Polimorfismul, Deformabilitatea, Defectele retelei cristaline

Polimorfismul:prop. Unor metale (cu valenta variabila) de asi schimba tipul de retea cristalina in anumite intervale de temperatura . ex Fe starile care trece metelul in intervale de temp. Stari alotropice ,se noteza cu simbolul chimic al elementului si o litera grecesca mica in ordinea cresterii temperaturii.

Deformabilitatea:unu din mecanismele deformarii este alunecarea .sub actiunea fortelor exterioare , portiuni din retea cristalinaportiunii din reteaua cristalina se deplaseza dealungul planelor de alunecare (plane de maxima densitate atomica) apreceierea deformabilitatii se face calculand nr de sisteme de alunecare S.A.=PAxDA (PA-plan alunecare) (DA=directii de alunecare )

Defectele retelei cristaline :studiul cu raze X a dovedit o serie de imperfectiuni ale retelei cristaline care pot afecta proprietatiile materialelor. In functie de scara la care se manifesta puteam avaea 1)defecte punctiforme 2)defecte liniare 3)defecte de suprafata

1)defecte punctiforme - vacante (cu un atom) sunt locuri ramase neocupatein nodurile retelei

-atomii interstitiali sunt atomii strainii sau impuritati care ocupa ochiuriile de retea

-defecte conjugate( vacante +atomii interstitiali )

-defecte complexe calire

Toate defectele punctiforme duc tesionarea retelei cea ce are drept cresterea reactiunii la efortul de extrudare (cresterea rezistentei materialelor)

Vacantele favorizeza patrunderea atomilor straini in reteaua materialului de baza .fenomen pe care se bazeza tratamentul termochimic

2)defecte liniare : se manifesta pe o directie si apar in urma unei actiuni a unei forte de extrudare .sub actiunea fortelor exterioare in planele de alunecare portiuni ale retelei se deplaseza fata de alte portiunii care raman pe loc .granita care se deplasate portiunii de alunecare de cea de nealunecata se unemeste dislocatie .marimea sau sensul si valoarea se numeste dislocatie poarta numele de vectori Burgers

Defecte de suprafata :se maifesta pe doua directi si sunt reprezentate de a.m. limite . lim reprezinta portiunii de acomodare in cazul unor orintari diferite ale retelei

-sublimite apar in cadranul aceluias monocristal ,unde exista diferite orintari ale releteli de cel mult un grad

Teoria aliajeleor : deoarece metelele nu asigura toate prop cerute in practica industriala ,s-a recurs la aliere .in urma alieri cresc o serie de prop. Cum ar fi duritatea ,rezistenta si prop tehologiice ,turnabilitatea fluiditatea,deformabilitatea ,sudabilitatea ).in cazul in care exista un component de baza si unu sau mai multe componente de aliere vom avea aliaje binare ,ternare , polimare . Ca umrare a introducerii relementelor de aliere a[ar schimburii in structura obsevabila la microscop,poarta numele de costituientii metalurigici .acestia .Acesti constituenti sunt determinati de fortele de legatura dintre atomi.Daca fortele de leg de atomi dintre acelasi fel sunt mai puternice decat fortele de leg dintre atomii diferiti, in cazul unui aliaj binar cele 2 tipuri de atomi se grupeaza separat.

Legatura dintre diagramele de echilibru si prop.Savantul Kurmakova verificat ptr o serie de aliaje cum variaza prop in functie de structura.El a parcurs trasarea unor diagrame de prop sub diagramele de echilibru.In urma incercarilor a constatat k la sistemele cu componenti insolubili in stare solida,prop variaza liniar in timp ce la sistemele cu componenti solubili in stare solida prop variaza dupa o curba.Incercarile le-a facut studiid prop mecanice(rezistenta,duritate) si ptr proprietati s-au extins si la cele tehnologice.(fluiditate ,deformabilitate.)Diagrama Peritectic

Clasificarea si simbolizarea otelurilor carbon

dupa continutul de carbon

Extramoi 0.02-0.15 <32 daN/mm / moi 0.15-0.25 ,32-37 / semimoi 0.25-0.40 37-50 /semidure 0.40-0.60 50-70 /f dure 0.60-0.80 70-80 /extradure >0.8 ,80-100

