Oteluri, aliaje neferoase

Oteluri, aliaje neferoase

1.6. INFLUENTA ELEMENTELOR DE ALIERE ASUPRA PUNCTELOR CRITICE LA INCALZIRE

Elementele din grupa nichelului coboara A iar cele din grupa cromului il ridica. O actiune asemanatoare exercita elementele de aliere si asupra punctului A (fig. 7). O puternica influienta manifesta elementele de aliere asupra concentratiei la care se gasesc diferitele puncte critice. Toate elementele de aliere deplaseaza punctul S al diagramei de echilibru spre concentratii mai mici micsorand continutul in carbon al perlitei (fig. 8). O influenta asemanatoare manifesta elementele de aliere si asupra pozitiei punctului E al diagramei Fe-C ; la un continut ridicat in elementele de aliere punctul E este atat de puternic deplasat spre stanga incat se formeaza ledeburita chiar si la un continut de citeva zecimi de procente de carbon.

1.7. INFLUENTA ELEMENTELOR DE ALIERE ASUPRA CRESTERII GRAUNTELVI DE AUSTENITA LA INCALZIRE

Toate elementele de aliere cu exceptia manganului micsoreaza tendinta de crestere la incalzire, a grauntelui de austenita cea mai puternica influenta manifestand elementele care formeaza carburi ; cu cat carburile se dizolva la o temperatura mai ridicata cu atit grauntele de austenita creste mai putin.

1.8. INFLUENTA ELEMENTELOR DE ALIERE ASUPRA TRANSFORMARII AUSTENITEI LA RACIRE SI ASUPRA CALIBILITATII

S-a aratat ca elementele de aliere modifica puternic modul de transformare al austenitei la racire deplasand, cu exceptia cobaltului, curbele in C la dreapta si in jos marind prin aceasta calibilitatea. Daca elementele de aliere formeaza la racire carburi in afara de deplasarea curbelor in C la dreapta si in jos ele separa si domeniul de transformare perlitic de cel de transformare bainitic.

Aceste influente ale elementelor de aliere se prodnc numai daca elementele de aliere sunt uniform si bine dizolvate in austenita.

1.9. INFLUENTA ELEMENTELOR DE ALIERE ASUPRA PUNCTELOR DE INCEPUT Si DE SFIRSIT DE TRANSFORMARE MARTENSITICA SI ASUPRA PROPORTIEI DE AUSTENITA REZIDUALA

Elementcle de aliere, cu mici exceptii (Co si Ai), coboara temperaturile M si M, marind proportia de austenita reziduala. Influenta elementelor de aliere asupra punctului M si asupra procentului de austenita reziduala pentru un oxel cu 1 C este data in figura 9.

1.10. INFLUENTA ELEMENTELOR DE ALIERE ASUPRA TRANSFORMARILOR LA REVENIRE

In procesul revenirii martensitei aliate se produc accleasi transformari ca si la revenirea martensitei din otelurile nealiate insa in acest caz formindu-se carburi ale elementelor de aliere sau cementita aliata este necesara o insemnata difuzie a elementelor de aliere. Deoarece viteza de difuzie a elementelor de aliere este foarte mica, prezenta lor micsorand si viteza de difuzie a carbonului, elementele de aliere vor influenta puternic toate procesele de la revenire care se bazeaza pe difuzie.

Primnl stadiu al descompunerii martensitice este practic neinflueniat de elementele de aliere insa al doilea stadiu al acestui proces este puternic influentat, viteza cu care se produce descompunerea martensitei si precipitarea carburilor fiind mult incetinita de elementele de aliere. Elementele de aliere maresc deci stabilitatea martensitei, martensita din otelurile aliate fiind stabila pana la temperaturi mai ridicate decit martensita otelurilor carbon. Cea mai puternica influenta asupra descompunerii martensitei si precipitarii carburilor o manifesta siliciul si elementele care formeaza carburi cromul, molibdenul, woltramul etc. Nichelul si manganul exercita asupra celui de-al doilea stadiu al descompuncrii martensitei o influenta mai putin importanta.

Cea de a doua transformare de la revenire, descompunerea austenitei reziduale, este de asemenea influentata de prezenta elementelor de aliere.

Acestea micsoreaza viteza de transformare a austenitei reziduale si ridica tcmperatura la care aceasta transformare are loc ; cea mai mare influenta in aceasta directie o manifesta manganul, cromul si siliciul.

O influienta deosebit de puternica manifesta elementele de aliere asupra coalescentei carburilor (a patra transformare la revenire). Micsorand viteza dc difuzie a carbonului, elementele de aliere franeaza puternic cresterca parliculelor de carburi. Siliciul si elementele care formeaza carburi cromul, vanadiul. molibdenul, wolframul franeaza deosebit de puternic coalescenta carburilor. Ca urmare dupa revenire la aceeasi temperatura dispersia carburilor in otelurile aliate cu astfel de elemente este mult mai inaintata (particulele de carburi sunt mult mai fine. Nichelul si cobaltul manifesta o mica influienta asupra coalescentei carburilor.

Considerand procesul formarii carburilor la revenirea otelurilor in cazul revenirii la temperaturi scazute, mai mici de 300°C, a unui otel aliat deoarece la astfel de temperaturi viteza de difuzie a elementelor de aliere este foarte mica se va forma o carbura aliata cu acelasi continut in elemente de aliere ca si martensita din care provine. La temperaturi mai mari, peste 400°C, viteza cu care se desfasoara difuzia elementelor de aliere devenind mare, se produce o redistribuire a elementelor de aliere intre matrice si carburi, o mare parte din elementele care formcaza carburi trecand in cementita. Daca in cazul otelului considerat faza de echilibru este o anumita carbura dupa saturarea cementitei in elemente de aliere are loc transformarea cementitei cu formarea carburii respective. Influenta elementelor de aliere asupra transformarilor la revenire este scoasa in evidenta cu ajutorul curbelor de variatie cu temperatura de revenire a duritatii otelului calit la martensita. Astfel de curbe sunt aratate pentru otelurile carbon din figura 10, a, pentru otelurile aliate cu elemente care nu formeaza carburi ci se gasesc dizolvate in matrice, ca siliciul, nichelul etc., in figura 10, b, iar pentru otelurile aliate cu elemente care formeaza carburi, in figura 10, c si d. Din aceste figuri se constata ca la otelurile carbon, exceptand otelurile cu continut de carbon ridicat, duritatea scade continuu la cresterea temperaturii de revenire ; la otelurile cu peste 0,8 C se observa ca la revcnire pina la 100 C are loc o usoara crestere a duritatii, determinata de precipitarea carburilor coerent legate cu matricea ; pentru un otel cu 1 C, cresterea de duritate este de 1 - 2 unitati HRC. exceptand aceasta mica crestere a duritatii se poate considera ca la revenirea otelurilor carbon duritatea scade continuu cu temperatura de revenire figura 10, b arata ca la alierea cu elemente care nu formeaza carburi, siliciu, nichel, mangan etc., duritatea se micsoreaza continuu dar mult mai lent decit la otelurile carbon, ceea ce indica o crestere a stabilitatii martensitei la ridicarea temperaturii. O concluzie asemanatoare se obtine si din analiza figurilor 10, c si d care corespund otelurilor aliate cu elemente care formeaza carburi ba mai mult decit atit, in cazul alierii cu astfel de elemente, are loc chiar si o crestere a duritatii in intervalul de temperaturi cuprins intre 350600°C. Acest fenomen se numeste durificare secundara si este determinat de precipitarea carburilor elementelor de aliere si de transformarea austenitei reziduale. Fenomenul de durificare secundara este deosebit de important in cazul otelurilor de scule inalt aliate cum sunt otelurile rapide. In astfel de cazuri dupa calire rezulta o mare cantitate de austenita reziduala ; duritatea otelurilor in aceasta stare se numeste duritate primara; La revenire are loc procesul de precipitare a unor carburi extrem de fin dispersate in masa de baza si austenita reziduala se transforma la racirea dupa revenire in martensita. Ca urmare se produce durificarea secundara, duritatea creste depasind duritatea otelului calit ; duritatea obtinuta dupa revenire se numeste duritate secundara.

1.11. PROPRIETATILE MECANICE ALE OTELURILOR ALIATE REVENITE. FRAGILITATEA DE REVENIRE

Proprietatile mecanice ale unui otel aliat calit si revenit, difera foarte mult de proprietatile mecanice ale unui otel carbon cu acelasi continut in carbon, calit si revenit la aceeasi tempetratura, otelul aliat prezentand rezistenta si tenacitate superioare otelului carbon. Inflnenta continutului in elemente de aliere asupra proprietatilor mecanice ale unui otcl cu 0,35 C, calit si revenit la 200°C este aratata in figura 11, a si b, iar influenta elementelor de aliere asupra,proprietatilor mecanice ale unui oiel cu 0,4 C calit si revenit la 650°C, in figura 12.

Influenta temperaturii de revenire asupra proprietatilor mecanice ale otelurilor aliate poate fi ilustrata prin diagrame de variatie cu temperatura de revenire a proprietatilor mecanice. Considerand un otel cu 0,26 C, 1,25 Cr Si 0,24 % Mo calit si revenit, variatia proprietatilor mecanice cu temperatura de revenire este data in figura Se vede ca incepand de la aproximativ 200°C proprietatile de rezistenta (Rezistenta la rupere Rm si limita de curgere Rc) scad continuu iar proprietatile de plasticitate (alungirea la rupere A5 si gituirea la rupere Z) cresc, scaderea rezistentei fiind insa destul de lenta astfel ca la temperaturi de revenire de ordinul 500: . .600°C otelul este inca suficient de rezistent. Din diagrama 13 se vede si faptul ca spre deosebire de otelul carbon la care rezilienia creste continuu cu temperatura de revenire, la otelul considerat rezilienta scade pronuntat in intervalul de temperaturi 250:..400°C, ofelul calit si revenit in acest domeniu de temperaturi fiind fragil. Acest fenomen este numit fragilitate de revenire si este caracteristic multor oteluri aliate. Mai mult decit atit, in cazul unor oteluri aliate de construciii (oteluri care contin pina la 0,6% C) se observa chiar doua intervale de fragilitate, primul in domeniul de temperaturi cuprins intre 250. . . 400°C, iar al doilea intre 500650°C. Acest fenomen este reprezentat schematic in figura 19. Fragilitatea din intervalul de tem-

peratura 250400°C, numita fragilitate de revenire de ordinul intii, se produce la revenirea otelului la temperaturi cuprinse in acest interval. Odata produsa aceasta fra- gilitate nu mai poate fi inlaturata. Pentru acest motiv se numeste 'fragilitate de neanlaturat ' sau 'fragilitate ireversibila'. Pentru a evita o astfel de fragilitate otelul calit nu trebuie revenit niciodata la aceste temperaturi.

Multa vreme s-a presupus ca fragilitatea ireversibila este determinata de transformarea austenitei reziduale care constituie un fel de cement tenace intre cristalele de martensita. In ultimul timp a fost emisa ipoteza ca fragilitatea ireversibila este determinata de descompunerea neuniforma a martensitei de calire in martensita de revenire. La aceste temperaturi transformarea decurge mai intens la limitele grauntilor si mai putin intens in interiorul lor ; ca urmare in timp ce la limitele grauntilor transformarea martensitei de calire in martensita de revenire este aproape completa in interiorul grauntilor aceasta transformare a avut loc numai partial. Apare ca urmare o diferenta de rezistenta intre straturile de material situate la suprafata grauntilor si cele situate in interior, straturile de la exterior, mai putin rezistente, jucand rol de concentratori de tensiuni ceca ce duce la ruperea fragila. La cresterea duratei de mentinere sau a temperaturii de revenire, transformarea martensitei de calire in martensita de revenire se realizeaza in intreg volmnul grauntilor tenacitatea otelului restabilindu-se dar micsorandu-se in acelasi timp duritatea.

Fragilitatea de revenire care se produce la revenirca la temperaturi mai mari de 500 C, in intervalul de temperaturi cuprins intrc 500650°C, se numeste fragilitate de revenire de ordinul doi. Caracteristic pcntru aceasta fragilitate este faptul ca ea apare numai daca dupa revenire piesele sint racite lent. La racire rapida dupa, revenire tenacitatea nu sem icsoreaza ci creste monoton cu temperatura dc revenire (fig. 14) dar fragilitatea reapare daca dupa prima revenire se aplica o a doua revenire la temperaturi inalte urmata de o racire lenta. Pentru acest motiv aceasta fragilitate se numeste si fragilitate reversibila. Ca si la fragilitatea de revenire de primul ordin si la aceasta fragilitate celelalte proprietati mecanice nu sunt afectate. Fragilitatea de revenire reversibila este intr-o oarecare masura caracteristica tuturor otelurilor aliate ea neproducindu-se la otelurile carbon ,(fig. 12.30). Trebuie subliniat insa ca nu toate otelurile manifesta aceeasi inclinatie pentru aceasta fragilitate ; in timp ce la unele oteluri fragilitatea de revenire reversibila este neglijabila, la altele ea este deosebit de accentuata. S-a constatat ca otelucile de constructii., aliate cu crom sau cu crom si nichcl, care contin si circa 0,001 P sint deosebit de sensibile la acest gen,de fragilizare.Daca se adauga alaturi de crom si nichel si alte elemente de aliere in timp ce unele, ca de exemplu manganul accentueaza inclinarea otelului pentru fragilitatea de revenire altele, ca molibdenul si wolframul, o micsoreaza. In prezent se admite ca fragilitatea de revenire de ordinul doi este provocata de faptul ca la revenirea la temperatura inalta formarea cementitei, saturarea ei in crom, mangan etc. si formarea carburilor elementelor de aliere au loc cu viteze mai mari la limitele dintre graunti decit in interiorul lor. Ca urmare se produce saracirea in elemente de aliere a zonelor situate in vecinatatea limitelor de graunte. La racirca lenta dupa revenire sau la mentinerea in intervalul de temperaturi 500. . .520°C, zonele saracite in elemente care formeaza carburi se imbogatesc prin difuzie in fosfor, deoarece la aceste temperaturi are loc difuzia negativa a fosforului care face ca zonele din vecinatatea limitelor de graunte, sarace in elemente de aliere, sa se imbogateasca tot mai mult in fosfor in timp ce zonele situate in interiorul grauntilor, bogate in elemente de alicre, sa devina tot mai sarace in fosfor. Ca rezultat al imbogatirii in fosfor, zonele situate in vecinatatea limitelor dintre graunti devin fragile. O noua revenire la temperaturi mai mari de 600 C urmata de racire cu viteza mare inlatura fragilitatea, deoarece reincalzirea la temperaturi mai mari de 600°C determina o redistribuire a fosferului in intreg volumul de material. Influenfa favorabila a molibdenului in proportii pina pe la 0,6 , care frineaza sau inlatura complet fragilita.tea de revenire reversibila, se explica prin aceea ca la astfel de concentratii molibdenul nu participa practic la formarea cementitei aliate nefonnand nici carburi proprii. Ca urmare zonele situate in vecinatatea limitelor nu saracesc in molibden, ceea ce are ca efect micsorarea diferentei intre viteza de formare a carburilor la limitele grauntilor si viteza de formare a aceatora in interiorul grauntilor si odata cu aceasta impiedicarea difuziei fosforului spre zonele situate in vecinatatea limitelor dintre graunti. Aceasta influenta favorabila a molibdenului dispare la continuturi mari in molibden deoarece in aceste cazuri se formeaza carburi proprii de molibden ceea ce are ca efect o accentuare a saracirii in elemente de aliere a zonelor situate in vecinatatea limitelor dintre graunti si ca urmare o accelerare a procesului de concentrare a fosforului in aceste zone. Influenta favorabila a wolframului se explica in acelasi mod.

