METALE SI ALIAJE FEROASE UTILIZATE IN INDUSTRIA ELECTROTEHNICA

METALE SI ALIAJE FEROASE UTILIZATE IN INDUSTRIA ELECTROTEHNICA

NOTIUNI DE BAZA

In aceasta lucrare de laborator au fost prezentate urmatoarele:

1. Principalele metale si aliaje feroase utilizate in industria electrotehnica.

2. Principalele propietati fizice si tehnologice ale celor mai utilizate materiale feroase.

3. Domeniul de utilizare al metalelor si aliajelor prezentate.

4. Mijloace de identificare ale materialelor si aliajelor feroase studiate.

In industria electrotehnica pentru fabricarea masinilor si aparatelor electrice se folosesdc diferite materiale metalice si nemetalice. Materialele metalice pe scurt metalele se folosesc pure sau sub forma de aliaje. Aliajele sunt combinatii chimice sau amestecuri obtinute de regula prin topirea impreuna a doua sau mai multe elemente dintre care cel putin unul este metal. Astfel otelul este un aliaj al fierului (metal) cu carbon (metaloid), iar bronzul un aliaj al cuprului (metal) cu staniul (metal).

Un aliaj este alcatuit dintr-un component de baza care predomina din punct de vedere cantitativ si din componenti de aliere care se introduc pentru a modifica

propietatile fizico-chimice, mecanice si tehnologice ale aliajului.

Metalele si aliajele frecvent utilizate, numite metale tehnice sunt standardizate. In standardele referitoare la materiale se dau de regula urmatoarele date:

Denumirea materialului

Modul de simbolizare

Calitatile de materiale ce fac parte din categoria respectiva (marci de

materiale).

Compozitia chimica

Proprietatile fizico-chimice, mecanice tehnologice

Forma de livrare,

Dimensiuni

Modul de marcare.

In industria constructoare de masini si electrotehnica se foloseste o mare varietate

de materiale, foarte diferite ca proprietati si imbuna-tatiri. Aceste materiale se impart in doua mari categorii::

1. Materiale metalice feroase;

2. Materiale metalice neferoase.

MATERIALE METALICE FEROASE

Sunt materiale la care proportia masica a fierului este mai mare decat a orcarui alt

element al aliajului. Cele mai utilizate materiale metalice feroase sunt fontele si otelurile.

I. FONTELE sunt aliaje ale fierului cu carbonul ce contin carbon intre 2% si 6,67% si o serie de elemente insotitoare: siliciu, mangan, sulf, fosfor, etc. Principalele tipuri de fonte utilizate in industria electrotehnica sunt:

Fontele brute ce pot fii aliate si nealiate. Sunt folosite ca materie prima pentru turnarea carcaselor de electromagneti. SR EN 10001:1999 Definirea si clasificarea fontelor brute.

Fonta cenusie este un aliaj de turnatorie in care carbonul este prezent sub forma de grafit lamelar care ii da culoarea cenusie. SR EN 1561:1999 Fonta cu grafit laminar.

Fonta cu grafit nodular prezinta carbonul din componenta sub forma de particule de grafit nodular. Ea se utilizeaza la piesele obtinute prin turnare continuua. SR EN 1563:1999 Turnatorie, fonta cu grafit nodular.

4. Fonta maleabila se imparte in trei categori: SR EN 1562:199 Turnatorie. Fonta maleabila.

Fonta maleabila cu inima alba

Fonta maleabila cu inima neagra

Fonta perlitica

Fontele austenice sunt fonte inat aliate cu caracteristice mecanice superioare. Ea este destinata pieselor turnate.

Fonta refractara rezistenta la temperaturi mari.

Fonta antifrictiune ce este destinata lucrului in conditii de frecare si ungere.

II. OTELURILE sunt aliaje ale fierului cu carbonului continind carbon sub 2% . ele se caracterizeaza printr-o variatie in limite foarte mari a proprietatilor mecanice si tehnologice. SR EN 10020: 1993 Definirea si clasificarea marcilor de otel. Ele se impart in functie de compozitia chimica in:

1. oteluri aliate

2. oteluri nealiate

Otelurile nealiate se impart in:

oteluri nealiate de uz general STAS 502/2 - 80

oteluri nealiate de calitate STAS 880 -88

oteluri nealiate speciale. STAS 1700 - 90

Oteluri nealiate de uz general sunt oteluri produse prin procedee obijnuite. Ele pot fii utilizate in domenii foarte variate.

