pentru constructie, conform SR EN 10025+A1: 1994, cuprind marcile de oteluri destinate fabricarii produselor laminate la cal d, sub forma de ----------------------- Page 24----------------------28 I A L E L O R N laminate I N G I N E R I E T E H N O L O G I A M A T E R I A L E M A T E R U T I L I Z A T E

plate si bare forjate, pentru constructii mecanice si metalice. Sunt oteluri hipoeutectoide, care se livreaza cu diferite clase de calitate si grade de dezox idare. Sunt cele mai ieftine oteluri, cu o larga utilizare, fara alte deformari p lastice la cald sau tratamente termice. Sunt usor prelucrabile prin aschiere, sudabile, cu capacitate de deform

are plastica la rece. n tabelul 9.6 sunt indicate marcile prevazute n acest standard, cu marcile corespo ndente din STAS 500/2-80 si principalele domenii de utilizare. Marcile de oteluri se simbol izeaza prin litera S - otelul de constructie si prin litera E otelul pentru constructii meca nice, urmata de trei cifre, care reprezinta valoarea minima a limitei de curgere exprimata n N/mm2 pentru grosimi = 16mm, urmata de clasa de calitate si gradul de dezoxidare. Sunt preva zute patru clase de calitate, care garanteaza: JR - caracteristicile de tractiune, de ndoire la rece si valoar ea minima a energiei de rupere determinata la ncercarea de ncovoiere prin soc la 20C; JO - valoarea minima a energiei de rupere este determinata la ncercarea de ncovoiere prin soc la 0C; J2, K2 - valoarea minima a energiei de rupere determinata la ncercarea de ncovoiere prin soc la -20C, cu diferenta de valoare a energiei d e rupere; G1 oteluri necalmate; G2 - oteluri cu alta stare dect cea necalmata; G3, G4 cu alte caracteristici garantate (sudabilitate, etc). Clasa de calitate JR este pentru otel de uz general, iar clasele JO, J2 si K2 sunt pentru oteluri de calitate. Gradul de dezoxidare se noteaza: FU- oteluri necalmate, FNcalmate si FF- calmate suplimentar cu Al. Exemplu: S235 J2G3, FF SR EN 10025+A1: 1994. Tabel 4.2. Produse laminate l a cald din oteluri de constructie nealiate Marca de otel Marca Compozitia chimica SR EN 10025 STAS pe produs [%] Exemple de domenii de utilizare +A1: 1994 500/2-80 C max. Nn max. OL 30.1 lemente de structuri metalice de uz general supuse la licitari mici: placi de fundatie, parapete pentru scari, bal ustrade, flanse la recipiente de joasa presiune. S185 OL 32.1 lemente de structuri metalice de uz general supuse la licitari moderate: suporti, rame, tiranti, armaturi, nit uri, lanturi, flanse. OL 34.1 lemente de structuri portante de masini agricole, anti, suporti, clicheti, lanturi, armaturi, crlige de tra ctiune, otel beton, plase sudate pentru beton armat. S235 JR, FU OL 37.1 0,21-0,25 lemente de constructii metalice sudate sau mbinate 1,50 E E tir E so

E so

S235 JRG1, FU OL 37.2 0,21-0,25 procedee: ferme, poduri, rezervoare, stlpi, S235 JRG2, FN OL 37.3k 0,19-0,23 iuri sudate,lanturi, plase sudate pentru beton armat, S235 JO, FN OL 37.3k 0,19 ructuri portante de masini si utilaje. S235 J2G3, FF OL 37.4kf 0,19 S235 J2G4,FF OL 37.4kf 0,19 OL 42.1 rgane de masini supuse la solicitari moderate: biele, OL 42.2 ivele, axe, arbori, roti dintate, piese canelate si OL 42.3k letate, otel beton, ferme metalice usor solicitate. OL 42.3kf S275 JR, FN OL 44.2k 0,24-0,25 1,60 lemente de constructii metalice sudate, supuse la S275 JO, FN OL 44.3k 0,21 licitari mecanice relativ ridicate si care trebuie sa S275 J2G3, FF OL 44.3kf 0,21 zinte o suficienta garantie la ruperea fragila. S275 J2G4, FF OL 44.4kf 0,21 S355 JR, FN OL 52.2k 0,27 1,70 lemente de constructii metalice puternic solicitate: S355 JO, FN OL 52.3k 0,23-0,24 pi pentru linii electrice aeriene, cai de rulare, S355J 2G3, FF OL 52.3kf 0,23-0,24 arale, sasiuri la autovehicule, rezervoare de mare S355 J2G4, FF OL 52.4kf 0,23-0,24 pacitate S355 K2G3, FF OL 52.4kf 0,23-0,24 S355 K2G4, FF OL 52.4kf 0,23-0,24 E295, FN OL 50 lemente de constructii mecanice supuse la solicitari n alte icate: bare de tractiune, arbori drepti si cotiti, arbori

pri bat st

O man fi E so pre E stl mac ca

E rid pen

tru pompe si turbine, crlige de macara, menghine, piu lite, suruburi de precizie, roti dintate pentru viteze per iferice mici ----------------------- Page 25----------------------T E H N O L O G I A A L E L O R M A T E R I A L E N I N G I N E R I E Eleme mai ridicate arbori drepti si cotiti, suruburi de preciz ie, roti dintate pentru viteze periferice moderate. E360, FN OL 70 e de masini supuse la uzura: arbori canelati, Organ pene, E335, FN OL 60 nte de constructii mecanice supuse la solicitari 29 U T I L I Z A T E M A T E R I

cuplaje, roti melcate, melci pentru transport, fusuri pentru prese, roti de lant, cuie de centrare. Otelurile de calitate nealiate de cementare, prevazute n SR EN 10084:2000, sunt prezentate n tabelul 4.3., n corespondenta marcile din STAS 880-88. Sunt oteluri d e calitate superioare, care contin sub 0,18%C, max. 0,045%P, 0,020-0,045%S. Se supun mbogatirii superficiale n carbon, urmata de calire si revenire joasa, pentru obtinerea unui strat superficial dur si rezistent la uzura, asociat unui miez tenace. Simbolizarea cuprinde litera C urmata de doua cifre care reprezint a continutul mediu n carbon n sutimi de procent, urmate de litera E (daca sunt oteluri superioare cu c ontinut redus de S si P) sau de litera R (daca continutul de S este controlat). Exemplu: C10E SR EN 10084:2000. Tabel 4.3. O teluri carbon de calitate pentru cementare Marca SR EN HB max. C :2000 131 Cuzineti OLC8S 0,12 0,65 OLC8X 0,035 OLC8XS OLC10 0,07 0,30 0,040 Piese cementate cu rezistenta redusa OLC10S 0,13 0,60 n miez: saibe, clicheti, furci, pene C10E OLC10X 0,035 de ghidare, culbutoare, supape, C10R OLC10XS discuri, bucse si role pentru lanturi de tractiune. OLC15 0,12 0,30 Piese cementate cu rezistenta redusa OLC15S 0,18 0,60 n miez: bolturi, prghii, chei, pene C15E OLC15X de ghidare. C15R OLC15XS C16E 0,12 0,60 Piese cementate cu rezistenta redusa C16R 0,18 0,90 n miez: bolturi, saibe, bucse. OLC20 0,17 0,30 Piese cementate cu rezistenta redusa OLC20S 0,24 0,60 0,040 0,020-0,040 =0,035 0,020-0,040 =0,045 0,020-0,040 =0,035 0,020-0,040 880-88 OLC8 0,05 Mn 0,35 Pmax 0,040 =0,045 S Marca de otel Domenii de utilizare 10084: STAS Compozitia chimicape otel lichid [%]