2. NOTAREA SI CLASIFICAREA OTELURILOR ALIATE

2.1. NOTAREA OIELURILOR ALIATE

Otelurile aliate se noteaza dupa modul de obrinere a pieselor si semifabricatelor, prin turnare sau prin deformare, printr-un simbol format din cifre si litere.

Din categoria otelurilor aliate turnate in piese se deosebesc otelurile aliate turnate in piese pentru constructii de masini, oteluri aliate refractare si anticorosive turnate in piese si oteluri manganoase rezistente la uzura turnate in piese.

Otelul aliat turnat in piese se noteaza cu un simbol format din litera T urmata de alte litere si de doua grupuri de cifre primul dupa litera T iar ultimul la sfirsitul simbolului. Litera T indica starea turnata, celelalte litere fiind simbolurile elementelor de aliere fnscrise in ordinea cresterii continutului sau a importantei lor in otelul respectiv. Grupul de cifre care urmeaza dupa litera T indica, in sutimi, procentul mediu de carbon, iar cifrele de la sfirsitul simbolului indica in zecimi, continutul mediu in elementul principal de aliere. Citeva dintre otelurile aliate turnate in piese sunt date in tabelul 1.

Otelurile aliate deformabile se subampart in oteluri deformabile cu destinatie generala si oteluri deformabile cu destinatie precisa. La rindul lor otelurile aliate deformabile cu destinatie generala se subimpart in oteluri aliate pentru constructii de masini, oteluri aliate superioare pentru constnictii de masini, oteluri rezistente la coroziune si refractare prelucrate la cald etc.

Otelurile aliate deformabile pentru constructii de masini sint notate prin simbolari formate din litere si cifre, cifrele fiind situate inaintea literelor si la sfirsitul simbolului. Cifrele situate inaintea literelor arata continutul mediu de carbon, in sutimi de procent iar cele situate la sfirsitul simbolului arata continutul mediu, in zecimi de procent, din elementul principal de aliere. Literele sint chiar simbolurile elementelor de aliere si sint scrise in ordinea crescinda a continutului si importantei lor in cazul otelurilor aliate superioare la simbolul marcii se adauga si litera X. Otelurile rezistente la coroziune si refractare prelucrate la cald sint notate prin simboluri formate in mod asemanator cu deosebirea ca simbolurile elementelor nu sint date in intregime ci prescurtat astfel : C, crom ; N, nichel, ; W, wolfram ; V, vanadiu ; S, siliciu etc.

Din categoria otelurilor deformabile cu destinatia precisa se mentioneaza otelurile aliate pentru scule si otelurile pentru rulmenti. Notarea otelurilor se face si fn acest caz cu ajutorol unor simboluri obtinute, cu mici deosebiri, asemanator obtinerii simbolurilor pentru otelurile aliate deformabile cu destinatie generala. Un simbol diferit este folosit la otelurile rapide pentru scule ; in acest caz o marca de otel notandu-se cu simbolul Rp (prescurtare de la 'rapid') dupa care urmeaza numarul de ordine al marcii : Rp2, Rp3 etc. Otelurile pentru rulmenti se noteaza cu simbolul Rul urmat de un numar de ordine, de exemplu Rul 1. Cfteva otelcri aliate deformabile sunt date fn tabelul 2.

2.2. CLASIFICAREA OTELURILOR ALIATE

Otelurile aliate se pot clasifica dupa mai multe criterii : a - dupa structura in starea de echilibru adica dupa structura in stare recoapta ; b - dupa structura obtinuta la racirea in aer, adica dupa structura in stare normalizata ; c - dupa destinatie.

Clasificarea otelurilor aliate dupa structura in stare recoapta se bazeaza pe influenta manifestata de elementele de aliere asupra pozitiei punctelor S, E, A3 si, A4 ale diagramei fier-carbon. La 0 element cfe aliere punctul S se afla la 0,77 C, punctul E la 2,11 C, punctul A3 la 910 C iar punctul A4 la 1 392°C. La cresterea continutului in element de aliere, indiferent de natura elemcntului de ardere, punctele S si E se deplaseaza spre continuturi mai mici in carbon, iar punctele A 3 si A4 se deplaseaza pentru elementele din grupa cromului asttel incat ingusteaza domeniul iar pentru elementele din grupa nichelului astfel incat maresc domeniul . Aceste influente ale elementelor de aliere sint ilustrate grafic in figura 15, a si b unde sint trasate si diagramele structurale corespunzatoare care arata ca otelurile aliate cu elemente din grupa cromului pot aparline uneia din urmatoarele clase : hipocutectoide, hipereutectoide, ledeburitice, feritice si semiferitice iar otelurile aliate cu elemente din grupa nichelului pot apartine elaselor : hipoeutectoide, hipereutectoide ledeburitice. austenitice si semiaustenitice. Pentru a ilustra acest mod de clasificare in figura 16 se arata diagrama structurala a otelului cu crom.

Clasificarea dupa structura in stare normalizata se bazeaza pe diagrama descompunerii izoterme a austenitei. S-a aratat ca la cresterea continutului fn elemente de aliere curbele in C se deplaseaza la dreapta si in jos iar punctul Ms in jos. Ca urmare considerand curba vitezei de racire in aer, aceasta va taia curbele in C ale otelurilor aliate la tempeuaturi diferite. Intr-adevar considerand trei oteluri, unul slab aliat, al doilea cu un continut in elemente de aliere mai ridicat si al treilea cu un continut si mai ridicat in elemente de aliere ale caror curbe in C sint reprezentate in figura 17, a, b, si c, in timp ce la primul otel structura obtinuta la racirea in aer este perlitica, la cel de-al doilea otel structura va fi martensitica, iar la cel de-al treilea austenitica. Rezulta astfel ca dupa structura obtinuta la racirea in aer otelurile aliate pot fi : a - otelurile cu structura normala numite si oteluri perlitice: ; b - oteluri cu structura martensitica ; c - oteluri cu structura austenitica. Otelurile din clasa perlitica se impart in oteluri care contin pfna la circa 0,25 C numite oteluri de cementare deoarece se folosesc pentru cementare si oteluri care contin peste 0,25 C numite si oteluri pentru imbunatatire, deoarcce se folosesc in stare obtinuta prin imbunatatire.

Considerand acest criteriu, se pot trasa diagrame structurale, numite diagrame Guillet, care arata in functie de continutul in carbon si in element de aliere structura otelului dupa normalizare. Pentru otelurile mangan diagrama Guillet este data in figura 18. O diagrama asemanatoare se obtine si pentru otelurile nichel (fig. 19). Daca se considera otelurile aliate cu elemente care formeaza carburi, elemente din grupa cromului, la continuturi mici in carbon si mari in element de aliere, otelul la orice temperatura va fi alcatuit numai din ferita aliata ; astfel de oteluri se numesc feritice. In sfirsit tot in cazul otelurilor aliate cu elemente din grupa cromului, la continuturi mari in elemente de aliere si in carbon se obtine a cincea clasa de oteluri, oteluri cu carburi. Un exemplu de diagrama structurala pentru oteluri aliate cu elemente din grupa cromului este dat in figura 20 care reprezinta diagrama otelurilor crom. Dupa structura obtinuta la normalizare se fntilnesc deci urmatoarele clase de ofeluri: a - oteluri cu structura normala sau oteluri perlitice ; b - oteluri cu structura martensitica ; c - oteluri cu structura austenitica ; d - oteluri feritice ; e - oteluri cu carburi.

Dupa destinatie otielurile se impart in : a - oteluri de constructii folosite pentru fabricarea diferitelor organe de masini si elemente de construciii metalice ; b - oteluri de scule, intrebuintate pentru fabricarea sculelor de calitate superioara ca de exemplu scule utilizate pentru taiere, pentru lovire matritare si instrumente de masura ; c - oieluri cu proprietati fizice, chimice si mecanice deosebite avand destinaiii speciale.

3. OTELURI ALIATE PENTRU CONSTRUCTII

Fie pentru inceput otelurile aliate folosite in constructia de masini la fabricarea diferitelor organe de masini. Date fiind solicitarile la care sint supuse asemenea piese otelurile din care sint fabricate trebuie sa posede o asociatie de proprietati cat mai utila ele trebuie sa aiba o rezistenta la rupere cat mai mare, sa fie plastice si tenace pentru a rezista actiunilor dinamice si de soc, sa aiba o rezistenta la oboseala cat mai ridicata pentru a rezista sarcinilor variahile etc. Astfel de proprietati se obtin in mod curent prin utilizarea de oteluri aliate calite si revenite. Dupa continutul in carbon otelurile de constructii de masini se impart in : a - oteluri pentru cementare, sint oteluri cu continut scazut in carbon de la 0,06 C la 0,25 % C utilizate pentru confectionarea pieselor ce urmeaza a fi cementate ; b - oteluri pentru imbunatatire, sint oteluri cu continut in carbon de la 0,25 la circa 0,6% ; sint utilizate pentru confectionarea pieselor ce urmeaza a fi calite si revenite la temperaturi ridicate. Otelurile pentru constructii de masini sint aliate fie cu un element de exemplu cu crom (oteluri crom), cu nichel (oteluri nichel), cu mangan (oteluri mangan) etc., fie cu mai multe elemente de exemplu oteluri aliate cu crom si mangan (oteluri crom-mangan), oteluri aliate cu crom si nichel (oteluri crom-nichel), oteluri aliate cu crom si vanadiu (oteluri crom-vanadiu), oteluri aliate cu crom, nichel si molibden (oteluri crom-nichel-molibden), oteluri aliate cu crom, nichel si wolfram (oteluri crom-nichel-wolfram) etc. Cromul in otelurile de constructii se gaseste in mod obisnuit in jur de 1 si se adauga cu scopul de a mari calibilitatea otelului. In acelasi timp dizolvindu-se in ferita el mareste duritatea, tenacitatea si ductilitatea ei si joaca un rol foarte mare la revenire martensita cu crom fiind mai stabila decit martensita din otelurile carbon. Toate aceste influente fac ca proprietatile dupa calire si revenire ale unui otel ce contine circa 1 Cr sa fie mult imbunatatite. Cromul ridica insa punctele critice A1 si A 3, motiv pentru care temperaturile de incalzire pentru calirea unui otel cu crom sint mai ridicate decit la un otel carbon. Nichelul se adauga in otelurile de constructii pina la cel mult 5 . Ca si cromul el mareste puternic stabilitatea austenitei subracite ceea ce are ca efect deplasarea curbelor in C la dreapta, micsorarea vitezei critice de calire si marirea calibilitatii. Coborand punctele A1 si A3 contribuie la obtinerea unei structuri mult mai fine ceea ce are ca urmare imbunatatirea considerabila a proprietatilor. Se dizolva in ferita imbunatatind mult rezistenta, ductilitatea si tenacitatea acesteia. Nichelul coboara insa puternic punctul Ms ducand la cresterea proportiei de austenita reziduala. Manganul se utilizeaza in otelurile de constructii in proportie pina la aproximativ 1,6 %. Si acest element deplaseaza puternic curbele in C la dreapta micsorand viteza critica de calire si marind calibilitatea. Dizolvindu-se in ferita mareste mult limita de curgere, rezistenta de rupere, duritatea, ductilitatea si tenacitatea acesteia ; ca urmare in cazurile in care se cere cresterea rezistenlei unui otel fara a creste continutul in carbon, pentru a nu inrautati sudabilitatea se poate realiza aceasta prin aliere cu mangan. Titanul se adauga in otrelurile de cnnstructii in proportii relativ mici, pana la 0,1 , cu scopul micsorarii tendintei de crestere a grauntelui si pentru cresterea calibilitatii; se adauga de regula alaturi de alte elcmente dc exemplu de crom. In aceleasi scopuri se adauga si molibden pina pe la 0,9 si wolfram circa 1 . In mod asemanator titanului, molibdenul si wolframul se adauga alaturi de alte elemente cum sint cromul, sau cromul si nichelul ; la aceste continuturi atit molibdenul cat si wolframul reduce mult sensibilitatea otelurilor la fragilitatea de revenire reversibila. Vanadiul contribuind la micsorarea tendintei de crestere la incalzire a grauntilor se adauga pina la 0,2 3.1. OjELURILE DE CEMENTARE

Sint oteluri cu continut scazut in carbon intre 0,06 si 0,25 C. Din aceste ojeluri se confectioneaza organe de masini de mare importanta ca axe cu came, roti dintrate etc., care sint supuse cementarii dupa care sint calite si revenite la temperaturi joase. Dupa tratamentul temnic piesele trebuie sa aiba un strat exterior format din martensita de revenire cu continut ridicat in carbon, foarte dur si un miez rezistent dar tenace cu structura ferito-perlitica, troostitica, bainitica, sau formata din martensita saraca in carbon. Dintre otelurile aliate de cementare se mentioneaza olelurile crom, crom-vanadiu-mangan, crom-mangan, crom-mangan-titan, crom-nichel-molibden si crom-nichel-wolfram. In tabelul 3 sint mentionate citeva oteluri din aceasta clasa.