Dupa modul de elaborare sunt oteluri elaborate in cuptor Martin

Dupa modul de prelucrare :laminate forjate extrudate

Dupa gradul de dezoxidare obijnuite calmate necalmate si smicalmate

Ot de costructie 0.02-0.65%c

1)Obijunite de uz general (OL37 , OL 40 OL 50)

Oteleuri turnate OT 40 OT 60

2)de calitate OLC -se supun tratamentulor termice care au drept scop obtinerea unei duritati si rezistente ridicate . in functie de tratamentul aplicat avem :

Ot de cementare <0.3%c

Ot de imbunatire :obtinerea unui ansamblu optim intr duritate si plasticitate (calire + revenire )OLC 35

2 Ot de scule >0.65% C

Osc 7 , osc 10

Ot cu destinatie precisa :

-AUT (0.15-0.3%)[OLC45XAT} OSP OSL

Fonte : aliaje ale fierului cu C de la 2.07 -6.67%C

Clasificare

Fonte albe hipoeutectice 2.06-4.3%C

Eutectice 4.3%

Hipereutectice 4.3%-6.67%

Fonte -afinate cu cocs (K) F.A.K.

Mangal M F.A.M

Simbolizare FAK 4 , -procentul de C din fonta

Fonte cenusii 2.06 -6.67%C C- grafit (cenusie )

Clasificare :dupa masa metalica de baza

Fonte feritice R=12

Fonte fero-perilitice R=18

Peritice R=24 (Pe)

Perito-cementitice (Pe + Ce II)

Clasificare otelurilor aliate.-dupa structura propusa de Guillet :a construit diagrame care-i poarta numele ptr fiecare element de aliere ,determinand structurile posibile obtinute dupa o recoacere de normalizare.Incalzirea otelului la 900 grade C si racirea la aer 

-dupa numarul elementelor de aliere : cu un element cu 2 elemente,cu 3 elemente

-dupa continutul in elementele de aliere :slab aliate(<2%E.A),mediu aliate(2-10% E.A),bogat aliate(>10%E.A)

-dupa destinatie :oteluri de constrcutie(α,Pe,E.A,aliate),oteluri de scule (Pe,M,E.A,aliate),oteluri cu prop fizico-chimice speciale(α,γ,E.A,aliate).

Simbolizarea dupa destinatie a otelurilor aliatelor 

.Oteluri de constructie(0.02-0,65%)

a)Oteluri de cementare <0,3%C...ex :17Mn10-slab aliat ,10Ni35-mediu aliat,10MnCr15.

b)Oteluri de imbunatatire(0,3-0,65%C)..ex :35Mn10,50VCr11,41MaCr11

Oteluri de scule(>0,65%C)..ex :prelucrate la rece :Cr 120(2%C,12%Cr),prelucrare la cald Rp3(18.4.1),aliaje dure de aschiere(se obtin prin metalurgia pubelrilor)

Oteluri cu prop fizico-chimice ridicate :a)Otelul austenitic manganos rezistent la uzura ,b)oteluri inoxidabile si refractare,oteluri utilizate in electrotehnica.

Defectele otelurilor aliate.exista 3 deficiente.

Segregatia dendritica:datorit distantei mai mari dintre linia lichidussi solidus ,apare o neomogenitate chimica pe sectiunea grauntelui.Se poate inlatura microsegregatia ,iar macrosegregatiile se faramiteaza prin deformari cu grade mari de deformare.

fragilitatea de revenire.Fragilitatea de ordinu I se previne prin aliere cu Mo(0,2-0,4%)(molibden),fragilitatea de ord II se previne prin racier in apa dupa revenire.

Fulgii :se datoreaza hidrogenului ,care poate ramane stocat in material in cazul unei raciri mai rapide,iar prevenirea lor se face prin raciri foarte lente protejate care sa previna difuzia ,iesirea hidrogenului din material.