143

=0,045 0,020-0,040

149

0,035 0,035

=0,035 0,020-0,040 =0,035 0,020-0,040

156

0,040

=0,045 0,020-0,040

156

n miez: bolturi, saibe, bucse. OLC20X OLC20XS Nota: duritatea HB n stare recoapta

0,035

=0,035 0,020-0,040

Otelurile de calitate nealiate pentru calire si revenire, prevazute n SR EN 100832:1995, se prezinta n tabelul 4.4. n corespondenta cu STAS 880-88. Sunt oteluri de calitate si superioare, care contin 0,17-0,65%C, max. 0,045%P, 0,0200,045%S. Se supun mbunatatirii (calire si revenire nalta), pentru obtinerea unor piese cu rezistenta mecanicasi tenacitate ridicate. Simbolizarea cuprinde o cifra, care indica clasa de calitate, ur mata de litera C si de doua cifre, care reprezinta continutul mediu n carbon n sutimi de procent. Sunt prevazu te 3 clase de calitate: 1 pentru otelurile carbon de calitate; 2 pentru otelurile carbon de calitate superioare, cu continut redus de sulf si fosfor; 3 pentru otelurile superioare, cu continut de sulf controlat. De exemplu: 1 C 45 SR EN 10083-2:1995. Aceste oteluri se livreaza n stare: netratata (simbol TU); cu tratament pentru mbu natatirea prelucrabilitatii (TS), nmuiata (TA), normalizata (TN), calitasi revenita (TQ+T). Otelurile carbon pentru scule, conform STAS 1700-90, cuprind oteluri prelucrate prin deformare plastica la cald sau la rece sub forma de produse laminate, forjate s i trase, cojite sau slefuite destinate confectionarii sculelor. Sunt oteluri care contin 0,65-1, 24%C, folosite ----------------------- Page 26----------------------30 I A L E L O R N I N G I N E R I E T E H N O L O G I A M A T E R I A L E M A T E R U T I L I Z A T E

cu tratamentul termic final de calire si revenire joasa. Dupa calire, ating duri tatea superficiala 60-62HRC. Sunt oteluri cu calibilitate redusa, pentru ca numai sub 10mm diametru se calesc complet n volum, ntre10-15mm diametru calirea este superficiala n limita a 5mm, iar peste 50mm diametru se calesc n limita a 2mm. Stabilitatea termica a structurii este li mitata de temperatura de revenire la 150-200C. Marcile si domeniile de utilizare sunt prezentate n tabelul 4.5. Tabel 4.4. Oteluri de calitate nealiate pentru calire si revenire Marca SR EN Stare Rm Marca de Compozitia chimica pe otel lichid otel [%] Domenii de utilizare

N 0 CR

10083[MPa] 2:1995 1 C 22 =430 5002 C 22 650 3 C22 1 C 25 =470 5502 C 25 700 3 C 25

STAS

C

Mn

Pmax 0,040 =0,045

S

880-88 OLC20 0,17 0,40 Piese cementate cu OLC20S 0,24 0,70 rezistenta redusa n miez: OLC20X bolturi, saibe, bucse. OLC20XS OLC25 0,22 0,40 Piese tratate termic, slab OLC25S 0,29 0,70 solicitate: axe, arbori, OLC25X flanse, mansoane, buloane. OLC25XS

0,020-0,04 0,035 =0,035 0,020-0,04

0 0,040 =0,045 0,020-0,04 N 0 CR

0,035 0 N 0 CR 1 C 30 =510 6002 C 30 750 3 C 30 0 N 0 CR 1 C 35 =550 6302 C 35 780 3 C 35 OLC35 0,32 0,50 Piese tratate termic mediu OLC35S 0,39 0,80 solicitate: arbori cotiti cu OLC35X dimensiuni mici, biele, OLC35XS butuci sudati pentru roti, cilindri de prese, bandaje. N 0 CR 1 C 40 =580 6502 C 40 800 3 C 40 1 C 45 =620 7002 C 45 850 3 C 45 OLC40 0,37 Piese tratate termic OLC40S 0,44 utilizari diverse OLC40X constructia de masini. OLC40XS 0,50 cu 0,80 n 0,040 0,040 OLC30 0,27 Piese tratate termic OLC30S 0,34 utilizari diverse OLC30X constructia de masini. OLC30XS 0,50 cu 0,80 n 0,040

=0,035 0,020-0,04 =0,045 0,020-0,04

0,035

=0,035 0,020-0,04 =0,045 0,020-0,04

0,035

=0,035 0,020-0,04

0

=0,045 0,020-0,04

0,035

=0,035 0,020-0,04

0 N 0 CR OLC45 0,42 0,50 Piese tratate termic de OLC45S 0,50 0,80 rezistenta ridicata si OLC45X tenacitate medie: discuri de OLC45XS turbina, arbori cotiti, biele, 0,040 =0,045 0,020-0,04 0,035 =0,035 0,020-0,04

0

coroane

dintate, roti cu de 0,040 =0,045 0,020-0,04 0,035 =0,035 0,020-0,04 0,040 =0,045 0,020-0,04 0,035 =0,035 0,020-0,04 0,040 =0,045 0,020-0,04 0,035 =0,035 0,020-0,04

clichet, volanti, pene 1 C 50 =650 7502 C 50 900 3 C 50 1 C 55 =680 8002 C 55 950 3 C 55 1 C 60 =710 8502 C 60 1000 3 C 60