Oteluri crom-vanadiu contin in afara de circa 1 % Cr si 0,1 - 0,2 V adaugat pentru a micsora susceptibilitatea la supraincalzire si pentru imbunatatirea proprietatilor mecanice ; avand insa in vedere ca otelurile crom-vanadiu au o calibilitate scazuta nu sunt utilizate decit pentru piese relativ mici (axe de pistoane, ace cu came etc.).

Otelurile mangan sint putin utilizate ca oteluri de cementare, manganul crescand susceptibilitatea la supraincalzire.

Otelurile crom-mangan contin circa 1 Cr si 1 Mn. Un astfel de otel este otelul 18MnCrlO. Manganul creste calibilitatea otelurilor si dizolcindu-se in ferita mareste tenacitatea si rezistenja acesteia.

Otelurile crom-mangan-titan de exemplu 2lTiMnCrl2 ; titanul micsoreaza sensibil susceptibilitatea la supraincalzire.

Otelurile crom-nichel contin circa 1 crom si pina la aproximativ 4 nichel,; ca exemplu se mentioneaza l3CrNi3O. Adaugarea simultana a cromului si nichelului mareste sensibil rezistenta, ductilitatea si tenacitatea miezului in care se obtine prin calirea dupa cementare martensita saraca in carbon sau bainita inferioara, structuri caracterizate printr-un ansamblu de proprietati mecanice foarte ridicate. Nichelul are o actiune favorabila si asupra stratului cementat crescand rezistenta si ductilitatea sa. Otelurile crom-nichel sint purin susceptibile la supraincalzire in procesul cementarii ; austenita subracita a acestor oteluri cste foarte stabila, ceea ce permite obtinerea unor caliri patrunse pe dimensiuni foarte mari chiar la ractrea in ulei sau uneori in aer.

Otelurile crom-nichel-molibden contin in afara de crom si nichel si pina la 0,40 Mo. Un astfel de otel este otelul 18MoCrNil3 ; molibdenul micsoreaza susceptibilitatea la supraincalzire si mareste stabilitatea austenitei subracite crescand foarte mult calibilitatea otelului. Stabilitatea austenitei la aceste oteluri este atit de mare incat se pot cali chiar la racirea in aer piese cu sectiuni variind intre 150.. .200 mm, cea ce reduce considerabil pericolul de deformare la calire. Otelurile crom-nichel-molibden au dupa calire si revenire la 200°C un complex de proprietati mecanice deosebit de ridicate: Rm= 100 daN/mm, K= 12 daJ/cm, Z=50 etc. Un rol asemanator in otelurile de cementare il joaca wolframul ; un exemplu de otel crom-nichel-wolfram de cementare este otelul cu circa 0,2 C, circa 1,5 Cr, 9 Ni si 1 W.

3.2. OTELURI DE IMBUNATATIRE

Sint oteluri cu continut in carbon intre 0,25-0,60 aliate cu crom, mangan, cu crom si vanadiu, cu crom, nichel si molibden etc. Otelurile de imbunatatire sunt utilizate pentru confectionarea organelor de masini ce urmeaza a fi calite si revenite de regula la temperaturi ridicate.

Otelurile crom sint oteluri cu aproximativ 0,4 C si 1 Cr, de exemplu otelul 40Cr10. Aceste oteluri au calibilitate relativ mare si viteza critica de calire mica, motiv pentru care la sectiuni mai mici de 50 mm pot fi calite in ulei.

Oielurile mangan contin 0,3-0,6 C si circa 1,5 NIn; un exemplu il constituie otelul 35Mn16.

Otelurile crom-vanadiu contin de la 0,3-06 C circa 1 Cr si 0,1 - 0,25 V ; drept exemplu se mentioneaza otelul 50VCrll. Vanadiul micsorand mult grauntele de austenita asigura o structura cu graunti mici ceea ce usurcaza tratamcntul termic.

Otelurile crom-nichel contin pina la 1 Cr si 1-4 % Ni. Alierea simultana cu crom si nichel influenteaza puternic proprietatile mecanice dupa tratamentul termic datorita cresterii calibilitatii. Desi aceste oteluri se remarca prin proprietatile lor mecanice bune sint putin folosite fiind deosebit de susceptibile la fragilitatea de revenire.

Otelurile crom-nichel-molibden sint oteluri de imbunatatire crom-nichel, care contin si pina la 0,4 Mo. Ca exemplu de oteluri crom-nichel-molibden se mentioneaza otelul 34MoCrNil5 ; sint foarte utilizate din cauza calibilitatii foarte mari fiind in acelasi timp insensibile la fragilitatea de revenire. Asemanatoare ca proprietatile otelurilor de imbunatatire crom-nichel-molibden sint si otelurile crom-nichel-wolfram cu circa 1 W.

3.3. OTELURI DE RULMENTI

Otelurile de rulmenti se deosebesc de otelurile aliate de constructie obisnuite printr-un continut de carbon mai ridicat, in jur de 1 . Rulmentilor, bilelor, rolelor etc. li se cere rezistenta mecanica mare, rezistenta la uzura si la oboseala foarte mare pentru a suporta sarcini variabile foarte mari. Spre deosebire de otelurile aliate de constructii obisnuite care contin carbon pina la 0,6-0,7 C, otelurile de rulmenti sint hipereutectoide continand 0,95 la 1,05 C. In afara de carbon otelurile de rulmenti mai contin crom de la 1,3 la 1,65%, continuturile de sulf si fosfor sint foarte mici, iar nichelul nu este admis deoarece favorizeaza formarea austenitei reziduale. Pentru a mari calibilitatea aceste oteluri contin mangan si siliciu in limitele obisnuite pentru otelurile de constructii. in tara noastra sint standardizate doua oteluri de rulmenti. Rul 1 : (0,95-1,05 C, 0,2-0,45 Mn, 0,17-0,37 Si, 1,3-1,65 Cr) si Rul 2: (0,95-1,05 C, 0,9-1,2 Si, 1,3-1,65 Cr). Diametrul critic pentru Rul 1 este de la 23 la 25 mm iar pentru Rul 2 de la 50 la 65 mm.

3.4. OTELURI MARTENSITICE DE TIP MARAGING

O categorie aparte de oteluri de constructii o constituie otelurile martensitice de tip maraging care sint oteluri de mare rezistenta avand Rm =220240 daN/nnn, Rc= 150180 daN/mm A5=12I5 , Z = 40. ..55 si K = 6. . . 10 daJ/cm2. Aceste oteluri au un continut scazut iu carbon, circa 0,03 C si aproximativ 18 Ni, 10 Co, 3 Mo, 0,5 Ti, 0,4 Al. Un astfel de otel dupa calire estc format din martensita saraca in carbon caracterizata prin limita de curgere si rezistenta la rupere mari si plasticitate ridicata. Prin revenire la 980500°C se produce precipitarea unor particule fin disperse de compusi intermetalici de tip TiNi sau Ni3Ti care maresc considerabil rezistenta la rupere pastrand o mare plasticitate. Datorita continutului ridicat in elemente de aliere, racirea pentru calire a otelurilor maraging se face in aer ; in stare calita otelurile sint deformahile prin laminare, forjare etc. si pot fi prelucrate prin aschiere si sudare.

3.5. OTELURI PENTRU CONSTRUCTII METALICE

Prin oteluri pentru constroctii metalice se inteleg otelurile utilizate la fabricarea structurilor metalice ca grinzi, ferme, poduri, conducte pentru transportul diferitelor fluide (gaze, produse petroliere etc.), cazane, recipiente sub presiune si altele. Constructiile metalice pot fi : a - constructii metalice obt inute prin imbinarea prin nituri sau suruburi ; b - constructii metalice obtinute prin sudare. Structurile metalice obtinute prin sudare sint deosebit de raspandite, mai mult de 28 din productia mondiala de oiel fiind utilizata pentru astfel de constructii. Construcliile metalice sint structuri solicitate mecanic, dinamic sau static, fiind exploatate in conditii climaterice caracterizate prin temperaturi care pot varia in limite foarte largi de la +50 C la -50, -60°C. Otelurile din care sint confectionate astfel de construciii trebuie sa satisfaca o serie de conditii dintre care se mentioneaza : a - sa fie ieftine pentru a nu scumpi structura ; b - sa aiba proprietati mecanice de rezistenta cat mai ridicate pentru a realiza structuri cat mai usoare ; c - sa-si pastreze proprietatile mecanice in intregul interval de temperaturi in care trebuie sa functioneze.

Structurile metalice fiind utilizate la temperaturi climaterice pina la -60°C, materialele utilizate pentru confeclionarea lor trebuie sa posede o temperatura de tranzitie ductil-fragil (un prag de tranzitie) cat mai mic. Pentru constructii metalice imbinate cu nituri sau suruburi se folosesc in mod obisnuit oteluri de uz general pentru construclii 0L32, 0L34 0L37, 0L42 etc. In mod obisnuit pentru astfel de coustruciii se aleg produse din oteluri din clasele de calitate 1 sau 2. Clasa de calitate 2 se alege in cazul constructiilor importante, cu clemente puternic solicitate si care lucrcaza la temperaturi pina la -25°C. Pentru constructii in care unele elemente lucreaza la temperaturi mai joase de -25°C se utilizeaza, pentru acele elemente, oteluri din clasa 3 de calitate.

Otelurile pentru constructiile metalice sudate. trebuie sa indeplineasca toate conditiile impuse otelurilor pentru construciii metalice imbinate prin nituri in plus ele trebuie sa fie sudabile (anexa 2). Gradul de sudabilitate al unui otel depinde de compozilia chimica si de grosimea t a piesei. Dependenta de compozitia chimica a gradului de sudabilitate a otelurilor este data in tabelul 4 din care rezulta clar ca necesitatea unei bune sudabilitaSi impusa otelurilor pentru constructii metalice sudate limiteaza in mod drastic continutul in carbon al otelurilor utilizate pentru astfel de constructii la cel mult 0,25 %. In cazul otelurilor slab aliate, gradul de sudabilitate se poate aprecia si dupa carbonul echivalent pentru calcularea caruia pot fi utilizate diferite relatii de exemplu :

Se deosebtsc cinci mari grupuri de oteluri pentru construciii .metalice sudate : a - oteluri carbon ; b - otelurl.slab aliate ; c - oteluri cu continutextrem de scazut in carbon ; d - oteluri durifiabile prin dispersie ; e - oteluri bainitice.

Otelurile carbon au o compozitie chimica care se incadreaza in limitele C 0,25 (dupa normele institutului international de sudura I.I.S., : C 0,20) ; Mn = 0,3. . .0,8 ; Si = 0,3. . .0,6 ; sulful si fosforul sint limitate fiecare la 0,09 sau 0,03 cu conditia ca S + Y sa nu depaseasca 0,07 sau chiar o,05 . In mod obisnuit aceste oteluri sint utilizate intr-o stare caracterizata prin structura ferito-perlitica obtinuta direct din procesul laminarii la cald sau prin normalizare. Imbunatatirea performantelor acestor oteluri se realizeaza numai pe baza structurii metalografice : reducerea impuritatilcr, a incluziunilor, a continutului in gaze si a elementelor nedorite, finisarea grauntilor cristalini si a lamelcr de perlita etc.

Tratamentul tcrmic de imbunatatire, calire martensitica plus revenire la 600650°C, are un efect favorabil asupra tuturor proprictaiilor acestor oteluri coborand puternic pragul de fragilitate si ducand la cresterea proprietatilor de rezistenla limita de curgere ajungand la 28-30 daN/mm. Pragul de fragilitate T5o al unui otel carbon cu 0,2% C calmat, in diferite stari structurale este : a - dupa laminare la cald T5o = 0°C : b - dupa normalizarea otelului laminat la cald T5o = -20°C ; c - dupa calirea martensitica si revenirea la 650 C a otelului laminat la cald T5o = -40 C.In mod obisnuit otelurile carbon pentru constructii metalice sudate sint utilizate dupa nonnalizare.

Cresterea continutului in mangan peste 0,5% atunci cand carhonul se afla la limita superioara adica la 0,25% are efecte negative asupra sudabilitatii.

Otelurile slab aliate pentru constructii metalice sudate sint oteluri cu continut in carbnn sub 0,25% aliate cu elemente care fara a dauna sudabilitatii marcsc rezistenta otelurilor in special limita de curgere si tenacitatea la temperaturi scazute. Elementul chimic utilizat cu precadere in aceste scopuri este manganul care poate fi adaugat in aceste doua oteluri pina pe la 1,8%. Dupa normele I.I.S. compozitia chimica a acestor oteluri se incadreaza in limitele : C < 0,2 % ; Mn = 0,6. . . 1,6 % ; Si = 0,3. . .0,6 %. Aceste oteluri pot avea si Ni = 1 . . .1,5% ; Cr = 0.2. . . 1,3 % ; Mo =0,4 % ; V = 0,15 °% ; Zr =0,1 5 %; B = 0,005 % ; Nb = 0,02 %; Ti =0,005 1% ; A1 =0,02% si N = 0,002%, continutul in fiecare element (Mn, Cr si Ni) in parte fiind cel mult 2%, suma tuturor elementelor de alicre fiind limitata la maximum 5 %. La aceste oteluri se obtin limite de curgere Re > 36 daN mm si rezilienta KCV la temperaturi scazute mai mari de 3,5 daj cm. Aceste oteluri se pot utiliza in stare normalizata sau dupa calire si revenire la 600. . . . . .650°C. Ca si fn cazul otelurilor carbon pentru constructii metalice, prezen(a vanadiului, niobiului, aluminiului etc. reduce marimea grauntelui si contribuie la durificarea prin precipitare a otelului. Pe aceasta cale se pot obtine oteluri sudabile cu limite de curgere de 80 daN/mm.

Potrivit standardelor romanesti sint utilizate ca oteluri carbon si slab aliate pentru constructii metalice sudate, oteluri de uz general pentru constructii, clasa de calitate a otelului alegindu-se in functie de temperatura de exploatare a constructiei, de grosimea produsului si de un coeficient de periculozitate care ia fn considerare natura si severitatea solicitarilor. Pentru conditii de solicitare si mai grele se prevede utilizarea ofelurilor cu greutate fina : 0CS44*, 0CS52, 0CS55 si 0CS58. Acestea sunt oteluri calmate care prin compozitia lor chimica si tehnolcgia de fabricaiie se caracterizeaza prin prezenja unor precipitate de nitruri, carburi etc. fin distribuite care impiedica cresterea grauntelui de austenita ; compozitia chimica pe produs a unui astfel de otel, olielul 0SC52 este: maximum 0,22% C; 1,05-1,65% Mn; maximum 0,5 %Si ; maximum 0,035 % S ; maximum 0,035 %P ; minimum 0,059%V ; maximum 0 7 %Ni ; minimum 0,015 %A1 ; minimum 0,02 % Nb si aproximativ 0,02°/o N.