Oteluri nealiate de calitate sunt folosite la pene de ghidare, bucse, bolturi, buloane, arbori, flanse, coroane, came, etc.

Oteluri nealiate speciale au puritate superioara, si sunt folosite la fabricarea de scule.

Otelurile aliate se impart in:

Oteluri aliate de calitate

Oteluri aliate speciale (STAS 7382 - 88 Oteluri rapide pentru scule)

Oteluri aliate de calitate sunt folosite pentru recipiente si tevi dar si pentru a diminua pierderele de la masinile electrice prin efectul histerezis.

Oteluri aliate speciale sunt caracterizate prin verificarea riguroasa a compozitiei

chimice. Se folosesc la scule (cutite, burghie, etc).

MATERIALE METALICE NEFEROASE

I. Cuprul si aliaje pe baza de cupru STAS 270/3 - 80 Cuprul pentru ELTH si electronica puritate 99,95 -99,99% SR ISO 1090-1:1993 Curpu si aliaje de cupru

- rezistivitatea

- densitatea 8.9 g/cm3

- conductivitatea termica

- temperature de topire, caldura specifica

Aliajele cuprului

- alama (Cu + Zn)

- alame deformabile

- alame turnate in blocuri

- tombacu

- bronzu

- bronz + Al

- Cu + Ni + Zn

- Cu + Zn

II. Aluminiu SR EN 515:1995

- rezistivitate 70% > Cu

- densitatea 4 < Cu

Aluminiul se sudeaza si se lipeste greu

Aliajele aluminiului

- siliminiul (Si 12-13%)

- Duraluminiu (2.5-5% Cu)

- Hidraliu (3.9% Magneziu)

- Staniu (plumb pt Fludor)

- Zinc

III. Plumb

IV. Metale nobile: argint, aur, platina.

ACTIVITATE INDEPENDENTA - propietatile aluminiului, cuprului si otelului.

Proprietatile metalelor si aliajelor se clasifica in patru mari grupe: fizice, chimice, mecanice, tehnologice:

1) Proprietati fizice:

- densitate

- temperatura de topire

- dilatare terminca

- conductibilitate termica

- conductibilitate electrica

- permeabilitate magnetica

2) Proprietatile chimice exprima capacitatea aliajelor de a rezista la actiunea diferitilor agenti chimici:

- rezistenta de coroziune

- refractaritatea

3) Proprietatile mecanice exprima modul de comportare a aliajelor la actiunea fortelor externe:

- elasticitatea

- plasticitatea

- duritatea

- fragilitatea

- rezistenta la oboseala

4) Proprietati tehnologice:

- maleabilitatea

- ductibilitatea

- prelucrabilitatea

- sudabilitatea

- forjabilitatea

I. ALUMINIUL 

O mare parte din productia de aluminiu se regaseste in piese turnate, aluminiul si aliajele sale avand proprietati de turnare deosebite. Aluminiul este un metal ce cristalizeaza cu celula cristalina elementara de cub cu fete centrate.

Densitatea aluminiului variaza in functie de puritate si temperatura. Pentru a calcula densitatea aluminiului lichid se poate folosi formula: dt = 2,382 - 0,000273 ( t - 660 ),in care t este temperatura , in grade celsius.

Caldura masica creste cu temperatura conform formulei:Ct = 0,2220 + 0,0000772 t

Conductibilitatea termica scade cu puritatea si creste cu temperatura, iar dilatarea lineara creste cu temperatura prin acelasi grad de puritate.

Rezistivitatea electrica scade pe masura cresterii puritatii si creste cu gradul de ecruisare.

Coeficientul de temperatura al rezistivitatii electrice este 0,0042.

Puterea de reflexie a aluminiului in ultraviolet este intre 20 - 85 %, in lumina alba 75 - 90 % iar in infra-rosu 90 - 98 %.