N 0 CR

0 N 0 CR

0 N 0 CR

0

ghidaj, melci. OLC50 0,47 0,60 Piese tratate termic OLC50S 0,55 0,90 puternic solicitate: roti OLC50X dintate, bandaje, coroane, OLC50XS arbori, bolturi de lant. OLC55 0,52 0,60 Piese tratate termic cu OLC55S 0,60 0,90 rezistenta ridicata, dar fara OLC55X solicitari mari la soc: OLC55XS pinioane, tije, came. OLC60 0,57 0,60 Piese tratate termic cu OLC60S 0,65 0,90 proprietati de rezistenta OLC60X ridicata combinata cu OLC60XS elasticitate: excentrice, bandaje, bucse elastice, roti

dintate. calire si revenire nalta.; Valorile rezistentei la tract Nota: N- normalizare; CR iune sunt pentru produse cu diametru sau grosime = 16mm. Otelurile carbon pentru scule se simbolizeaza cu grupul de litere OS C (O-otel carbon; S-scule; C-de calitate), urmat de una sau doua cifre, care indica continutul de carbon exprimat n zecimi de procent. n cazul unui continut marit n mangan, se adauga litera M. Exem plu: OSC 8M STAS 1700-90. ----------------------- Page 27----------------------T E H N O L O G I A R I A L E L O R M A T E R I A L E N I N G I N E R I E Tabelul 4.5. Oteluri carbon pentru scule Marca de Compozitia Duritatea HB max. Stare recoapta 31 U T I L I Z A T E M A T E

Domenii de utilizare otel STAS chimica [%] 1700-90 C Mn

OSC 7 0,650,10207 se la lovituri si socuri, cu tenacitate mare si duritate burghie, matrite pentru oteluri moi sau mase plastice, 0,74 0,35

Scule supu suficienta: scule de

tmplarie, surubelnite,

dalti, foarfece, vrfuri de centrare pe Scule supu burghie pen

ntru masini unelte. OSC 8 0,75207 se la lovituri, cu tenacitate mare si duritate mijlocie: tru metale semidure, poansoane, cutite pentru lemn, 0,84

clesti pen tru srma, nicovale pentru forjat scule, dornuri de mna, dalti p entru minerit si cioplit piatra, scule de debavurat la cald, ace d e trasat, foarfece pentru tabla, piese de uzura pentru masini text ile. OSC 8M 0,800,35 rastrau pentru lemn, cutite de rndea, matrite pentru se plastice, srma de nalta rezistenta, piese de uzura 0,90 0,80 pentru masi ni agricole. OSC 9 0,850,10 207 se la lovituri, cu tenacitate mare si duritate mijlocie: entru ciocane perforatoare, punctatoare, scule 0,94 0,35 pentru prelucrarea lemnului, matrite pentru ndreptare, cutite pentru masini agri cole, srma trefilata pentru arcuri. 0SC 10 0,95re nu sunt supuse la lovituri puternice: 221 burghie Scule ca pentru perforat ro la rece a m etalelor, piese pentru masini textile OSC 11 1,05puse la lovituri mici: role de roluit 221 materiale Scule su metalice, calibre, fi aschiat teluri moi, articole de bucatarie, 1,15muchii piese pentru masini OSC 12 duritate deosebita, o Scule supu burghie p 207 Pnze de fie injectat ma

ci dure, scule de aschiat metale moi, scule de tragere 1,04

erastraie mecanice, matrite pentru ambutisare, scule de 1,14 textile. 221 Scule cu cu de taiere foarte ascutite, care nu sunt supuse la lovituri scule de trefilat, pile, alezoare, 1,24 burghie, i nstrumente chirurgicale, piese de uzura pentru masini

textile. 4.1.2.Fonta Fonta este de asemenea un aliaj al fierului cu carbonul (2 4%C) uti lizat n general n turnatorii. n acest aliaj ntlnim Si n proportie de 0,5 3% si frecvent alte elemente cu rol de ameliorare a proprietatilor pe care produsul final le reclama. Fontele se cl asifica n doua mari categorii: fonte albe si fonte cenusii. Fontele albe prezinta carbonul le gat sub forma de cementita (Fe C), sunt foarte dure si fragile si se utilizeaza pentru cilindri de laminor, alice 3 pentru sablare sau bile pentru agregatele de macinare. Fontele cenusii cristalizeaza n sistemul stabil fier grafit. Carbonul este deci prezent n fonta sub forma de gra fit ceea ce da aspectul cenusiu al acestor fonte n spartura. Dupa natura masei metalice fontele cenusii se clasifica n: fonte cenu sii feritice n care alaturi de grafit lamelar masa metali ca este ferita, ferito perlitice ( grafit, feritasi perlita), perlitice, cementitice sau p estrite sifosfroase. Dupa forma grafitului fontele cenusii pot fi: fonte cenusii cu grafit lamelar, fonte cenusii modificate cu grafit vermicular sau cu grafit nodular si fonte cenu sii maleabile sau cu grafit de recoacere. Modificarea fontelor este un proces de schimbare a c onditiilor de solidificare a grafitului prin introducerea n fonta lichida a unei cantitati de circa 2% din ma sa de fonta a unor elemente numite modificatori: magneziu, calciu, bariu, crom, cupru, staniu etc. Clasificarea fontelor Fontele cenusii cu grafit lamelar (obisnui te sau modificate) turnate n piese sunt prevazute n standardul SR EN 1561:1999 (tabel 4.6.). Fontele cenusii cu grafit lamelar sunt caracterizate fie prin rezistenta la tractiune, pe probe turnate separate sau a tasate la piesa, fie prin duritatea Brinell pe suprafata piesei turnate. Marcile de fonta cenusie se simbolizeaza prin gruparea de litere EN-GJL, urmata de rezistenta la tractiune minima garantata sau duritatea Brinell maxima admisa. D e exemplu: EN-GJL-150 sau EN-GJL-HB 175 SR EN 1561:1999. ----------------------- Page 28----------------------32 E R I E Proprietatile fontelor se coreleaza cu masa metalica, dimensiunile si f orma grafitului. Fonta de rezistenta minima 100N/mm2 are masa metalica ferit T E H N O L O G I A M A T E R I A L E M A T E R I A L E L O R N I N G I N

U T I L I Z A T E

icasi separari grosiere de grafit. Cresterea rezistentei minime peste 200N/mm2 igurata de masa perlitica si separari fine de grafit. Rezistente peste 300N/mm2 se rin modificare. Rezistenta la