Din categoria otelurilor carbon si slab aliate pentru constructii metalice fac parte si otelurile destinate tablelor de cazane si recipiente sub presiune pentru temperatura ambianta si scazuta. pn jara noastra notarea accstor oteluri se face cu litera R urmata de cifre care indica valoarea minima a rezistenjei la rupere la tractiune in kgf/mm: R37, R49, R52 ete. Compozitia chimica pe produs a otelului R52 este : C = maximum 0 20 %; Mn = 1,,05. . . 1,65 % ; Si = 0,17 . . .0,45 % ; P = maximum 0,090 % ; S = maximum 0,040 % ; V = maximum 0, 15 % ; A1 = minimum 0,020%.

Otelurile cu continut foarte mic in carbon C <0,05 % utilizatc pcntru constructii metalice sudate sint de data mai recenta si ca urmare mai puiin raspindite in tehnica. Caracteristic pentru aceste oteluri este faptvl ca micsorarea drastica a continutului fn carbon a permis ridicarea continutvlui in elemente de aliere fara a dauna sudabilitatii. La aceste ateluri in ZIT se formeaza martensita care datorita conlinutului mai mic fn carbon, nu este fragila. Drept exemplu ,de oteluri cu continut foarte mic in carbon se mentioneaza otelurile FAMA produse de compania suedeza Fargesta. Continutul in carbon al acestor oteluri este sub 0,03% siliciul in jur de 0,39%, mangan 2,5% (FAMA 25) 3,5%, (FAMA 35) si 40,5% (FAMA 45) si niabiu 0 005% (FAMA 25) s-au 0,01% (FAMA 35si 45). Prezenta niobiulm in aceste oteluri produce durificarea prin precipitare.

Otelurile durificabile prin precipitare pentru construcxii metalice sudate sint o$eluri cu continut scazut in carbon inalt aliate cu nichel sau cu crom. Ojelurile durificabile prin prrcipitare cu continut ridicat in nichcl sint ojeluri de tip maraging cu urmatcarc.a compozitie chimica : C < 0,03 % ; Si < 0,10 %; Mn < 0 1 % ; Si<0,01 % ; P < 0,01 % ; Ni <18 % ; Co <9 % ; Mo=8 % ; Ti = 0,5% ; A1 =0 1 %. Otelurile durificabile prin precipitare cu continut ridicat in crom contin : C < 0,08 %; Si < 1,0 %; Si < 1 % ; Cr < 17% ; Ni <7% precum si Al, Nb, Ti si N,. Tratamentul termic al otelurilor durificabile prin precipitare cu continut ridicat fn nichel consta in calire rezultand martensita foarte plastica din care la imbatrfnire la 980°C precipita compusii Ni3Mo si Ni,Ti. In cazul ojelurilor durificabile prin precipitare cu continut ridicat fn crom, Sn functie de compozitie, acestea pot fi martensitice, semiaustenitice sau austenitice.

Otelurile sudabile bainitice contin circa 0,3 % C ; 0 6 % Mn ; 0 4 %Si · 1 4% Ni; 0,8Cr; 0,4%Mo si 0,2% V. Un astfel de otel este austenitizat la 890°C si mentinut izoterm la 300°C pentro transfermarea austenitei Sn bainita.

4. OTELURI DE SCULE

Dupa destinatie sculele se impart fn : scule de aschiere, scule de lovire= matrijare si instrumente de masura. Citeva dintre otclurile de scule sint date tn tabelul 5.

4.1. OTELURI PENTRU SCULE DE ASCHIERE

Aschierea este un proces complex care da nastere unor puternice forte de frecare intre suprafata materialului si a sculei de aschierefrecare ce deterxnina incalzirea atit a tnaterialului ce se prelucreaza cat si a sculei utilizate ; in fitcctie dc condit,iile'cle aschieie, temperatura seulei'de aschiere poate cieSte ina la 500600°C sau chiar mai mult.

Pentru a rezista acestor grele conditii de lttcru, sculele de calitate trebuie sa aiba urmatoarele Proprietal i : n - duritate mare (cel putin 60 HRC) pentru a asigura capacitatea de taie-:e si rezistenta la uzura ; b - rezilienla mare, pentru a preintimpina,distrygerea prin,socuri intimplatoare ; c - rezistenta la.'uzura necesara.penEi-u ca scula aschtetoare sa arba o mare dutata de funcyonare ; d - stabilrtate la rosu, adica capacitatea de a pastra duiittte la temperatura ridicata. Duritatea se obtine prin calire la orice otel de scule cu suficient carbon. La otelul carbon calibilitatea este redusa, neputindu-se cali piese decft pina la 3-8 mm si aceasta numai la calirea in apa. Pentro a obtine adincime de calire mare sfnt necesare ojeluri aliate. Rezilienta fn conditiile unei duritati mari se obtine prin tratament termic corect si prin folosirea unor ojeluri foarte curate, cu cat mai putine impuritati. Rezistenta la uzura este determinata de duritate ; cu cat duritatea este mai mare cu atit rezistenja la uzura va fi mai ridicata. Stabilitatea la rosu se obtine exclusiv prin aliere. I.a un con#inut mic in elemente de aliere ojelul calit la martensita isi pastreaza duritatea mare si capacitatea de aschiere pfna pe la 180250°C. La alierea cu cel puiin 15°o elemente de aliere otelul fsi pastreaza duritatea mare si capacitatea de aschiere pina la 500. . .600°C. O stabilitate la rosu si mai mare, pina la 9001 000°C se obtine la asa numitele aliaje dure.

Otelurile aliate utilizate la confectionarea scvlelor de taiere prin aschiere se impart dupa gradul de aliere si dupa conditiile de lucru in trei grupe : a - 01 eteluri slab aliate ; b - of eluri fnalt aliate numite si oxeluri rapide ; c-aliaje dure.

Otelurile slab aliate contin circa 1-2°o elemente de aliere Si Sn cazuri speciale pina la 6%. Sint fntrebuintate pentru scule de taiere la care temperatura nu trece de 200280°C. Con)in in mod obisnuit de la 0,8 la 1,3% C si ca element principal de aliere cromul care se gaseste Sn mod obisnuit Sn proportie de la 1 la 3 % si in cazuri speciale pina la 5 %. Se mai poate adauga wolfram pina la 5 %, vanadiu si molibden pina la 0,9 % si pentru a creste tenacitatea si stabilitatea la rosu, siliciul pina la 1,6°t0. Nu se aliaza niciodata cu nichel deoarece acest element mareste proportia de austenita reziduala micsorand duritatea. Din aceasta categorie se mentioneaza ojelurile cu crom, otelurile crom-wolfram, otelurile cu crom si siliciu, ojelurile crom-wolframmangan, otelurile cu crom-wolfram-vanadiu, otelurile vanadiu-mangan etc. Otelurile cu crom contin in jur de 1 %, C si aproximativ 1,9 % Cr. Otelurile din aceasta clasa se calesc in ulei si se revine la maximum 200°C la o duritate de 60 HRC. Sint utilizate pentru cutite de strung, burghie, pile etc. Okelurile crom-wolfram contin circa 1 % C, 0,759%Cr si 2 % W. Un astfel de otel este CW 20 utilizat la scule pentru prelucrare la rece tarozi, freze, alezoare ete. Otelurile cu crom si siliciu contin circa 0,9% C, aproximativ 1,9% Si si 1 % Cr ; aceste oteluri se calese in ulei si se revin la 275. . .290°C la o duritate minima de 60 HRC. Se folosesc pentru cutite de strung, burghie, freze, alezoare etc. Otelurile crom-wolfram-mangan contin aproximativ cite 1 %C, Mn si Cr si 1,4%,W (otelul MCW 14) si au aceleasi utilizari ca si ojelurile crom-wolfram. Otelurile cu crom, wolfram si vanadiu pot fi de mai multe tipuri. Un prim exemplu il reprezinta otelurile cu circa 0,9% C, 5% Cr, 1 % W si 0,2% V, iar un al doilea exemplu otelurile cu aproximativ 1,35% C, 0,6 %Cr, 5 %W si 0,2 %V. Otelurile vanadiu-mangan contin circa 0,9% C, 1,8% Mn si 0,2% V (de cxemplu VM 18) si sint utilizate la scule nedefomiabile, de precizie.

Otelurile inalt aliate pentru scule sint numite obisnuit oteluri rapide deoarece sculele fabricate din aceste oteluri sfnt folosite pentru aschiere la viteze mari de taiere. in otelurile rapide carbonul variaza de regula de la 0,81a 1'o,uneorimergindu-se chiar la 1 9%. Elementele principale de aliere sint : Cr = 3,8 . . .4,4 % , AV = 5 . . . 18 %, V = 1 . . .9 %, Mo = 0,3 %; daca wolframul este scazut se poate merge cu molibdenul pina la 5 %, uneori adaugindu-se si cobalt in jur de 5 %. Otelurile rapide standardizate fn $ara noastra sint Rp2, Rp3, Rp5, Rp9 si RplO. Un otel rapid foarte cunoscut este otelul Rp3 care contine circa 18 % W. Este un otel din clasa ledeburitica. in stare turnata este format din carburi primare, ledeburita si austenita. Dupa deformare plas-

tica structura este alcatuita din carburi primare (FeCr), C3, Fe,WaC si VC pe un fond format din austenita sau din produse de descompunere ale acesteia. Se utilizeaza in stare calita si revenita. Calirea se face de la 1 2601 300°C in ulei, iar revenirea consta in mai multe incalziri timp de circa o ora la 560590 C, urmata de racire rapida. Dupa calire duritatea este mica 60-62 HRC fiind format din martensita, o mare cantitate de austenita reziduala (uncori peste 30°0) si carburi. Prin revenire se urmareste in principal transformarea austenitei reziduale in martensita proces care are loc la racirea dupa mentinerea la 560590°C (fig. 21, a). Transformarea austenitei reziduale se poate face si prin asocierea revenirii cu un tratament termic sub 0°C (fig. 21, b). Dupa revenire duritatea creste pina la 69-65 HRC. Deoarece otelurile rapide sint foarte scumpe au fost intreprinse cercetari intense.pentru gasirea de noi marci.mai convenabile economic. Principalele tendinte in productia otelurilor rapide sint : utilizarea unor oieluri mai economice, dar cu proprietaii comparabile cu cele pe care le inlocuiesc ; obtinerea unor oteluri cu caracteristici superioare ; utilizarea unor procedee mai eficiente tehnologic si economic de obtinere a sculelor ; utilizarea unor tratamente termice optime atit din punct de vedere al caracteristicilor tehnologice.si de exploatare, cat si al reducerii consumului de materiale si energie. Considcrand primul aspect se remarca deplasarea centrului de grcutate al productiei de oteluri rapide aliate cu W catre oteluri aliate cu W si hio si tendinta de eliminare a marcilor de oteluri rapide aliate cu Co. De asemenea sc remarca tendinte de ridicare a continutului de carbon (cu cca. 0,2%) in special la otelurile aliate cu W-Mo, concomitent cu cresterea procentului de Si, ceea ce permite reducerea conxinutului in wolfram cu circa 1% si cresterea in aceeasi proportie a conlinutului in crom realizindu-se pe aceasta cale importante economii. Ca exemplu de otel rapid cu continut ridicat incarbon si siliciu se mentioneaza otelul Rp5Si. In directia obtinerii unor oteluri rapide cu caracteristici superioare se remarca tendinta de obtinere a unor oteluricu segregatie de carburi amcliorata si cu stabilitate dimensionala prin utilizarea retopirii sub vid, retopiri sub zguri electroconductoare (REZ) sau prin metalurgia pulberilor. Referitor la procesele tehnologice eficiente si economice de prelucrare a sculei.o directie interesanta o constituie turnarea directa a sculelor. Dupa turnare si aplicarea tratamentului termic de recoacere de difuzie se pot obtine caracteristici asemanatoare sculelor din ojel rapid prelucrat pe calea clasica cu forjare si prelucrare ulterioara a sculei.

Aliajele sau metalele dure sint folosite pentru scule de aschiere utilizate la aschieri cu viteze foarte mari. Aliajele dure sint caracterizate prin continut ridicat in carbon si in elemente de aliere care formeaza foarte multe carburi. Deoarece aliajele dure nu pot fi prelucrate prin defcrmare plastica ele se incarca prin sudura sau se lipesc sub forma de placute pe suportul cutitului. in primul caz se folosese aliaje dure turnate iar in cel de-al doilea caz aliaje dure sinterizate. Dintre aliajele dure turnate se mentioneaza sormaitul (2,5-4 % C, 3-4% Si. 25-30% Cr, 3-5% Ni, 55-67% Fe) sistelitul (1-2% C, 20-35% Cr 9-15% W 35-55% Co, 4-13% Fe) iar dintre aliajcle dure sinterizate pobeditul sau widia (71 % WC, 21% TiC si 8% Co). Duritatea aliajelor dure sinterizate este de 88-90 HRC si se pastreaza pina la aproximativ 1000°C.

4.2. OjELURI PENTRV SCULE DE LOVIRE-MATRIjARE

Dupa conditiile de lucru aceste oteluri se impart in : n - oleluri pentru scule folosite la deformarea la rece ; b - oteluri pentru a ule folosite pentru deformarea la cald.

Principalele tipuri de scule folosite la deformarea metalelor la rece sint matritele, poansoanele de perforare, filierele pentru tragerea sirmelor etc. Ojelurile utilizate pentru astfel de scule trebuie sa aiba duritate mare, rezistenta la uzura si tenacitate ridicata. in mod curent pentru sculele din aceasta categorie se folosese oteluri cu 0,8-1,29% C calite si revenite la temperaturi. joase, astfel incat sa aiba o duritate de 58-60 HRC. Pentru conditii de lucru usoare se folosesc ojeluri carbon nealiate iar pentru conditii de lucru ceva mai grele oteluri crom, crom-molibden-vanadiu, crom-volfram-vanadiu, cromvanadiu ete. cu continutul in crom de la aproximativ 190 la cel mult 7% ; din aceasta grupa se mentioneaza otelurile CV6. Pentru conditii de lucru foarte grele sint utilizate oteluri din clasa ledeburitica adica oteluri care contin mult carbon, peste 1,5%si mult crom, peste 11% cum sint otcluri C 120 si VMoC 120.