Alamele :

.1Alame normale :sunt aliajele Cu cu Zn.Ptr a vedea care sunt prop avem nevoie de diagrama de echilibru Cu-Zn.

Clasificare.a)alame monofazice (α),b)alame bifazice(α+β)

2Alame speciale :sunt aliaje ternare care mai contin un al 3 component care le confera prop speciale.Cu-Zn+E.A

Tipuri de alame :-alame cu Sn-alame marine

-alame cu Pb-aschiabilitatea

-alame cu Si-fluiditatea.sudabilitatea

-alame cu Al-rezistenta la oxidare

-alame cu Ni-rezistenta la coroziune si oxidare

Bronzurile

1.Bronzuri obisnuite :cel mai vechi alij folosit

Clasificare :a)bronzuri monofazice( )<9%Sn

b)bronzuri bifazice(α+δ)9-15%Sn

Bronzuri speciale:spre deosebire de alamele speciale,care sunt numai aliaje ternare,bronzurile speciale pot fii binare sau ternare:-binare Cu+E.A(-Zn,-Sn),-ternare Cu-Sn+E.A

     

Cristalizarea lingoului de otel calmat

Defecte ce apar la cristalizare(solidificare) :

Segregatiile-reprezinta neomogenitati chimice care se manifesta la scara grauntelui cristalin si in acest caz se numesc :

a)microsegregatiile :pot fii-intracrtistaline si intercrsitaline

b)macrosegregatii :segregatii intracristaline

Un alt tip de segregatii sunt segregatiile dupa :-greutatea specifica care apar in cazul aliajelor la care componentii au greutati specifice diferite .ex:aliajul Cu-Pb

2)Alta categorie de defecte sunt POROZITATILE :a)contractia de solidificare b)scaderea solubilitatii.

Deferomarea plastica si recristalizarea

Ecruisarea.Avantaje :-se pot durifica materiale care nu pot fi durificate prin tratamente termice

se obtin materiale cu duritate foarte mare,a.m corzi de pian

se pot realiza o serie de procedee tehnologice cum ar fi ambutisare si trefilare.

Dezavantaje :-materialele se durifica si necesita forte din ce in ce mai mari ptr deformare

isi pierde plasticitatea si ptr continuare deformarii va fi nevoie de tratamente intermediare ptr redarea plasticitatii

Recrsitalizarea materialelor ecruisate :Starea materialelor ecruisate este o stare in afara de echilibru .Orice system tinde spre echilibru ,acest lucru fiind favorizat de cresterea temperaturii.Un material ecruisat supus incalziri trece prin urmatoarele etape :

restaurarea

recristalizarea

recristalizarea selectiva

4.4.4 REVENIREA Revenirea este tratamentul termic ce se aplica obligatoriu pieselor calite. Prin revenire se urmareste reducerea partiala a starii de maxim neechilibru create in oteluri prin calire. Aducerea materialului calit intr- o stare mai stabila si mai putin fragila, se realizeaza prin incalzirea otelului calit pana la o temperatura inferioara punctului critic A 1, mentinerea la aceasta temperatura un timp suficient pentru uniformizarea temperaturii pe sectiunea piesei si pentru desfasurarea procesului de transformare al martensitei, dupa care urmeaza racirea in aer liber In functie de structura ce rezulta in urma aplicarii tratamentului termic de revenire, pot fi deosebite trei tipuri de reveniri: revenire joasa, revenire medie si revenire inalta. Revenirea joasa se aplica pieselor calite, cu scopul reducerii continutului de austenita reziduala si a transformarii martensitei tetragonale in martensita cubica. Revenirea medie se aplica cu scopul obtinerii unei structuri troostitice de revenire, structura ce este carcaterizata printr- o limita de elasticitate foarte inalta si o duritate de cea. 40 HRC. Revenirea inalta se aplica cu scopul obtinerii unei structuri sorbitice de revenire, aceasta structura fiind, caracterizata printr-o tenacitate maxima si are o duritate de cea. 30 HRC. 4.5. PRINCIPALELE TIPURI DE TRATAMENTE TERMOCHIMICE 4.5.1 CARBURAREA (CEMENTAREA) Carburarea este tratamentul termochimic care consta din imbogatirea cu carbon a stratului superficial al pieselor din otel cu continut scazut de carbon, prin incalzirea si mentinerea acestora la o anumita temperatura, in contact cu mediul solid, lichid sau gazos, capabil sa cedeze atomi de carbon. In mod obisnuit se supun carburarii, asa numitele oteluri de cementare, care au un continut scazut de carbon (pana la 0,25 %C). In urma carburarii, prin ridicarea continutului de carbon la suprafata (0,7- 1,1 %C), se confera piesei o duritate superficiala ridicata, rezistenta la uzura si la oboseala mare, avand in acelasi timp miezul tenace, capabil de a prelua solicitarile dinamice. Datorita acestor proprietati care rezulta in urma carburarii, aceasta se aplica la: roti dintate, arbori, bolturi, etc. Carburarea in mediu solid, este cea mai veche metoda de carburare, care utilizeaza drept donor de carbon, medii solide care cuprind un component organic si diferite adaosuri de activare. Ca material de baza este utilizat, de obicei, carbune de lemn (mangal). Ca materiale cu rol de activator, se folosesc de obicei saruri ale metalelor alcalino- pamantoase ca: BaCO3, CaC03,Na2CO3. Amestecul clasic este format din 60% mangal si 40% BaCO3.