este as obtin p

tractiune si duritatea Brinell scad cu cresterea grosimii de perete a piesei car e se toarna. Utilizarile fontelor cenusii sunt determinate de proprietatile acestora: rezistenta la uzura (batiurile masinilor unelte, axe, roti dintate, cilindri de la motoare Diesel); rezistenta la coroziune si refractaritate (creuzete de topire a metalelo r, tevi de esapament la camioane);capacitate de amortizare a vibratiilor (placi de s prijin a fundatiilor, batiuri); rezistenta la soc termic (lingotiere); tenacitate (volanti, b atiurile motoarelor Diesel); compactitate si rezistenta la coroziune (cilindri la compresoare si pompe, organ e de masini ce lucreaza la presiuni mari); compactitate (blocul motor la tractoar e, automobile, tamburi de frna, discuri de ambreiaj, chiulasa motoarelor Diesel) Fontele modificate cu grafit vermicular turnate n pies e sunt prevazute n STAS 12443-86 (tabelul 4.7.). Se simbolizeaza prin grupul de litere F gv urmat de rezistenta la tractiune minima garantata. Exemplu Fgv 300 STAS 12443-86. Sunt fonte cu rezistenta mecanicasi rezistenta la temperaturi ridicate superioar e fontelor cu grafit lamelar, cu fragilitate scazuta, care le recomanda la fabricatia rotilor dintate, corpurilor de pompe hidraulice, arborilor cotiti. Fontele cu grafit nodular (sau sferoidal) turnate n for me din amestec clasic sunt clasificate n SR EN 1563:1999 n functie de caracteristicile m ecanice ale materialului, rezultate din ncercarea de tractiune si ncovoiere prin soc mecanic sau prin ncercarea de duritate Brinell. n tabelul 4.8. se prezinta clasificarea fontelor dupa caracteristicile m ecanice rezultate din ncercarea de tractiune si ncovoiere prin soc mecanic. Simbolizarea alfanumerica a fontelor este alcatuita din grupu l de litere EN-GJS 2 rezistenta la tractiune minima Rm n N/mm - alungirea la rupere A n %. Daca se gara nteaza energia de rupere prin soc mecanic KV, atunci se adauga grupul de litere LT-la t emperatura scazuta sau RT-la temperatura ambianta. Exemplu: EN-GJS-350-22-LT SR EN 1563:199 9. Daca caracteristicile mecanice se determina pe epruvete prelucrate d in probe atasate, dupa valoarea alungirii la rupere, se adauga litera U. Exemplu: EN-GJS-500-7U SR EN 1563:1999. n tabelul 4.9. se prezinta marcile de fonta caracterizate prin ncercarea de duritate. Simbolizarea alfanumerica contine n acest caz dupa grupul de litere EN-GJS-HB va

loarea duritatii Brinell. Exemplu: EN-GJS-HB 130 SR EN 1563:1999. n SR EN 1564:1999 (tabelul 4.10) se prezinta clasificarea fon telor cu grafit nodular bainitice de nalta rezistenta, n functie de caracteristicile mecanice determinate pe epruvete prelevate din probe turnate separate. Utilizarea fontelor cu grafit nodular este n corelatie c u proprietatile: rezistenta la uzura (arbori cotiti pentru motoare de automobile si motoare Diesel, segmenti de piston, piese pentru turbine, roti dintate, saboti de frna, cilindri de lamino r semiduri); refractaritate (lingotiere); rezistenta la coroziune (armaturi, conducte de apa subterana, tubu latura pentru canalizari); rezistenta mecanica (utilaje miniere, corpuri de compresoare) Fontele maleabile sunt clasificate n standardul SR EN 1562:1999, n functie de caracteristicile mecanice rezultate din ncercarea de tractiune (tabelul 4.11). Se diferentiaza fonta maleabila cu inima alba (decarburata) si fonta m aleabila cu inima neagra (nedecarburata). Simbolizarea alfanumerica a fontelor maleabile cu inima alba cuprinde grupul de litere EN-GJMW, urmat de rezistenta la tractiune Rm minima n N/mm2 si alungirea la rupere A n %. De exemplu: EN-GJMW-350-4 SR EN 1562:1999.

----------------------- Page 29----------------------T E H N O L O G I A 33 M A T E R I A L E elar ----------------------- Page 30----------------------34 I A L E L O R N I N G I N E R I E Tabel 4.7. Fonte cu grafit vermicular Marca Duritatea fontei Brinell HB STAS Rezistenta la Microstructura tractiune Rm masei metalice min. [N/mm2] Alungirea la rupere A min. 5 12443-86 Fgv 300 300 [%] 2 Rp0,2 min. [N/mm2] 200 Limita de curgere conventionala T E H N O L O G I A M A T E R I A L E M A T E R U T I L I Z A T E U T I L I Z A T E N I N G I N E R I E Tabel 4.6. Fonte cu grafit lam M A T E R I A L E L O R

130-180 Fgv 350 160-240 Fgv 400 200-280

Preponderant feritica 350 1 Ferito-perlitica 400 1 Preponderant perlitica

240 280

Tabel 4.8. Fonte cu grafit nodular c aracterizate pe probe turnate separate Rp0,2 min. [N/mm2] Simbolizare SR EN 1563:1999 KV min [J] alfanumerica numerica min. Valoare Valoare A [%] [N/mm medie 220 EN-GJS-350-22-LT 22 12 individuala EN-JS1015 9 la -40C EN-JS1014 14 la 23C EN-JS1010 EN-JS1025 9 la -20C EN-JS1024 11 la 23C EN-JS1020 EN-JS1040 EN-JS1030 EN-JS1050 EN-JS1060 EN-JS1070 EN-JS1080 EN-JS1090 350 Rm min. 2]

220

la -40C EN-GJS-350-22-RT 22 17 la 23C EN-GJS-350-22 22 EN-GJS-400-18-LT 18 12 la -20C EN-GJS-400-18-RT 18 14 la 23C EN-GJS-400-18 18 EN-GJS-400-15 15 EN-GJS-450-10 10 EN-GJS-500-7 7 EN-GJS-600-3 3 EN-GJS-700-2 2 EN-GJS-800-2 2 EN-GJS-900-2 2

350

350 400

220 240

400

250

400 450 450 500 600 700 800 900

250 250 310 320 370 420 480 600

-

Tabel 4.9. Fonte cu grafit nodular caracterizate prin ncercarea de duritate Brinell nterval tate Brinell Simbolizare SR EN 1563:1999 Alte caracteristici (informativ) alfanumerica Rm Rp0,2 {N/mm2] I numerica de duri

HB = 160 30-175 35-180 60-210 70-230 90-270 25-305 45-335 70-360

[N/mm2] EN-GJS-HB130 350 EN-GJS-HB150 400 EN-GJS-HB155 400 EN-GJS-HB185 450 EN-GJS-HB200 500 EN-GJS-HB230 600 EN-GJS-HB265 700 EN-GJS-HB300 800 EN-GJS-HB330 900

EN-JS2010 220 EN-JS2020 250 EN-JS2030 250 EN-JS2040 310 EN-JS2050 320 EN-JS2060 370 EN-JS2070 420 EN-JS2080 480 EN-JS2090 600 2 2 2 1 1 1 1 1

Tabel 4.10 Fonte cu grafit nodular bainitica m min. 2] N/mm 800 1000 1200 1400 Simbolizare SR EN 1564:1999 Rp 0,2 min. Amin. 2] alfanumerica [N/mm EN-GJS-800-8 500 EN-GJS-1000-5 700 EN-GJS-1200-2 850 EN-GJS-1400-1 1100 [%] numerica EN-JS1100 8 EN-JS1110 5 EN-JS1120 2 EN-JS1130 1 [ R