Principalele scule pentru deformarea metalelor la cald sint matritele. Otelurile pentru matrite trebuie sa aiba rezilienia mare, tenacitate, rezistenta la uzura la temperaturi ridicate si calibilitate mare. In functie de conditiile de lucru se pot folosi fie oieluri carbon cu 0,3-0,7 9%C, fie oteluri cu 0,3-0,7 % C aliate cu cel mult.9 % Cr (in mod curent cel mult 3% Cr) cu pina la 4,5 % Ni si cu 0,15%-0,60% Mo. Uneori se adauga pina la 5% W, pina la 0,5% V si siliciu circa 1 %. Aceste oteluri sint calite si revenite la 500. . .600°C. Citeva oteluri din aceasta categorie sint : MoCN 15, VMoCN 17, VCW 85.

4.3. OTELURI PENTRV INSTRVMENTE (APARATE) DE MASURA .

Aparatele de masura trebuie sa aiba dimensiuni si forme cat mai precise

si sa se uzeze cat mai putin. Pentru confectionarea lor sint utilizate atit oteluri carbon cat si ojelurile aliate, continutul in carbon al acestor oteluri fiind cuprins intre 0,8-1,5 %. In mod curent sint utilizate oteluri din categoria otelurilor pentru scule de aschiere foarte folosit fiind otelul CW 20. Tratamentul termic al acestui otel consta fn calire de la. 800. ..825°C si revenire joasa intre 150230°C. Dupa acest. tratament duritatea este de 60-63 HRC. In vederea stabilizarii dimensiunilor dupa calire si recenire, piesele se supun unei incalziri prelungite (10-30 ore) la 120. ..170 C si tratamentului la frig. Pentru a mari rezistenja la uzura adesea aparatele de masura sfnt cromatc.

5. OTELURI SI ALIAJE PE BAZd DE FIER CU PROPRIETATI SPECIALE

Din aceasta categeriev fac parte : a - aliaje cu proprietati termice speciale; b-aliaje cu reaisticitate mare; c-oteluri si aliaje pe baza de fier cu proprietali magnetice specialc ; d - oteluri cu marc rezistenta la uzura ; e - oteluri si aliaje stabile la cald, refractare si anticorosice etc.

5.1. OTELURI 51 ALIAJE CU PROPRIETArI TERMICE SPECIALE

Din aceasta clasa fac parte aliajele care in anumite internale de temperatura au un coeficient de dilatare foarte mic. Un astfel de aliaj numit invar este aliajul fier-nichel cu aproximativ 37 Ni si pina la 0,3 o C care are pfna la 100°C un coeficient de dilatare foarte mic, practic nul. Se feloseste la construirea instrumentelor de masura care nu trebuie sa-si schimbe dimensiunile la variatia de temperatura (etaloane de lungime, pendule, aparate geodezice etc.). Daca la invar se adauga 10-12 Cr se obtine elinvarul deosebit de rezistent la coroziune si cu mare elasticitate. Aliajul fiernichel-carbon cu peste 0,3 % C si 42-48 Ni se numeste platinit ; are coeficient de dilatare egal cu al platinei si al sticlei.

5.2. ALIAJE PE BAZA DE FIER CU REZISTIVITATE RIDICATA

Din aceasta categorie fac parte aliajele pe baza de fier utilizate la confectonarea elementelor de incalzire pentru cuptoare electrice si pentru reostate. In general astfel de aliaje sint solutii solide si trebuie sa posede rezistivitate electrica ridicata, coeficient de temperatura al rezistivitafii electrice mic, rezistenta la oxidare la temperaturi ridicate mare. Aceste conditii sint satisfacute de o serie de aliaje solutie solida pe baza de cupru, nichel si fier. Dintre aliajele pe baza de fier se mentioneaza fecralul si cromalul. Fecralul este un aliaj Fe-Cr-Al care contine C<= 0,12 %, circa 17% Cr si 5% Al; el poate fi utilizat pina la 1100 C. Cromalul este tot un aliaj Fe-Cr-Al cu compozifie C < 0,12 , Cr = 26 si Al = 5 , temperatura pina la care poate fi utilizat fiind 1200°C. Marind ccntinutul de crom pana la 27% si cel de aluminiu pina la 8 , temperatura pina la care pot fi utilizate aliajele Fe-Cr-Al creste pfna la 1 250. . . 1300 C. in aceste cazuri aliajele Fe-Cr-A1 pot inlocui baghetele de silita de la cuptoarele electrice.

5.3. OJELURI ,jl ALIAJE PE BAZA DE FIER CU PROPRIETAti MAGNEfICE SPECIALE

Dupa proprietaii si conditrii de lucru materialele utilizate pentru proprietatile lor magnetice se impart in materiale magnetic moi caracterizate prin permeabilitate magnetica mare si pierderi prin histeiezis si curenti Foucault mici, folosite la mieznri de transformatoare, relee, electromagneti, rotorii si statorii masinilor electrice etc. si materialele magnetic dure care se caracterizeaza prin cimp coercitiv si energie magnetica mari. In aceasta grupa intra materialele pentru magnefi permanenti.

Dintre materialele magnetic moi se mentioneaza fierul pur si aliajele fier-siliciu, fier-nichel, fier-aluminiu-siliciu si fier-aluminiu. Fierul pur este folosit in multe scopuri practice, de exemplu la miezurile si la piesele polare ale electromagnetilor, la ecranele magnetice, la membranele telefonice etc. Proprietatile magnetice ale fierului pur sint puternic influentate de impuritati, de marimea de graunte si de tensiunile interne. Aliajele fier-siliciu sint intrebuintate in principal la obtinerea tablelor pentru transformatoarele de energie electrica ; ele contin de la 3,5 la 9,5 Si si au proprietati remarcabile dupa texturarea cristalina. Aliajele fier-nichel sint folosite pentru a dctecta si transmite semnale mici in coinunicatii si automatizare ; sfnt cunoscute sub numele de permalloy si confin intre 65 si 80 Ni, cele mai bune proprietati obtinindu-se pentru 78,5 % Ni. Sfnt fntrebuintate fn stare tratate termic care consta intr-o incalzire la 900950°C mentinerea la aceasta temperatura cfteva ore si racire urmata de o noua fncalzire la 600650°C si racire cu viteza mare pina la 350450°C, dupa care racirea se face in aer. O imbunatatire remarcabila a proprietatilor magnetice ale aliajelor permalloy se obtine daca racirea dupa tratamentul termic se face intr-un cimp magnetic de aproximativ 800 A/m. Un astfel de tratament se numeste termomagnetic si se aplica aliajelor cu 67% Ni, la care se dovedeste a fi cel mai eficient. Aliajele Fe-Si-A1 cu 9,5% Si, 5,5 A1 si 85% Fe cunoscut sub numele de alsifier au proprietati similare permalloyului.

Dintre aliajele magnetic dure pe baza de fier se mentioneaza otelurile pentru magneti, aliajele fier-nichel-aluminiu si aliajele fier-nichel-aluminiucobalt. Otelurile folosite pentru magneti permanenti sint oteluri cu 0,9-1 % C calite la martensita. Proprietatile magnetice ale acestor oteluri se imbunatatesc considerabil prin aliere cu circa 4,5% Cr, cu circa 6 W sau cu 4 Cr, 3% Co si 0,9 Mo; sint cunoscute ca oteluri pentru magneti perntanenii si ojeluri cu circa 35 % Co, 5 % W si 9 % Cr. Un progres important in acest dcmeniu s-a obtinut prin folosirea aliajelor Fe-Al-Ni cu aproximativ 63 Fe, 12 Al, 25 Ni, aliaje cunoscute sub numele de alni. Proprietaii si mai bune au fost obtinute prin folosirea aliajelor Fe-Al-Ni-Co numite alnico cu compozitia aproximativa 63 Fe, 12% Al, 10 Ni si 5 Co.

5.4. OTELURI CU REZISTENTA FOARtE MARE LA UZURA (OTELURI HADFIELD)

Piesele care lucreaza in conditii de frecare abraziva, de presiuni ridicate si de soc cum sint cupele pentro excavatoare, ace si inimi pentru macaze de cale ferata, falcile concasoarelor etc. se obtin din oteluri austenitice cu inalt continut in mangan cunoscute sub numele de oteluri austenitice manganoase sau oteluri Aadfield. Aceste oteluri contin de la 0,9 la 1,3 C, si de la 11,5 la 14,5 Mn. In mod obisnuit se folosesc sub forma de produse turnate si numai rareori sub forma de produse obtinute prin deformare la cald. Dupa turnarc structura estc formata din austenita si carburi de tipul (Fe, Mu)3C in exces, precipitate la limitele grimntilor (fig. 22, n). Dcoarcce carburile precipitate altereaza rezistenta si ductilitatea olelului piescle dupa turnare se supun calirii in apa de la 10501100°C, tratament care duce la dizolvarea carburilor astfel incat dupa calire in structura se obtine numai austenita (fig. 22, b). in aceasta stare caracteristicile mecanice sint : rezistenta la rupere R m = 80 . . .90 daN /mm ; limita de elasticitate R0,002= 31 la 35 daN/mm, A5 = 25 la 15 , Z = 3020 , HB = 180220. O caracteristica f oarte importanta a acestui otel o constituie faptul ca la presiune, de exemplu la deformarea plastica la rece, se durifica puternic. Influenta deformarii plastice la rece asupra duritatii oielului manganos este data in figura 23. Durificarea deosebit de puternica a otelului manganos se explica prin marea lui capacitate de ecruisare determinata in primul rand prin formarea unor blocuri in mozaic foarte fine. S-a emis si ipoteza ca durificarea puternica a acestor oieluri este determinata de formarea in procesul deformarii plastice a martensitei a potricit succesiunii austenita -. martensita -> martensita -> martensita -> martensita fiind martensita cu retea hexagonal compacta, martensita e', martensita cu retea romboedrica, iar martensita a, martensita obisnuita tetragonala ; martensitele E si e' se formeaza in otelurile cu peste 10 Mn. Deoarece proportia de martensita care se formeaza chiar la grade foarte mari de deformare si la temperaturi scazute nu depaseste 0,5-1,5 , rolul principal in durificarea otelurilor manganoase il joaca ecruisarea.

Durificarea prin deformare a otelurilor austenitice cu mangan se produce in conditiile mentinerii unei tenacitati ridicate, prin aceasta aceste oieluri deosehindu-se de toate cclelalte materiale rezistente la uzura la care cresterea rezistentei la uzura este insotita de marirea fragilitatii. Pentru aceasta otelurile austenitice cu mangan sint materiale de neinlocuit in foarte multe cazuri.

5.5. OjELURI INOXIDABILE

Prin otel inoxidahil se inielege in mod obisnuit un otel care poseda o mare rezistenta la coroziune in atmosfera, in vapori de apa, in solutie de saruri si de acizi etc. adica la coroziune electrochimicd (anexa 3). Fierul pur si otelurile slab aliate nu sint rezistente la coroziune electrochimica deoarece pelicula de oxid care se formeaza pe ele nu este suficient de compacta pcutru a izola metalul de interactiunea chimica cu mediul corosiv. Rezistenta la coroziune a fierului si otelului creste insa la alierea lor cu crom. Cresterea rezistentei la coroziune a aliajelor fier crom, la adaugarea cromului, nu este continua ci prin salt. Pina la 129 crom rezistenta la coroziune a fierului nu se modifica insa cand continutul in crom atinge 12 ea creste brusc ; aceasta comportare este legata de faptul ca pina la 12 Cr potentialul de oxidare al aliajelor fier-crom nu se modifica raminand ca si la fier, egal cu-0,6 volti, insa la 12 crom el creste brusc la aproximativ 0,2 volti devenind pozitiv (fig. 24).

Rezistenta la coroziune a otelurilor inoxidabile cu crom creste si mai mult prin aliere cu nichel. Rezistenja buna la coroziune prezinta si unele oteluri Cr-bIn, Cr-Mn-Ni si Cr-Mn-V care ofera si avantajul ca sint mult mai ieftinc decit aliajele inoxidabile Cr-Ni, motiv pentru care sint utilizate ori de cite ori este posibil, ca aliaje de inlocuire ale acestora. Deoarece chiar otelurile inoxidabile crom-nichel se dovedesc insuficient de rezistente la coroziune in medii acide agtesice, de exemplu in acid sulfuric, azotic, clorhidric, fosforic etc. in amestecuri de acizi de diferite concentratii si la diferite temperaturi pentru astfel de scopvri se folosesc oteluri austenitice cromnichel-molibden, crom-nichel-molibden-cupru sau crom-nichel-molibden cupru-titan-aluminiu. Rezistenta la coroziune si mai mare in medii acide o au aliajele Ni-NIo de tip hastelloy si metalele greu fuzibile Mo, Nb, Ta.