Piesele care urmeaza a se supune cementarii, se gasesc in cutiile de cementare,impachetate in amestecul de carburare. Cutiile de cementare se inchid ermetic si se introduc in cuptoarele de cementare, unde se incalzesc la temperaturi de 930- 950C, avand loc intre carbonatul de bariu si mangal, urmatoarele reactii chimice:

La suprafata otelului are loc disocierea oxidului de carbon dupaCarbonul activ care ia nastere in urma acestei reactii, este adsorbit la suprafata otelului iar de aici difuzeaza spre interiorul piesei. Adancimea stratului carburat depinde de durata carbuarii, de temperatura si de alti factori. Adancimea stratului carburat obtinut in mediu solid intr- un interval de timp de 8- 10 ore este de 0,5- 2 mm. Carburarea in mediul gazos, este in prezent cel mai raspandit procedeu de imbogatire superficiala in carbon, aceasta datorita posibilitatilor de control si reglare a parametrilor care influenteaza procesul, cat si gradului ridicat de reproductibilitate, folosind instalatii mecanizate si automatizate, cu o productivitate foarte ridicata. Carburarea in mediul gazos, consta in introducerea pieselor intr- un spatiu etans de carburare (cutii, retorte, mufle, camere de lucru ale cuptoarelor speciale, etc.) si incalzirea lor la temperaturi ridicate 8500- 1000C). In spatiul de carburare se introduce un amestec gazos ori un lichid care se gazeifica rapid in spatiul de lucru al cuptorului (petrol lampant, benzol, etc.). Mediile gazoase, folosite pentru carburarea gazoasa, pot fi impartite in trei grupe pricipale, in functie de modul lor de obtinere : a)Medii naturale, utilizate fara prelucrari esentiale, cum ar fi: gazul natural (92% CH4), gazul de sonda,gazul de cocserie, gazul de iluminat.

b)Medii gazoase, obtinute prin gazeificarea unor hidrocarburi lichide, picurate in spatiul de carburare, cum ar fi: petrol lampant, benzolul, metanolul, etc.

c) Atmosfere controlate, formate dintr-un gaz suport sau purtator care este deobicei endogazul si dintr- un gaz de imbogatire (metan sau propan), care intensifica puterea de carburare a amestecului. Endogazul se obtine prin arderea incompleta a gazului natural, avand drept component carburizator, oxidul de carbon.

La temperaturile de carburare, hidrocarburile se descompun, punand in libertate carbon activ, care este adsorbit de suprafata pieselor, difuzand apoi inspre interior, realizandu- se astfel imbogatirea in carbon a stratului superficial. Obtinerea carbonului activ, in cazul utilizarii gazului metan, se face dupa reactia:

Diagrama TTT