Simbolizarea fontelor maleabile cu inima neagra cuprinde grupul de l itere EN-GJMB. De exemplu: EN-GJMB-300-6 SR EN 1562:1999. Aplicatiile fontei maleabile cu inima alba sunt limitate, deoarece se obtin printr-un procedeu mai complicat, se preteaza m ai putin la productia de serie, grosimea peretilor pieselor este limitata, iar durata tratamentului de decarburare creste cu grosimea peretilor. Costul este ridicat. S e preteaza la piese mici si subtiri, dar tendinta este de a fi nlocuita cu fonta maleabila cu inima neagra sau aliaje sinterizate. Principalul avantaj al acestei fonte este sudabilitatea, datorata a bsentei grafitului ----------------------- Page 31----------------------L O R I N G I N E R I E T E H N O L O G I A 35 M A T E R I A L E M A T E R I A L E U T I L I Z A T E N

n straturile superficiale. Se foloseste pentru piese mici de ra cord la montarea cadrelor de bicicleta, radiatoare pentru ncalzire centrala, etc. Fonta maleabila cu inima neagra feritica are o larga aplicatie n industria automobilului (cutia diferentialului, suportul fuzetelor, cutia de directie, pedala de frna, pedala de ambreiaj, etc) si al masinilor agricole. Sunt piese cu forme complexe, rezistenta ridicata, cu suficienta tenacitate si ductilitate. Fonta maleabila cu inima neagra perlitica, are rezistenta la rupere pe ste 450N/mm2. Se foloseste pentru piese mai compacte, supuse la uzura abraziva, cum sunt rotile s i coroanele dintate, pinioanele. Marcile cu rezistenta la rupere 700-800N/mm2 sunt tratate termic prin calire n ulei si revenire. Tabel 4.11. Fonta maleabila cu inima alba (W) si inima neagra (B) enta la tiune in. 2] m 70 10 50 60 80 20 60 70 00 60 00 20 30 EN-GJMW-350-4 10 5 4 15 3 EN-GJMW- 360-12 16 15 12 15 7 EN-GJMW- 400-5 12 8 5 15 4 EN-GJMW-450-7 12 EN-JM1040 9 6 4 3 4 max.220 12 4 EN-JM1030 9 6 3 3 3 max.200 12 3 EN-JM1020 9 6 3 2 3 max.230 12 3 EN-JM1010 9 6 2 3 Simbolizare SR EN 1562:1999 Alungire la Duritate Brinell alfanumerica numerica rupere HB (Lo=3d) A[%] [N/m (informativ) [mm] Diametru epruveta d Rezist trac Rm m

00 50 80 90 50 70 00 50 50

10 7

max.220 12 15 4 4

4 EN-GJMW- 550-4 5 4 max.250

EN-JM1050 9

6 4 5 5 3 3 4 500 5 600 6 7 8

12 15 3 EN-GJMB-300-6 6 max.150 EN-GJMB-350-10 10 max.150 EN-GJMB-450-6 6 150...200 EN-GJMB-500-5 5 165...215 EN-GJMB-550-4 4 180...230 EN-GJMB-600-3 3 195...245 EN-GJMB-650-2 2 210...260 EN-GJMB-700-2 2 240...290 EN-GJMB-800-1 1 270 320 EN-JM1110 EN-JM1130 EN-JM1140 EN-JM1150 EN-JM1160 EN-JM1170 EN-JM1180 EN-JM1190 EN-JM1200 12 sau 15 12 sau 15 12 sau 15 12 sau 15 12 sau 15 12 sau 15 12 sau 15 12 sau 15 12 sau 15

50

50 00 00

Metale neferoase Metalele neferoase cuprind ale elemente metalice si alia je, aliajele avnd ponderea cea mai mare comparativ cu metalele pure. Materialele neferoase inclus metale si aliaje pu re de: aluminiu, cupru, magneziu, nichel, staniu, titan, zinc si alte metale. Cel mai usor de procesat este aluminiul iar cel mai dificil nichelul si titanul. 4.2. Ceramicele Un material ceramic se defineste ca un compus care contine elemente me talice (sau nemetalice) precum si nemetale. Elementele nemetalice sunt: oxigenul, azotul si carbonul. Materialele ceramice prezinta o mare varietate de materiale tradition ale si moderne. ntre materialele traditionale care se utilizeaza de mii de ani se afla argila, di n abundenta n scoarta terestra, compusa din particule fine de silicati hidratati de aluminiu s i ale minerale, si utilizndu-se pentru obtinerea vaselor din ceramica. Alte materiale ceramice traditionale: ----------------------- Page 32----------------------36 R T E H N O L O G I A M A T E R I A L E L O

M A T E R I A L E N E R I E silicea nisipul SiO

U T I L I Z A T E

N I N G I

utilizat n procesul de fabricatie a sticlelor, alumina Al O si carbura de 2 2 3

siliciu, doua materiale abrazive utilizate la obtinerea sculelor abrazive. Materialele ceramice moderne pot include unul din materialele ceramic e traditionale, de exemplu: alumina (Al O ) ale carei proprietati sunt mbunatatit e prin niste procedee de 2 3 prelucrare moderne. Materialele ceramice avansate includ carburi metalice, precu m carbura de tungsen, carbura de titan, nitruri metalice si semimetalice precum nitrura de titan, bor, etc. Putem clasifica materialele ceramice astfel: - ceramice cristaline; - sticle. Materialele metalice cristaline se obtin prin diferite pr ocedee, plecnd de la pulberi care se sinterizeaza ulterior respectiv se ncalzesc la o anumita temperatura la c are unul din componenti se topeste nglobnd celelalte elemente aranjndu-le la racire. Sticlele ceramice se obtin prin procedeu similar procesului de obtine re a sticlei. 4.3.Polimerii Un polimer este compus format prin repetarea unor unitati chimice stru cturale n care atomii pun n comun electroni formnd astfel molecule foarte mari. Polimerii n genera l sunt constituiti pe baza de carbon si alte elemente chimice precum: hidrogenul, azot ul, oxigenul, clorul. Polimerii se mpart n trei categorii: - polimeri termoplastici acesti polimeri pot fi sup usi unor cicluri repetate de ncalzire si racire fara a lise altera proprietatile, respectiv str uctura moleculara. n aceasta categorie includem: polietilena, polistirenul, clorura de polivinil si nylonul. - polimeri termorigizi aceste molecule se transforma chimic ntr-o str uctura rigida la racire. Din aceasta categorie: rasinile fenolice, rasinile epoxidice, amino rasi nile. - elastomerii acesti polimeri prezinta proprietati elastic e importante de unde si denumirea de elastomeri. Amintim: cauciucul natural, neoprenul, poliuretanul si siliconicile. 4.4.Compozite Materialele compozite nu constituie realmente o categorie separata de materiale, ele fiind de fapt combinatii ale celelalte tipuri de materiale. Un material compozit comun cu doua faze se obtine prin procesarea sep arata a celor