Otelurile inoxidabile cu crotn se impart dupa continutul mediu in crom in oieluri cu 13, 7 si 27 crom numite oteluri Cr 13, Cr 17 si Cr 27. In timp ce la otelurile cu 13 crom carbonul poate varia de la 0,08 % la 0,45 la otelurile cu 17 si 27 crom, continutul in carbon nu depaseste in mod obisnuit0,15 . In compozitia otelurilor 17 si 27 crom intra uneori, pentru faramitarea grauntelui si imbunatatirea proprietatilor mecanice, titan si nichel in procente nu prea mari. Otelurile inoxidabile cu crom se clasifica si dupa structura obtinuta la racirea in aer in:feritice, ferito-martensitice si martensitice. Cateva oteluri inoxidabile cu crom sunt date in tabelul 6. Dupa structura obtinuta la racirea in aer otelurile de tipul Cr 13 sint pentru continuturi mici in carbon (C < 0,09 ) si mari in crom (Cr > 13 % ) feritice, pentru continuturi medii in carbon si in crom, martensito-teritice iar pentru continuturi mari in carbon (C'= 0,15) si mici in crom (Cr =12 martensitice. Astfel otelul 0H13 este feritic pentru C = 0,08°o si Cr = 13°/o ferito-martensitic pentru C = 0,08 si Cr = 11 iar otelul 12 C 130 feritic pentru C = = 0,09 % si Cr > 1390, ferito-martensitic pentru valori medii ale continutului in carbon si crom si martensitic pentru C = 0,15 si Cr = 12 ,Natural ca otelul H19 este feritic iar ojelurile 20C130, 30C130 si 40C130 martensitice.Rezulta astfel ca otelurile 0H13 si 12C130 sunt nestabile ca proprietati, o abatere nu prea mare Tn compozitia lor, in limitele compozitiei de marca, producand modificari mari in structura, dc la structura feritica la marttnsitica. Este clar ca olelurile feritice neprezentand transformare a nu pot fi tratate termic, o astfel de operatie putand fi aplicata numai otelurilor martensitice sau ferito-martensitice, oteluri care prezinta transfonnare . In acest caz efectul de durificare obtinut prin calire este cu atit mai mare cu cat proportia de martensita este mai ridicata. In cazul cand continutul in crom este constant, iar continutul in carbon diferit, durificarea obtinuta prin calire va fi cu atit mai insemnata cu cat continutul in carbon este mai ridicat si cu cft temperatura de austenitizare este mai mare (fig. 25). Conditiile de tratament termic pentru citeva dintre ojelurile crom 13 sint date in tabelul 7. Tratamentul termic al otelului 12C130 consta din tr-o casire de la 1000.1050 C in ulei si revenire la 600.790 Ca acestui otel nu este permisa deoarece se produce separarea feritei care micsoreaza rezistenta; dupa cum se vede din figura 26 temperatura de revenire influenteaza puternic proprietatile acestui otel, reveniri in intewalul 450.. .550°C producand o micsorare insemnatii a tenacitatii si micsorarea rezistenjei la coroziune. Otelurile crom 13 sint cele mai raspindite si mai ieftine oteluri inoxidabile. Otelurile crom 13 cu carbon scazut 12C130 si 20C130 sint utilizate la confectionarea pieselor cu plasticitate mare care sint supuse solicitarilor prin soc ca ventile pentru prese hidraulice, palete pentru turbine cu abur si turbine hidraulice, aparate de uz casnic, in industria alimentara etc. Otelurile crom 13 cu carbon ridicat 30C130 si 90C190 au duritatea si rezistenta ridicata, motiv pentru care sint utilizate pentru scule cu taiere, scule de masurat instrumente chirurgicale, arcuri, ace de carburator, utilaj petrolifer, articole de uz casnic etc. Otelurile crom 17 din clasa feritica (8C170 si 08H17T) au o rezistenta la coroziune si mai ridicata si sint utilizate primul pentru utilaje chimice ca tuburi de absorbtie, schimbatoare de caldura pentru gaze nitroase si acid azotic cald, rezervoare pentru acizi etc., iar al doilea in constructii sudate care nu se supun socurilor si temperaturilor mai mici de -20°C si la construirea aparatajelor pentru industria chimica, rezistente la acizi cu exceptia acidului acetic, lactic, formic, oxalic. Otelurile crom 17 feritice pot fi utilizate si ca oteluri rezistente la oxidare la cald pina la 900°C. Otelurile crom 25-28 apartin de asemenea clasei feritice. Ele sunt utilizate cel mai frecvent fara tratament tennic pentru piese de cuptoare ca mufle, tuburi (teci) pentru termocuple, retorte sau pentru piese care lucreaza in mediifoarte agresive ca acid azotic la fierbere. In stare turnata au un graunte mare, susceptibil la crestere la temperaturi mai mari de 850°C (de exemplu in procesul sudarii) ceea ce imprima materialului fragilitate ; deoarece aceste oteluri nu sufera transformarea nu este posibila faramijarea grauntelui prin tratament terrnic.

Otelurile inoxidabile crom-nichcl sint de regula oteluri austenitice care contin peste 13 Cr in mod obisnuit de la 17 in sus si nichel mai mult de 8 %, nichelul fiind introdus pentru stabilizarea avstenitei. Deoarece si manganul stabilizeaza austenita, uneori o parte din nichel este inlocuita prin mangan. Influenja nichelului asupra stabilizarii austenitei rezulta din figura 27, unde sint date trei sectiuni izoccmponente prin diagrama Fe-Cr-Mi-C, in toate cele trei cazuri cromul fiind egal cu 18 iar nichelul variind de la 0 90 la prima sectiune, la 9 la cea de a doua si mai departe la 8 % la cea de a treia seciune. Din aceasta figura rezulta ca la temperatura camerei austenita in otelurile crom-nichel cu aproximativ 18 crom, 0,1 carbon si 8-9 nichel este metastabila, obtinandu-se numai la c·itezc dc racire relativ mari. Ca urmare in anumite conditii aceasta austenita se descompune pariial : la racire sub 0 C o parte din ea se poate transforma in martensita ; la deformarea plastica la rece o parte din ea trece in martensita hexagonala (epsilon) care ulterior se transforma in martensita alfa ; la fncalzire austenita metastabila se poate descompune potrivit reactiei y a -. y + ferita « -E- carburi, sau y t ferita a -I- faza a. Spre deosebire de temperaturile scazute cand reactia y t y t- martensita a se face pe cale martensitica, la incalzire transformarea Y t f + ferita a, se face cu difuzie. Carburile care se formeaza la descompunerea austenitei sunt carburi bogate in crom. Austenita din otelurile cromnichel cu 18 °o crom este metastabila pana la continuturi de 14 °o nichel ; peste aceasta limita nu se mai obtine martensita din austenita nici la racire, nici 1a deformarea ei la temperaturi scazute. Formarea martensitei, feritei si a carburilor in otelurile austenitice diminueaza rezistenta acestor oteluri la coroziune, in special la coroziunea intercristalina. Pentru a inlatura acest neajuns, fie se reduce continutul de carbon din otel pana la limita sa de solubilitate in austenita, adica pana la 0,02-0,03 °o C, fie se adauga elemente puternic carburigene, Ti si Nb, care sa lege carbonul nedizolvat in austenita sub forma de TiC si NbC. Otelurile austenitice inoxidabile crom-nichel contin in mod ebisnuit si alte elemente ca b'In, Mo, Si etc. Aceste elemente se impart in clemente care ajuta transformarea y t a numite alfagene si elemente care frineaza aceasta transformare numite gamagene. Din prima categorie fac parte alaturi de crom, wolframul, titanul, tantalul, molibdenul, siliciul si niobiul iar din cea de a doua categorie alaturi de nichel, carbonul, azotul si manganul. Influenta acestor elemente asupra structurii obtinuta la racirea in aer a otelurilor este data de diagrama Schaeffler (fig. 28) construita in coordonate Ni echivalent, Cr echivalent unde Niechiva, = Ni + 30 C + 0,5 Mn iar Crechiv = Cr + Mo + 1,5 Si+0,5 Nb. Otelurile noxidabile crom-nichel sunt : a - oteluri cu austenita stabila ; b - oteluri cu austenita instabiIa numite si oteluri austenito-martensitice ; c - oteluri austenito-feritice. Citeva oteluri inoxidabile crom-nichel sunt dtte in tabelul 8. OSelurile cu austenita stabila sau simplu austenitice sunt otelurile cu cel putin 17 Cr si cu 13-14 nichel echivalent. sunt caracterizate prin proprietati mecanica scazute ; dupa calire otelul08H18N10 are R', = 48 d3V /. mt si Rt .t, 20 daN/m-n, la o alungire de 40°0. Dintre otelurile inoxidabile austenitice cele mai mari valori ale proprietatilor mecanice le au otelurile cu azot : ot.;lul lO.AzMVCl7O are R', >t 55 diN/mmt, Rt t 30 daNJmn;, A; = 35°t0. Proprietatile mecanice ale otelurilor inoxidabile austenitice sunt modificate puternic prin deformzre plastica la rece, obtinandu-se dupa o deformare la un grai dt dtar.nire dt 30-9090, R,t t 120140 daN/mm2, R- t 100 120 dW1 mnt in con3itiile conservarii unei pMsticitati foarte mmi. La otelurilc austeaito-martensitice cromul nu depaseste 17-18 %, nichelul echivalent tiiud mai mic dt 11-12 % ; sint utilizate dupa tratament termic care consta dintr-o c tlire de la temperaturi ridicate pentru obtinerea austenitei, racire la temperaturi sub 0°C, pentru ca o parte din austenita nb;in,.ita la calire sa se transforme in martensita, dupa care se aplica o reveniro ca martensita s:t se durifice prin dispersie. O;tlirile ferito-martensitice sunt foarte putin utilizate,

OSeluriIe si aliajele st i6ile.la acizi sunt destinate lucrului in medii corosive puternice in care nu sunt s-t3bile nici chiar otelurile austenitice crom-nichel. Dintre otelurile.'inoxidxbile care pot fi utilizate in astfel de scopuri se menfioneaza otelurile austenitice ccom-niehel-malibden, crom-nichel-molibdencupru (tabelul 8). Cea mai mare rezistenta la coroziune in astfel de medii o au aliajele de tip 80% Ni-20% Mo nnmite hastelloy care in afara de nichel si molibden mai contin si alte elemente : crom, vanadiu, cohalt, fier etc.

nivl care sa formeze straturi de oxizi compacte Crz08, AlzOg si SiOz capabile sa protejeze oxelul de acxiunca oxidanta a mediului, otelurile utilizate in astfel de cazuri sunt oteluri aliate cu crom, cu crom si siliciu san cu crom siliciu si aluminiu. In functie de continutul in aceste elemente otelurile stabile la cald pot avea dupa racirea in aer, o structura martensitica, martensito-feritica sau feritica. Prin adaus de nichel se obtin oteluri stabile la cald austenitice, cu proprietati superioare otelurilor martensitice si feritice. Cateva exemple de oteluri stabile la cald apartinand acestor clase sunt mentionate in tabelul 10. Principalul element de aliere al acestor oteluri este cromul, stabilitatea la cald crescand proportional cu continutul in crom (fig. 29). Nichelul este introdus pentru a stabiliza austenita, otelurile austenitice avand o stabilitate la cald mai mare decit cele feritice. Siliciul pana la 2 °o si aluminiul in proportii mai mari de 0,59a contribuie atat la cresterea stabilitatii la cald cat si la imbunatatirea proprietatilor mecanice. Titanul, niobiul si tantalul leaga carbonul in carburi impiedicand formarea carburilor de crom pentru a nu saraci in crom matricea. Molibdenul si wolframul in cantitati nu prea mari nu influenteaza stabilitatea. la cald, imbunatatesc insa considerabil comportarea la fluaj a otelului ; molibdenul ?n proportii de 3-4°ro inrautateste brusc stabilitatea la cald a otelului din cauza instabilitatii oxizilor sai. Ceriul si beriliul pana la I °to ridica stabilitatea la cald. Otelurile rezistente la oxidare la cald sunt utilizate in stare obtinuta prin tratament termic (tabelul 1t). Din otelurile martensitice se fabrica tevi, schimbatoare de caldura, gratare de cuptoare (15H5) supape de emisie pentru motoare cu combustie interna (40H9C2) etc., din otelurile ferito-martensitice diferite piese pentru instalatii de cazane si turbine (12C130, 1SH6CA1), din otelurile feritice Ievi pentru instalatiile de piroliza, Ievi pentru protectia termocuplelor (10H13CAl, 8C170) iar din otelurile ferito-austenitice si austenitice armaturi pentru cuptoare de incalzire, supape de emisie, retorte etc. In cazul in care solicitarile mecanice la care sunt supuse materialele ce lucreaza in conditii de temperatura ridicata sunt mari alaturi de stabilitatea la cald, materialele trebuie sa satisfaca si conditii de refractaritate. In astfel de cazuri sunt utilizate materialele refractare care satposede simultan atft rezistenja la coroziune gazoasa cSt si proprietati mecanice ridicate la temperaturi mari.

Pcin oteiuri refractare se fnteleg otelurile care au capacitatea de a-si pastra proprietakile mecanice la temperaturi ridic ate (anexa 4). Refractaritatea otelurilor se obtine prin aliere cu elemente care fie se dizolva in ferita marind temperatura de recristalizare a acesteia si precipita sub forma de carburi sau de compusi intunnetalici franand procesele de alunecare fie, daca se afla in procente mai mari, stabilizeaza austenita care este mai refractara decit ferita. Astfel de elemente sunt cromul, molibdenul, wolframul, vanadiul, niobiul, tantalul, nichelul, azotul etc. Daca temperatura de lucru este mai mare de 590°C, temperatura de la care otelurile incep sa se oxideze puternic, otelurile trebuie sa fie si rezistente la oxidare la cald, motiv pentru care ele contin si crom, siliciu si aluminiu care maresc rezistenta la oxidare la cald. yn functie de strtictura matricei (masei de baza) otelurile refractare pot fi cu matricea feritica sau cu matricea austenitica, primele putand fi utilizate pana la temperaturi de lucru de cel mult 600°C, iar ultimele pana la 790°C. Dupa structura obiinuta la racirea in aer, otelurile refractare se impart in oteluri perlitice, formate din ferita si perlita, otelurile martensitice, martensito-feritice si austenitice. Otelurile refractare cu matricea austenitica se impart in oteluri refractare austenitice omogene, oteluri refractare austenitice durificabile prin carburi si oteluri refractare austenitice durificabile prin compusi interme

talici. Citeva dintre compozitiile otelurilor refractare apartinand claselor de oteluri menkionate sunt date in tabelul 12.

Otelurile perlitice sunt utilizate pentru fabricarea pieselor componente ale instalatiilor energetice (tuburi de supraincalzire a aburilor, conducte pentru aburi, armaturi ale conductelor si incalzitoarelor de abur bulonerie etc.), care lucreaza la temperaturi ce nu depasesc 500. . .580°C. sunt oteluri cu carbon scazut deoarece din ele se confectioneaza in principal tevi ce urmeaza a fi imbinate prin sudura ori cresterea continutului in carbon inrautateste suda· bilitatea. Aceste oteluri sunt slab aliate, continand crom-molibden si vanadiu toate in jur de 1 °o care dizolvandu-se in ferita maresc temperatura de recristalizare facand difuzia mai dificila, prin aceastamarind rezistenta la cald. yn stare normalizata sunt formate din ferita si perlita (otelurile 16Mo3, 14C14Io4) sau din ferita si bainita ; dupa calire in ulei aceste oteluri sunt formate din martensita sau martensita si bainita. Otelurile perlitice sunt utilizate dupa normalizare la 950 sau 1 O50`C, dupa care se aplica o incalzire la 650. 720°C utata de racire in aer, tratament care confera otelului o structura perIitica cu lamele foarte fine (perlita sorbitica). Se poate aplica si calire martensitica + revenire la sorbita, dar structura perlittca fina asigura o refractaritate mai mare decit structura sorbitica.