Puterea de emisie scade pe masura cresterii gradului de polarizare si creste cu temperatura

II. CUPRUL

Proprietati fizice

Cuprul metallic are culoarea rosie caracteristica; in foite extreme de subtiri apare, prin transparenta, albastru-verzui. Cristalizeaza in retea cubica cu fete centrate si nu prezinta polimorfism. Proprietatile fizice ale cuprului metalic sunt mult influentate de impuritati si, in special caracteristicile mecanice, de procedeele de prelucrare.

Cuprul pur este un metal moale (duritate 3 in scara Mohs), destul de rezistent la rupere si foarte ductil; se lucreaza bine cu ciocanul, la rece, si se modeleaza la presiuni mari. Conductibilitatea calorica a cuprului este tot atat de mare ca a argintului ( 0,93 fata de a argintului, considerata egala cu 1) si mult mai mare decit a altor metale uzuale. De aceea se utilizeaza cupru ori de cate ori este nevoie sa se transmita usor de caldura ( tevi fierbatoare la locomotive, cazane de distilare etc.). De asemenea conductibilitatea electrica a cuprului, apropiata de a argintului, intrece mult pe a celorlalte metale.

Conductibilitatea scade insa considerabil,cand cuprul este impurificat,chiar cu cantitati mici de P, As, Si sau Fe. ( Cantitati sub 0,1% din aceste elemente reduce valoarea conductibilitatii electrice cu 20% sau chiar mai mult ). Din cauza aceasta, in electrotehnica se utilizeaza pe scara mare cuprul cel mai pur, electrolitic.

Proprietati chimice

La temperatura camerei, cuprul nu se combina cu oxigenul din aer (formeza insa incet, cu bioxidul de carbon si apa din atmosfera, un carbonat basic verzui ). Incalzit in aer sau oxigen, se oxideaza dind CuO sau, la temperatura mai inalta, Cu O. Cuprul se combina, chiar la rece, cu clorul (umed) si cu ceilalti halogeni; de asemenea are o mare afinitate pentru sulf si seleniu. Nu se combina direct cu azotul, hidrogenul si carbonul; formeza insa indirect combinatii cu aceste elemente.

Potentialul de oxidare al cuprului fiind negativ, cuprul nu se dizolva in acizi diluati, ci numai in acizii oxidanti concentrati, cum sunt H SO si HNO

De aceea este surprinzatoare, la prima vedere, dizolvarea cuprului, cu degajare de H , in acid clorhidric concentrat. In realitate, in aceasta reactie nu se formeaza ionul Cu+, ci un ion complex [CuCl ]-. Prin formarea complexului, concentratia ionilor cuprosi este atat de mult micsorata, incat potentialul cuprului creste peste acela al hidrogenului.Tot asa se explica dizolvarea cuprului metalic, cu degajare de hidrogen, intr-o solutie concentrata de cianura de sodiu:

Cu + 2CN + HOH -> [Cu(CN) ] + HO + ½ H

Dizolvarea are loc mai usor in prezenta oxigenului. Cu amoniacul ( de asemenea in prezenta oxigenului) cuprul metalic reacsioneaza formand amino-complecsi.

Cuprul formeaza doua serii de compusi stabili, in care poate fi in starea de oxidare +1 ( combinatii cuproase ) sau +2 ( combinatii cuprice ).

Se cunosc de asemenea.dar in numar mic, compusi ai cuprului (III). Acestia sunt insa mult mai putn stabili.

ACTIVITATE DE LABORATOR

Consultarea standardului STAS 201/1-89 "Aliaje de aluminiu turnate in blocuri"

CONCLUZII

In industria electrotehnica la constructia de masini electrice si aparate electrice datorita proprietatilor lor fizice,chimice,mecanice si tehnologice mai sus mentionate se folosesc diferite materiale metalice feroase si neferoase (cupru, aluminiul,fonte si oteluiri sub diferite forme ).

BIBLIOGRAFIE

1) Biblioteca Facultatii de INGINERIE ELECTRICA din cadrul Universitatii POLITEHNICA Bucuresti

Laboratorul "Tehno 2" la Metode si procedee tehnologice - Dl.prof. dr.ing.Tiberiu Tudorache

Internet-site: www.actrus.ro/biblioteca/cursuri/tehnica_mil/iacobescu