doua faze care apoi se unesc, proprietatile compozitului astfel obtinut fiind superioare, proprietatilor celor doua componente luate separat. Prin f aza se ntelege acea masa de material omogen de exemplu agregat de graunti cu o structura identica un metal. Structura uzuala unui material compozit este formata din particule sa u fibre ale unei faze amestecata cu o faza secundara numita matrice. Compozitele pot fi ntlnite n stare naturala (de exemplu lemnul) dar de cele mai multe ori se produc sintetic. Aceasta ultima categorie este de f apt cea care ne intereseaza. Putem exemplifica: fibre de sticla n matrice de polimer plastic ntarit cu fibre; fibre de polimer dintr-o anumita clasa ntr-o matrice constituita tot dintr-un polimer de exemplu epoxy Kevlar; materiale ceramice n matrice metalica: pr ecum carbura de tungsten) wolfram n matrice de cobalt. Proprietatile materialelor compozite depind de componentele acestora precum si de modul n care ele se mbina pentru a forma materialul compozit. Unele materiale compozite prezinta o rezistenta nalta dublata de o gre utate extrem de redusa si sunt mult utilizate pentru realizarea componentelor avioanelor, caroserii auto, rachete de tenis si bete de undita. Alte materiale compozite sunt dure si au cap acitate de a-si mentine aceasta proprietate la temperaturi nalte exemplu fibrele de carbon cement at. ----------------------- Page 33----------------------O R M E T A L I C E 5 Prelucrarea materia lelor metalice 5.1. Obtinerea materialelor metalice 5.1.1. Minereurile si prelucrarea lor n natura metalele se por gasi n stare pura cel mai adesea nsa ele se gas esc sub forma de compusi chimici cu oxigenul, sulful, carbonul, siliciul (oxizi, carbonati, su lfuri, silicati). Minereul se defineste ca un conglomerat de minerale n care unul sau mai multe metale se gasesc n cantitati suficient de mari astfel nct sa poata fi extrase econo mic. Minereurile se compun deci dintr-o parte utila (sulfuri, oxizi, halog enuri, etc.) pe care o vom numi n continuare simplu utilul si o parte sterila sterilul format din cuart, calcita, T E H N O L O G I A 37 P R E L U C R A R E A M A T E R I A L E L M A T E R I A L E L O R

feldspati etc. Minereurile pot fi mono sau polimetalice, feroase sau neferoase. n tabelul 5.1. prezentam cteva exemple de minerale feroase si neferoas e cu compozitia chimica si denumirea lor. Mineralul Observatii Tabelul 5.1. Compozitia chimica Denumirea

Minerale de fier Oxizi anhidri (Fe O ) oxid feric 2.4%Fe,negru , proprietati magnetice 3 4 (Fe O ) oxid feros 0% Fe, culoare rosiatica 2 3 Oxizi hidratati 3%Fe, culoare galbena Carbonati 8.2%Fe Clorite ferice 3%Fe Sulfuri Minerale de Cupru Oxizi 0.8%Cu (2Fe O 3H O 2 3 (FeCO3) (3FeOAl O SiO 3 H O) 2 3 (FeS) (Cu O) 2 (CuO) 9.9%Cu Sulfuri 6,4% Cu Minerale de aluminiu 00%Al O 2 3 2 3 (Al O H O) 5%Al O 2 3 2 2 3 (Al O 3H O) 5.4%Al O 2 3 2 3 ----------------------- Page 34----------------------38 T E H N O L O G I A 2 (Cu2S) (Al O ) 2 2 2

Magnetit

7

Hematit

7

Limonit

6

Siderit Chamozit

4 3

Pirita Neferoase Cuprit 7

Tenorit Covelina Corindon

7 6 1

Boehmitul

8

Hidralgiritul

6

M A T E R I A L E L O R

P R E L U C R A R E A T A L I C E

M A T E R I A L E L O R

M E

Pentru a creste eficienta procesului de extractie a metalelor, minereu rile se supun unor operatii de prelucrare care au drept scop: cresterea cantitatii de util prin ndep artarea ct mai avansata a sterilului, aducerea minereurilor la forme si dimen siuni precum si proprietati mecanice proprii proceselor de extractie ulterioare si aducerea mineralelor la n iste combinatii chimice usor de redus ulterior. Prepararea minereurilor presupune parcurgerea urma toarelor etape: preparare mecanica, concentrare, calcinare, aglomerare (fig.5.1.). Preparare mecanica Aglomerare sfarmare - prin sinterizare sortare granulometrica - peletizare pe ciururi vibratoare - brichetare omogenizare macinare Concentrare prin spalare prin zetare prin flotatie concentrare magnetica Calcinare

Fig.5.1. Etapele prepararii minereurilor Sfarmarea are rolul de a aduce mineralele care compun minereul la niste dimensiuni cerute. Sfarmarea se realizeaza cu ajutorul concasoarelor c u falci (fig.5.2.) pna la dimensiuni de 20 - 30 mm, dimensiuni mai mici se obtin cu ajutorul concasoarelor conice. Sfarmarea minereului n concasoarele cu falci se face ntre o placa de presiune (3) s i o placa fixa (4). Placa de presiune este fixata pe un brat oscilant (2). Miscarea de osc ilatie se obtine prin prinderea excentricae bratului pe un volant (1) actionat, n miscare de rotat ie. Dupa concasare minereul este sortat gr anulometric pe un grup de 1 site vibr atoare numite ciururi cu e scopul de a obtine cantitati suficient de mari de minereu cu aceeasi dimensiune. 5 Omogenizarea este urmatoarea operatie

de

preparare cnd

mecanica care este neces minere se lucreaza 2 cu din surse diferite, de 3 mineral de minereu, gravitationa

ara atunci uri 4 cu

provenind diferite

concentratii volume mari se realizeaza unor

util. La omogenizarea l e si cu care punct

ajutorul

benzi transportoar din acela

lanseaza simultan Fig.5.2. Concasor cuf alci calitati diferite de

minereu. Macinarea se face dupa omogenizare deoarece dimensiunile di feritelor calitati de minereu pot fi diferite. Uzuale sunt morile cu bile care aduc particulele de min ereu sub 0.3, 0.5 mm. Concentrarea este procesul prin care se urmareste cresterea concentrat iei utilului prin ndepartarea fortata a sterilului. Concentrarea se face prin spa lare, zetare, flotatie sau separare magnetica. Spalarea utilizeaza un curent de apa pentru ndepartarea nisipului, argil ei sau a partii pamntoase din minereu. ----------------------- Page 35----------------------T E H N O L O G I A 39 P R E L U C R A R E A E T A L I C E Zetarea este un proces similar cu spalarea doar ca de aceasta data flux ul de apa are o actiune pulsatorie alternativa, sterilul mai usor dect utilul fiind antrenat de f luxul ascendent de apasi evacuat prin supraplin (fig.5.3.) 1 1 3 2 2 3 Fig.5.3. Celula de zetaj M A T E R I A L E L O R M