Otelurile martensitice sunt de asemeni oteluri cu continut scazut in carbon fnsa complex aliate cu W, V, Mo, Nb, Ti care ridica temperatura de recristalizare si formeaza carburi de tipul MzaCe, MsC, MQC, MC si faze Laves FetW si FepMo. Cea mai mare influenta asupra rezistentei la cald a otelurilor o manifesta W si V combinat cu Mo. Daca se adauga B, Zr, Ce si N, rezistenta 1a cald a ofelurilor martensitice creste si mai mult. Temperatunle maxime de.serviciu pentru aceste oteluri sunt cuprinse fntre 600 si 620°C. sunt utilizate pentru fabricarea pieselor compenente ale turbinelor cu gaz, instalatiilor de vapori etc. Tratamentul termic al oteluriler din aceasta clasa consta intr-o calire :n aei sau ulei urmata de o revenire inalta, la o temperatura superioara cclei de serviciu. Otelul IOCMolO calit in aer de la 900. . .960°C si revenit la 680. . .780` i are o rezistenia tehnica de durata R,JlO 000 egala cu aproximatic 6,7 daV Jmm,, si R,J100 000 ,t.. 4,4 daiV mmz.

La cresterea continutului in crcm, wolfram molibden, vanadiu etc. in conditiile unui continut in carbon scazut se obtin oteluri din clasa feritomartensitica. Dintre otelurile ferito-martensitice se mentioneaza 1SHIlMF si 15Hl2VNMF (GOST). Acesteotelurisint utilizateinstare calita si revenita! Otelul 15H llMF se caleste in ulei de la 1 030°C la 1 060°C iar o1 elul 15H l2VNMF tot in ulci de la 1 000`C la 1 020°C. Temperatuia inalta de austenitizare este necesara pentru dizolvarea in austenita a carburilor Mp8C. si MC. Tempetaturi mai .inalte de austenitizare nu sunt indicate deoarece se formeaza ferita 8. Revenirea acestor oteluri se face la structura sorbitica. Rezistenja de durata a otelului 15H11MF la 550°C este R,J100 000 = 15. ..17 daN Jmm=, iar pentru otelul 15Hl2VNMF aproximativ egala cu 20 daN/mm2. Cresterea mai departe a continutului in crom wolfram, molibden etc. are efecfe nefavorabile asupra refractaritatii marindu-se proportia de ferita, astfel incat oje= lurile devin semiferitice si ca urmare nu se mai calesc complet deoarece o parte fnsemnata din material nu mai sufera transformarea a t t·. Din clasa otelu.rilor martensitice si ferito-martensitice fac parte si otclurile cu 12-14°io. Cr, cu diferite conf inuturi in carbon nealiate fnsa cu wolfram, molibdcn, titan, vanadiu etc. Din aceasta categorie se mentioneaza otclurile 12C130 (GOST 1 H13), t20C130 (GOST 2H13) etc., (tab. 12). Structura si proprictatile acestoi

oteluri depind de continutul in carbon si crom. yn mod obisnuit aceste oteluri sunt utilizate ca otcluri inoxidabile (§ 5.5), insa datorita continutului mare in crom elc sunt si refractare, motiv pentru care sunt utilizate pe scara larga pentro palete de turbine rezistenta tehnica de durata X,t10 000 la 520`C a otelului 12C130 (1H13) dupa tratamentul te.rmic tiind egala cu aproximativ 22 daN mm=, iar X,otl,ooou t'gal:i cu 9,5 daN/tnmv.

Din categ!;ria otclurilor refractarc ferito-martensitice si martcnsiticc fac parte si ali;ljcle cu continut ridicat in crom si siliciu, cunoscute in gcneral sub numcle dc silicromuri (tab. 13). Aceste oteluri sunt folositc cand nu se

Ttll3ELVL 18

cer condioii de sudabilitate, de exemFlu la confectionaret supapelor de evacuare de la motoarele cu explozie. sunt utilizate in stare calita si revenita. Refractaritate si mai mare se obtine la otelurile refractare austenitice ; acestea sunt aliaje complexe pe baza sistemelor Fe-Cr-Ni si Fe-Cr-Ni-Co care contin si b, W, Ti, VIo A1 etc. Din aceste oteluri se confectioneaza supape pentru motoarele cu explozie, palete pentru turbinele cu gaz precum si piese componente refractare pentru motoarele cu reactie, temperaturile maxime de lucru pentru astfel de piese tiind situate intre 600 si 700°C. Dintre proprietatile otelurilor refractare austenitice se mentioneaza marea refractaritate si stabilitate la cald plasticitzte ridicata, sudabilitate buna si coeficient de dilatare termica mare. Dintre inconvenientele ce caracterizeaza aceste oteluri se mentioneaza : prelucrabilitatea prin deformare plastica Si aschiere relativ grea, fragilitatea ridicatd a.cordoanelor de sudura, imposibilitatea fnlaturarii prin tratament termic, ca urmare a lipsei transformarii a. y, a eventualelor structuri grosolane rezultate din suprafncalziri si fragilizarea materialului la incaiz:re andelungata in intervalul 550600°f, in urma precipitarii diferitelor faze la limitele dintre graunti. Dupa modul de durificare se decsebesc : a - oteluri refractare austenitice omogene ; b - oteluri refractare austenitice durificabile prin dispersie de carburi· c - oxeluri refractzre austenitice durificabile prin dispersie de faze intermetalice. Otelurile rcfractare austenitice omogene sunt oxeluri austenitice care nu se durifica prin dispersie ; ele sunt numite concentional omogene desi intr-o oarecare masura contin si ele faze secundare dar in proportii care sa nu provoace efecte de durificare puternice. sunt oteluri cu continut scazut in carbon cu crom de la 17-249o si nichel de la 8-21 tb, care pot contine si N b, W, Ti, N etc. Din aceasta gropa fac parte ofelurile 7NbNCl8O, 12NC180 si lSSNCSO (t,ab. 12). Tratamentul lor termic consta in calire de la 1 050. . . I 100°C urmata de revenire la 750°C care duce la coalescent proportiilor nu prea mari de faza secundara.prezenta, in principal carburi de tipul M2aC, si la stabilizarea structurii. Mentinerea indelungata

Oteluri refractare crom-siliciu (silicromuri)a acestor oteluri la temperatura de lucru (intre 500 si 700°C) duce la fragilizarea lor ca urmare a precipitarii particulelor de faza secundara Sntre graunti si formarii fazei Q (faza FeCr). Otelurile refractare austenitice durificabile prin dispersia de carburi contin carbon de la 0,34 la 0,5%, crom de la 13 la 16°'0, nichel de la 7 la 30 % precum si W, Mo, V, Ti etc. Durificarea acestor oteluri este determinata atat de carburile primare de tipul TiC, VC, ZrC, NbC, etc. cat si de carburile secundare MzgCe, MaC, M7C9 fin dispersate in masa de baza. Otelurile refractare austenitice durificabile prin dispersia unor faze intermetalice contin de asemenea putin carbon, pana la max. 0,1290, crom de la 10 la 25°t0, nichel de la 18 la 90% si Ti, Al, B, VV etc. In aceste conditii faza durificanta este faza y' de tipul NiaTi, NisAl, Ni3(Ti, Al), NitNb etc. Otelurile austenitice durificabile prin dispersia unor faze intermetalice sunt mai refractare decit o$elurile austenitice durificabile prin dispersia carburilor. Si unele si altele sunt utilizate dupa calire de la 1 0501 200°C in apa, ulei sau aer urmata de revenire la 600800`C pentru precipitarea fazei disperse.

5.8. OTELVRI PENTRV TEMPERATURI SCAZUTE

Otclcrile destinate lucrului la temperaturi scazute, mai mici decit temperatnra camerei. se Smpart in oteluri destinate lucrului in conditii aapre caracterizate prin temperaturi climaterice scazute, de la temperatura camerei pana la aproximativ -60°C si oteluri destinate lucrului in conditii extrem de atpre de la temperatura camerei pfna la temperaturi mai scazute, de -80°C, arrcniafe chiar de O K numite oteluri criogene.

Dintre otelurile destinate lucrului la temperaturi climaterice scazute se mentioneaza otelurile pentru constructii metalice si otelurile pentru constructii de masini care trebuie sa funciioneze sub 0°C ; acestea sunt oteluri carbon sau aliate cu temperatura de tranziiie mica (tab. 14).

Otelurile criogene sunt folosite la fabricarea masinilor si utilajelor destinate obtinerii, transportului si conservarii gazclor lichefiate si utilizarii acestor gaze pana la temperatura lor de fierbere: oxigenul -183°C, azotul -196°C, neonul -247°C, hidrogenul -253°C, heliul -269°C, diftrite hidrocarburi ca metan, butan etc. de la -80 la -180°C si altele. Ca oricare otel pentru constructii de masini otelurile criogene se caracterizeaza prin rezistenta, plasticitate si tenacitate. Deosebirea dintre otelurile criogene si restul otelurilor pentru constructii de masini provine din conditiile specifice de lucru : Sn timp ce majoritatea otielurilor pentru construc>iii de masini lucreaza intr-un interval Sngust de temperaturi situat in jurul temperaturii camerei, interval de temperaturi in carc proprietatile mecanice nu se modifica eseniial, ojclurile criogenc lucreaza Sntr-un interval mare de temperaturi de la temperatura camerei pfna la temperatura de fierbere a heliului lichid (4,2 iC), interval de temperaturi in care proprietatile se modifica dcosebit de mult. Deoarece la micsorarea tempetraturii rezistenja la rupere creste, iar plasticitatea si tenacitatea scade, rezistenja de rupeYe a otelurilor criogene trebuie garantata la temperatura camerei, iar plasticitatea si tenacitatea la temperatura de exploatare. Elementul principal de aliere din otelurile criogene este nichelul deoarece el manifesta o puternica influenta pozitiva asupra pragului de fragilitate, un proceut de 6 °ro Ni coborand temperatura de tranzitie Tt la -200°C. Influenka nichelului asupra proprietatilor de tranzitie sunt date in tabelul 15. in

afara de nichel, otelurile criogene pot conline si crom, mangan, titan, azot etc. Din punct de vedere structural aceste oteluri pot fi feritice, austenitice si austenito-martensitice ; citeva .oteluri criogene si proprietaSile lor mecanice sunt date in tabelul 16.

Tn mod curent, Sn scopul economisirii nichelului, pentru piesele care nu sufera solicitari dinamice se alege drept criteriu pentru pragul de fragilitate T;t, criteriul T9o alegandu-se numai pentru piesele care sunt supuse la solicitari dinamice. Astfel otelul feritic cu 6% Ni se foloseste pfna la -100°C in cazul sarcinilor dinamice si pana la -196°C in cazul sarcinilor statice.

In cupru se pot gasi cele mai diferite impuritati : Bi, Sb, As, Fe, N,, Pb, Sn, S, O, Se, Te, P etc. La calitatile superioare de cupru impuritatile nu trebuie sa depaseasca 0,1 °t, la cele inferioare admit,andu-se pana la 1 %. Oxigenul, bismutul, plumbul Si sulful sunt insolubile in cupru solid, motiv pentru care ele se vad la microscop ca incluziuni. Celelalte impuritati sint, la concentrat,iile in care se gasesc in cupru, solubile formfnd solutii solide. Cele mai daunatoare impuritati din cupru sunt bismutul si plumbul. Aceste impuritati nedizolvandu-se in cupru formeaza cu el eutectice usor fuzibile bismutul la 99,8 °io Bi (fig. 14.3) iar plumbul la 99,94 °o Pb (fig. 19.4). Tiind bogate in bismut, respectiv in plumb, eutecticele Cu-Bi respectiv Cu-Pb sunt practic confundate cu bismutul sau cu plumbul topindu-se primul la 270°C iar al doilea la 326°C fata de 271°C respectiv 327°C temperaturile de topire ale celor doua metale. Avand o temperatura de topire foarte mica eutecticele Cu-Bi si Cu-Pb provoaca fragilitate la cald a cuprului chiar si la continuturi extrem de mici in bismut si in plumb, fapt ce face imposibila prelucrarea plastica la cald a unui astfel de cupru. Pentru acest motiv, in calitatile superioare de cupru nu se admite mai mult de 0,005 °o Bi si cel mult 0,02 % ,Pb in.mod obisnuit insa sub 0,05 °% Pb. Cu oxigenul cuprul formeaza un eutectic bogat in cupru care contine 0,39'o O., avand temperatura de topire 1 065°C.

Diagrama de echilibru a sistemului cupru-oxigen este data in figura 14.5. Oxigenul formand eutecticul Cu -t- CuzO, care se topeste la o temperatura foarte inalta, este o impuritate relativ inofensiva in cupru notiv penttu care este admis pana la 0,1 °io ; el provoaca fragilitatea cuprului cunoscuta sub numele de boala de Taidsogeae a cuprului care consta in aceea ca in prezenja oxigenului cuprul nu poate fi prelucrat la cald fisurandu-se. Aceasta fragilitate se explica prin faptul ca la incalzire in vederea deformarii, daca atmosfera cuptorului contine gaze reducatoare Hz, CO, CH, ete. aceste gaze patrurd la temperatura inalta in cupro reacxioneaza cu oxigenul continut in el si formeaza vapori de apa care creeaza o mare presiune astfel incat la laminarea la cald acesti vapori provoaca ruperi locale, adica fisuri. Sulful este de asemenea insolubil in cupru formand si el un eutectic Cu + CuzS la 0,77 °o S care se topeste la temperaturd inalta, la 1 067°C (fig. 14.6); ca urmare sulful ca si oxigenul nu provoaca fragilitate la rosu.

74.7.4. DOMENII DE UTILIZARE

Cuprul este utilizat pe scara larga pentru conductori electrici, schimbatoare de caldura, radiatoare, racitoare, placi de focar etc. Ca material pen!ru constructii de masini este purin folosit, el este insa foarte folosit sub forma de aliaje pe baza de cuprn : Cu-Zn, Cu-Sn, Cu-Al, Cu-Si, Cu-I3e, Cu-Pb etc. Cu exceptia aliajelor Cu-Zn care se numesc alame, aliajele cuprului cu staniu, cu aluminiu, cu siliciu etc. se numesc bronzuri : bronzuri cu staniu, bronzuri cu aluminiu etc.