M A T E R I A L E L O R

Fig.5.4. Celula de flotatie 1. supraplin, 2. minereu depus pe o sita ma, 2. agitator mecanic,3. bule de aer metalica,3. piston cu actiune pulsatorie care adera particule de mineral util

1. spu la

Flotatia minereurilor este procesul prin care particulele d e minereu de data aceasta mai usor dect sterilul adera la suprafata unor bule de gaz ob tinute prin agitare mecanica (fig.5.4.) sau prin suflare. Bulele ncarcate cu particule de minereu se colecteaz a la suprafata celulei de flotatie sub forma unei spume bogata n util, sterilul ramnnd pe fundul c elulei. Spuma aceasta este colectata decantata si filtrata si n final este supusa uscarii pentru ndepartarea ultimei cantitati de apa. Concentrarea magnetica se aplica minereurilor care prezinta o diferenta de permeabilitate magnetica ntre util si steril de exemplu n cazul magnetitei. 1 U Fig.5.5. Schema separarii magnetice 2 3 4 5 Minereul aflat n buncarul 1 (fig.5.5.) este dozat pe o banda transportoare care are prevazut n rola de ntoarcere un miez magnetic pe care este asezata nfasurarea 3 ali mentata n curent alternativ. Se creeaza un cmp magnetic care face ca p articulele magnetice din minereu sa ramna mai mult timp n contact cu banda transportore. Traiectoriile celo r doua tipuri de particule util (4) steril (5) devin diferite realizndu-se n acest fel se pararea. Calcinarea se face n cuptoare specializate unde su b actiunea caldurii are loc eliminarea substantelor volatile precum si evaporarea ape i. n minereurile sulfuroase calcinarea poate fi oxidanta (1) sau sulfatizanta (2): 2MeS+ 3O ?2MeO+SO +Q (1) 2 2 MeS+2 O ?MeSO +Q (2) 2 ----------------------- Page 36----------------------40 R T E H N O L O G I A M A T E R I A L E L O 4

P R E L U C R A R E A E T A L I C E

M A T E R I A L E L O R

M

Pot fi supuse calcinarii si minereurile care contin carbonati: MeCO2?MeO +CO2 3)

(

Aglomerarea este procesul de preparare a minereurilor n c are o masa pulverulenta obtinuta n etapele anterioare este adusa la anumite forme si dimensiuni precum si o anumita rezistenta mecanica proprie proceselor de extractie a metalului care urmeaza. Aglomerarea prin sinterizare se realizeaza prin dozarea p e o banda de aglomerare (fig.5.6.) a urmatoarelor materiale: minereu, cocs, fondant, praf de furnal si material pulverulent retur (7) de la banda de aglomerare. Amestecul ace sta n prealabil umezit si uniform nivelat pe banda de aglomerare este aprins cu ajutorul unui cuptor de ap rindere (3). De remarcat ca banda de aglomerare este realizata ntr-o constructie speciala din elemente metalice asamblate sub forma unui gratar flexibil astfel nct sa permita ntoarcerea pe rolele de actionare si ntoarcere de la capetele benzii. De fapt cel care se aprinde este cocsul care este n proportie de 6 10% n amestecul de aglomerat. Cald ura degajata conduce la disocierea carbonatilor si a oxizilor hidratati precum si re ducerea Fe O la Fe O . Dar 2 3 3 4

totodata are loc o reactie n faza solida, deosebit de interesantasi anume la cont actul oxidului de fier cu SiO predominant n sterilul din minereu ia nastere un compus numit fa ialita (4)cu 2 punct de topire relativ scazut (1000- 1200 0C) care asigura lierea particulelor de aglomerat pulverulent. 2Fe O +3SiO ?3(FeO) SiO +2CO (4) 3 4 2 2 2 Arderea se mentine pe lungimea benzii de aglomerare prin stabilirea u nui curent de aer prin stratul de aglomerat cu ajutorul unor hote de aspiratie (8). 3 1 Minereu, Praf de furnal, Retur de la banda de

aglomerare

Cocs 2 4 Fondant 5 6 8 7 Fig.5.6. Banda de aglomerare La racire faialita se transforma ntr-o masa sticloasa care asigura rezi stenta mecanica necesara minereului aglomerat. Masa rigida de aglomerat se sparge n bucati mari prin greutate proprie la capatul benzii dar pentru a aduce aglomera tul la dimensiunile necesare banda de aglomerare este prevazuta cu un dispozitiv rotativ (4). Aglomeratul est e apoi cernut pe niste ciururi vibratoare si preluat pe o banda transportoare (6). Praful este preluat de banda transportoare (7). Aglomerarea prin peletizare presupune obtinerea unor sfere la cald cu sau fara liant. O metoda de obtinere a peletelor este si umezirea prin picurare a materialului d e aglomerat care se afla ntr-un recipient nclinat n miscare de rotatie. Picat ura de apa asigura lierea particulelor pulverulente care ncep sa se rostogoleasca marindu-si astfel diametr ul. Sferele astfel obtinute sunt supuse unui proces de calcinare. ----------------------- Page 37----------------------R M E T A L I C E Aglomerarea ulberii de aglomerat metalice. prim brichetare n forme presupune presarea p T E H N O L O G I A 41 P R E L U C R A R E A M A T E R I A L E L O M A T E R I A L E L O R

5.1.2. Elaborarea fontei Procesele de elaborare au drept scop obtinerea metalulu i din minereu. Fabricarea metalului pur sau a metalului industrial se face n doua etape: elaborare primara urmata de elaborarea secundara (fig.5.7.). Cocs Afinare Fondant Comburant

Util Furnal Metal Minereu Elaborare fabricat Primara Steril Aliere Zgura Gaz de furnal Fig. 5.7.Schena fabricarii metalelor feroase Fonta se obtine prin elaborare primara ntr-un cuptor vertical nchis furn alul. Dupa elaborarea primara fonta este supusa unui proces de afinare n care impuritatile s unt eliminate cu scopul de a obtine metalul industrial. Rafinarea produce o purificare avansat asi conduce la obtinerea metalului pur. Extragerea metalului din minereu se poate face prin trei metode: metode pirometalurgice, hidrometalurgice si electrometalurgice. Metodele pirom etalurgice utilizeza n procesul de elaborare caldura produsa de arderea unui combustibil, cele hidrome talurgice presupun dizolvarea metalului sub forma unui compus chimic n ap a sau alte lichide, cele electrometalurgice utilizeaza efectele curentului electric. Fonta este un aliaj al fierului cu carbonul, continutul de carbon fiin d cuprins, dupa cum s-a aratat, ntre 2.11 si 6.67%. Obtinerea fontei se face prin procedee pirome talurgice n niste cuptoare nalte care functioneaza cu suprapresiune n regim nch is numite furnale. Caldura necesara procesului se obtine fie prin arderea unui combustibil (cocs me talurgic) fie prin utilizarea energiei electrice. Minereul de fier este introdus n furnal mpreuna cu fondan tii, cocsul si aer drept comburant si este redus la fier pur care ulterior este carburat la Fe C- cement ita. Alaturi de 3 fonta n furnal se produce zgura de furnal si gazul de furnal - un gaz combustibil . Cocsul metalurgic este un combustibil cu capacitate calorica ridicata ( 7000 kcal/kg ) si care n urma arderii produce o cantitate mica de cenusa (max. 10%). Cocsul se o btine prin carbonizarea la temperaturi ridicate n absenta aerului, a carbunilor superiori (h uila) n niste agregate speciale numite baterii de cocsificare. Pe lnga puterea calorica mare co csul trebuie sa aiba si o rezistenta mecanica corespunzatoare proprie proceselor di Secundara Metal brut Fonta Convertizor Elaborare

n furnal (180-250 MPa), continut de carbon de minim 86% iar continutul d e sulf si fosfor nu trebuie sa depaseasca 1% ntruct aceste elemente sunt considerate impuritati n fonta. Fondantii sunt niste materiale care au rolul de a reactiona cu sterilul ramas n minereu, respectiv cu cenusa care rezulta din arderea cocsului si sa formeze zgu ra de furnal. Fondantii pot fi acizi (pe baza de siliciu - gresie sau cuarturi), bazici (pe ba za de calciu si magneziu), sau amfoteri (pe baza de aluminiu). Alegerea fondantulu i se face astfel nct reactia steril cenusa fondant sa se desfasoare ct mai usor. Astfel daca sterilul este acid ----------------------- Page 38----------------------42 R M E T A L I C E fondantul va fi bazic. De fapt aceasta este situatia cea mai frecventa iar fonda ntii uzul utilizati n furnal sunt: calcarul sau piatra de var (CaCO3), varul nestins (CaO), sau dolom ita (CaCO3 MgCO ). 3 3 Comburantul respectiv oxigenul necesar arderii cocsului (ci rca 2-4 Nm /kg fonta elaborata) se sufla n furnal prin niste orificii numite guri de vnt cu ajutorul unor turbosuflante. Pentru a creste productivitatea furnalului aerul este mbogatit de la 21% la 30% O cu oxigen industrial (95% O ) si totodata prencalzit (900 1100 0C). Prencalzire a aerului 2 2 se face n niste agregate numite recuperatoare Cowper (fig.5.8.). Cowperele prez inta o masa refractara (4) sub forma unor gratare refractare. Aceasta masa refracta ra n dura furnal 1 esar prin e provine adus prima faza este ncalzita. de prin la arderea gazului arderii conducta 2. gratarele conducta 3, Gaze 4 ajungnd in arse Gazele arse trec refractare cednd caldura lor nai printr aerul recuperator de nec Cal T E H N O L O G I A P R E L U C R A R E A M A T E R I A L E L O M A T E R I A L E L O R

nte de a fi evacuate la cos (6). mperatura masei refractare a 6 ajuns la valoa rea prescrisa aerul rece este 2 5 rin conducta 5 si parcurge in 3 endent gratarele refractare Aerul osuflante e este ncalzire dublu cald prin este condus catre conducta astfel 1. Timpul al unui de recuperator fata de timpul de Fig.5.8. Schema recuperatorului ea un furnal este prevazut cu Cowper fel de agregate. Doua se nul se raceste iar cel de al racire, de ace patru ncalzesc ast u d turb introdus sens p asc Cnd te

ncalzindu-se.

patrulea este de rezerva. Furnalul Furnalul este un cuptor vertical de dimensiuni mari circa 10 m diamet ru si naltimi de pna la 35 m, din caramida refractara format din doua trunchiuri de con (fig.5.9.) numite cuva(4) si etalaj (7) unite printr-o zona cilindrica cu naltime mica fata de diametru pntecele furnalului (5). La partea inferioara furnalul prezi nta o alta zona cilindrica creuzetul (9). Toata constructia se sprijina pe o fundatie corespunzatoare. Gros imea zidariei refractare variaza de la o zona la alta si poate ajunge n unele zone pna la 2 m. Sustinerea zidariei se face cu o manta exterioara din tabla de otel de cazane executata n constructie sudatasi care are grosimea intre 15- 35 mm. Pe aceasta manta sunt prevazute la interior pene metalice care sa conduca la racirea zidariei. ntreaga constructie este sustinut a cu stlpi de rezistentasi este prevazuta cu platforme la diferite nivele pentru conducerea pr oceselor din furnal. La partea superioara se afla aparatul de ncarcare ( 2,3) care asigura totodata si etansarea furnalului. Aerul cald este adus n furnal prin niste orificii practicate la partea superioara a creuzetului numite guri de vnt ( 11). Gurile de vnt sunt n numar impa r si sunt construite din bronz fosforos protejate cu racitoare tronconice cu apa. Alimenta rea gurilor de vnt se face cu ajutorul conductei inelare (6) care nconjoara fur nalul n dreptul etalajului. Creuzetul superior si etalajul sunt racite cu apa. La partea superioara creuzetul prezinta orificiul de evacuare a zgurii (10) la partea inferioara fiind practicat orifici

ul pentru evacuarea fonte (8). Perforarea si astuparea acestor orificii se face cu ajutorul a doua m asini speciale, una perforeaza cealalta astupa orificiile prin injectarea unei mase ceramice ref ractare. Fonta ----------------------- Page 39----------------------O R M E T A L I C E lichida respectiv zgura lichida este condusa catre recipientele de transpo rt prin niste jgheaburi refractare. Gaz de furnal 1 16 2 3 b 14 4 13 12 5 6 11 10 7 8 Fig.5.9. Sectiune prin furnal 9 (a), detaliu aparat de ncarcare (b) 15 T E H N O L O G I A 43 P R E L U C R A R E A M A T E R I A L E L

M A T E R I A L E L O R

a. ncarcarea furnalului se face pe la partea superioara. Aparatul de ncarcare (fig.5.9.b) este format din doua conuri (conul mic 2, si conul mare 3) si doua plnii (1 5,16). ncarcarea se face cu ajutorul unor schipuri, cte doua pentru fiecare furnal. Schipuri le sunt actionate pe un plan nclinat. Cel plin urca cel gol coboara, ntlnirea lor realizndu-se la jumatatea drumului. Pentru ca ncarcarea furnalului sa se faca unif orm, pe sectiunea acestuia, ncarcatura care ajunge pe conul mic este uniform distribuit a cu ajutorul unui dispozitiv rotativ. Cnd pe conul mic s-a dozat o cantitate suficient a de material acesta coboara iar materialul cade pe conul mare. Operatia se repeta pna cnd pe