14.2. ALIAJE CUPRU-ZINC (ALAME)

In practica se folosesc pe scara larga aliajele cuprolui cu zincul care contin pana la aproximativ 45'o Zn. Aceste aliaje se numesc alame ; uneori se numesc alame numai aliajele cupru-zinc care contin peste 259o Zn, aliajele cu mai putin de 25% Zn tiind numite tombacuri. Alamele pot fi simple aliaje binare cupru-zinc continand alte elemente numai sub forma deimpuritatisau aliaje complexe numite alame aliate care, alaturi de cupru, contin si alte elemente aluminiu, staniu, mangan, fier, siliciu, nichel, plumb etc.

tl.8.t. ALAME BINARE

Diagrama de ecbilibru a sistemUlui Cu-Zn .este reprezentata In figura 9.63, partea dinspre cupru tiind redata in figura 14.7. Faza a tiind o faza moale se deformeaza plastic la rece usor, fnsa la temperaturi mari cuprinse intre 350 si 700`C, ea devine fragila din cauza incluziunilor de plumb si bismut care, gasindu-se sub fetm a de eutectice usor fuzibile, se topesc· Spre deosebire de faza a, faza ti este o faza dura care la temperaturi mici, in domeniul in care exista starea ordonata ti', se deformeaza plastic fcarte greu dar la temperaturi mai mari decit temperatura de ordine-dezordine (454 468°C), trecand in starea dezordovata t, devine plastica la 800`C deformandu-se foarte usor. Faza y este dura si fragila.

Alamele au proprietati mecanice superioare cuprulni tiind in acclasi timp si mult mai ieftine. Proprietatile mecanice ale alamelor depind de raportul cantitativ dintre fazele prezente. Din figura 14.7, b se vede ca in domeniul a rezistenja si alungirea cret.c cu continutul in zinc, ductilitatea atingird un maxinmm la 30!!u Zn. Prezenia fazei ti determina o scadere rapida a alungirii si o accentuata crestere a rezistentei care atinge un maximum cand aliajul este format in ?ntrcgime numai din faza ti. Rezistenta scade insa rapid cand in structura apare faza y fragila. Rezistenja la soc (rezilienta) se micsoreaza iar duritatea se mareste pe masura ce proportia de faza p creste, atiajul devenind extrem de dur si de fragil cand apare faza ·r, motiv pentru care aliajele de interes practic nu contin aceasta faza.

Alamele se caracterizeaza printr-o mare rezistenta la coroziune, totusi in anumite conditii txt0

se pot coroda. Dintre tipurile de coroziune deosebit 83= de periculoase intilnite la alame se mentioneaza 970

coroziunct sau fisurarea sezoniera(season-cracking)

si pittingul. Coroziunea sezoniera se produce in · principal in timpul anotimpurilor umede si consta

in atacul limitelor dintre graunXi sub influenia ( 5tp c5c i5B atmosferci nmede si a tensiunilor reziduale care

s-au mentinut de la operaf iile deformare plastica

la rece (ambutisare etc.). La fisurarea sezoniera t t; i coroziunea avanse.aza din exterior spre interior

pe marginea graun)ilor, ruperea care se pro- t0 t 27 a0 i05o 60 t0 duce avand un caracter intercristalin. Suscepti- t' %Zn bilitatea la fisurare sezoniera este inlaturata prin

recoacerea produselor din alama deformate piastic la rcce la temperatura mica 200300°C astfel incat nu se produce inmuierea materialului ci numai o andepartare partiala a tensiunilor interne. Susceptibilitatea la coroziune sezoniera poate fi pusa in evidenta prin introducerea materialului ·i intr-o solu[ie apoasa continand i°o nitrat mercu

ros si 1 io acid azotic. yn figura 14.8 se arata o

teava pentru condensatori dintr-o alama cu 70 % - °i·Zn Cu si 30°ia Zn supusa 5ncercarii pentru deter

minarea sensibilitatii la coroziune sozoniera. rtK. 15.t. siytemal c''-zn: PlLtiIigul eStC O c'OrOGlutle lOCala, pllnCtllaI.I SI SC a-dlegramo de ecl,llilnw 6prcduce in tuburile de alama trase la rece aflate °°''latla ProprletGlllur n,ana

nlcu cu camPozitla.

m prezen$a apei talcaroase sau a apei de mare si au ca efect de cele mai multe ori perforarea tubului.

Alamele sc pot utiliza fie sub forma tur· nata fie dupa deformare plastica. Proprietatile ; de turnare ale alamelor sunt bune. Distanta

dintre lichidus si solidus tiind foarte mica, 'st alamele se caracterizeaza printr-o tendinta redusa la segregatie, printr-o fluiditate buna si prin tendinta de a forma retasura de contractie concentrata. Alamele se defonneaza plastic usor, motiv pentru care din ele se confectioneaza semifabricate laminate ca table, benzi, profile etc. Din punct de vedere structural ala

, mele utilizate in practica se Smpart in alame a caracterizate printr-o xnare capacitate de a se deforma plastic la rece si alame « + ti care se

Fig., 19.8. ,.t . ,.': din alama cn pot deforma plastic mai usor la cald. Alamele a 70 ;o Cu si .;u ;. Zn 9ncereati

pentrn torozsnte sezon;era. au in stare turnata o structura dendritica (fig. 14.9, a) care poate fi Pnlaturata prin recoacere (fig. 14.9, b). In stare recoapta. ele pof fi deformate sub forma de bare, table, benzi, fire, tevi etc. La temperaturi mai mari de 350°C ele sunt foarte fragile, motiv pentru care in mod obisnuit sunt prelucrate prin deformare plastica la rece. La obtinerea tablelor de alama a din lingouri mari prin deformare plastica la rece sunt necesare mai multe recoaceri intermediare care ridica mult costul operatiei de deformare plastica. I'entru acest'motiv in astfel de cazuri deformarea plastica a alamelor a se poate face la cald insa acest lucru este posibil numai daca continutul in impuritatile usor fuzibile,

plumbul si°bismutul, este tinut la nivele foarte mici (Pbmax. 0,02% si Bi max. 0,002,0); actiunea fragilizanta a plumbului si bismutului poate fi compensata prin adaosuri de zirconiu si uraniu.

in practica sunt utilizate dioerite tipuri de alame « deformabile plastic la rece. Alamele cu 90 pana la 98 io Cu, respectiv 2 pana la 10 °o Zn cunoscute si sub numele de tombac rosu ; sunt foarte plastice si au o mare rezistenta la coroziunto motiv pentru care sunt utilizate pentru tevi de radiatoare (alamele cuo2 si 6 /o Zn) si pentru table, benzi si fire (alama cu 10°o Zn). Alamele cu 10 /o Zn sunt utilizate si pentru ornamente si imitarea bijuteriilor. Alamele cu 15 pfna la 20 io Zn cunoscute si sub numele de tombac galben sunt caracterizate de asemenea prin mare rezistenta la coroziune si prin capacitate de deformare ridicata, motiv pentru care sunt utilizate la fabricarea tablelor, benzilor etc. Pentru culoarea lor frumoasa si pentru marea lcr rezistenla la coroaiune aceste alame sunt utilizate si la confectionarea ornamentelor si bijuteriilor. Alama cu 30 /o Zn caracterizata de asemenea yrin mare plasticitate, poate fi prelucrata la rece la grade.mari de deformare; este ntilizata pentru table, benzi, sirma etc. Tinind mult folosita la fabricarea cartuselor pentru arme este cunoscuta si sub numele de alama de cartuse. Dupa deformarea la rece este recoapta pentru recristalizare. Alama cu 37 io Zn este ductila si se preseaza bine la rece tiind mai ieftina decit alama cu 30 % Zn. In stare turnata cont,ine si putin ,t; duya deformare la rece este recoapta pentru recristalizare. Proprietatile mecanice pentru citeva alame « prelucrabile la rece sunt date in tabelul 14.3. Alamele « t- ti utilizate in practica contin in mod obisnuit

TABELDL ll.d

de la 54 la 61°a Cu, respectiv de la 46 la 39°n Zn. Aceste alame sunt utilizate fie pentru turnare in piese fie peritru deformare plastica la cald lamia nare, extiudare, stampare etc. Desi la rece alamele « -t- (1 se defonneaza mai greu decit alamele a ele pot fi prelucrate si prin deformare plastica la rece. Dintre alamele « -i- ti cea mai buna asociatie de proprietati dt rezistenta si de plasticitate o are alama cu 60°io Cu si 40'o Zn numita si metal Muntz; tiind utilizata pe scara larga pentru fabricarea monedelor este cunoscuta si sub numele de alama pentru monede. Temperatura solidus a alamei cu 40 % Zn este egala cu 875°C. De la temperatura camerei pana la 770°C, aliajul.este format din « + ,3 iar de la 770°C pana la 875°C din ti. Structura microscopica a alamei cu 40% Zn, obtinuta dupa turnare sau dupa deformare plastica la cald in domeniul p urmata de racire in aer, este o structura de tip tVidmanstatten formata din graunti de ti si faza « dispusa la limitele dintre grauntii (3 si pe

24 - tetalut&e Plzica - cd. i61

3.G9

Proprietdtile mecanice ale unor alame deforma6ile la rece

planele de clivaj ale accstor graunti (fig. 14.10). La racire eu viteza mica din faza ,3 se serar:t la limitele dintre graun#ii (1 si pe planele lor de clivaj incepand de la 770°C faza « ; propcrtia relativa dintre « si ti este cu atft mai mica cu cit viteza de ricire este mai mare, la o viteza de racire suficient de mare formarea fazei « tiind suf,rimata. pn mod obisnuit la calirea alamei cu 90°o Zn din domeniul ti formaret fazei x nu este suprimata complet obtinandu-sc alaturi de faza ,3 t.i o.micCi proport,ie de faza a formata la limitele cristalelcr ,3. tn figura 19.11 se arata structura unui astfel de aliaj calit in apa de la 825° C. Un astfel de tra.tament duce la cresterea rezisten(ei pe seama ductilitatii. Daca dupa aceasta calire se aplica un tratament de revenire de pilda la 450°C, faza « rcprecipita la limitele de graunti si pe planele de clivaj reaparand structura Widmanstatten (fig. 19.12). Distributia fazei a in ti in alamele a+t este puternic modificata prin prelucrarea plastica la cald ; pentru aliajul Cu-Zn cu 40°to Zn, domeniul de deformare la cald este situat de la 600°C .

fn sns, la temperaturi mai mici deformarea plastica producindu-se la rece. Cele mai bune proprietari ale acestor alame se obtin prin deformare plastica la cald in intervalul de temperaturi 700-600°C, in domeniul « + ti, in aceste conditii rezultand o structura formata din graunti fini. Aplicfnd dupa aceasta Si o usoara deformare plastica la temperaturi mai mici rezulta o structura fibroasa formata din graunti « si particule ,t usor alungite (fig. 19.13). Micsorarea grauntiloi alameti Muntz se poate obtine prin incalzirea in imediata apropiere a liniei de transfcrmare t zt a in domeniul t, urmata de racire cu viteza mica. In aceste conditii faza « reprecipita in forma de mici particule rotuntite distribuite in ma tricea ,3. Daca temperatura de fncalzire este mare, grauntii t cresc foarte repede. Alamele a + ti sunt utilizate in mod obiSnuit pentru prelucrare la cald.

t4.2.2. ALAME ALIATE (ALAME SPECIALE)

Imbunatatirea diferitelor proprietafi ale alamelor ca rezisten(a mecanica (limita de curgere si rezistenta la rupere), proprietatile de plasticitate (alungirea si gituirea la ruperej, tenacitatea, rezisten(a la coroziune, rezisten(a la oxidare la cald, prelucrabilitate etc. se realizeaza prin aliere.

Alierea cu aluminiu, care se adauga Sn proport,ii pana pe la 6'0, are o puternica influenta asupra proprietat,ilor de rezistenta ale alamelor 19o Al ducfnd la cresterea rezisten(ei la rupere cu cirea 88 N/mm2. Aluminiul contribuie si la cresterea rezisten(ei la coroziune si a rezisten(ei la oxidare la cald a alamelor el fmbunatatind stabilitatea structurii lor, la incalzire prevenipd cresterea grauntilor.

Manganul se adauga in mod obisnuit pana la 2% crescand rezistenta la rupere, limita de curgere si alungirea ; este utilizat curent ca agent . dezoxidant sub forma de feromangan.

Siliciul fngusteaza domeniul solutiei solide a micsorand solubilitatea zincului in cupru. Adaugarea siliciului in alame duce la cresterea proprietatilor de rezistenta, la cresterea fluiditatii si la inlaturarea pericolului de oxidare a zincului din alartle in timpul turnarii Sn forme.

Nichelul largeste domeniul de existenfa al solutiei solide a erescand solubilitatea zincului in cupru; Smbunata(este proprietatile antifrictiune si mareste rezisten(a, plasticitatea, tenacitatea si rezisten$a la coroziune la temperaturi ridicate ; imprima alamei o culoare frumoasa si proprietatea de a se lustrui bine.

Fierul mareste rezisten(a la rupere, limita de curgere si alungirea la rupere. Limita de solubilitate a fierului atat Sn faza a cat si in ftza p este de 0,2 %, peste aceasta limita precipitfnd sub forma cempusului FeZn7 de culoare albastra care actioneaza in directia finisarii structurii; in cazul alamelor a -f t fierul finiseaza structura Widmanstatten si Smbunata(este prelucrabilitatea prin aschiere.

Staniul produce cresterea rezistentei la coroziune, rezistenjei de rupere, a limitei de curgere si a duritatii, dar ductilitatea alamelor scade brusc la procente mai mari de 1,% Sn, datorita formarii unui constituent dur si fragil.

plumbul este practic insolubil in cupru chiar la 0,1°tu separandu-se sub forma de mici globule care au un efect favorabil asupra prelucrabilitatii prin

aschiere a alamelor, motiv pentru care in alamele destinate prelucrarii prin aschiere se introduce fntre 1 5-3,5°o plumb.

Majoritatea elementelor folosite pentru alierea alamelor micsoreaza solubilitatea zincului in cupru afectand microstructura in acelasi mod ca si zincul, adica favorizand formarea tazei ti ; exista o singura exceptie--nichelul care are un efect opus. Unele elemente ca manganul nichelul, fierul si aluminiul maresc printre altele si tenacitatea fazei p. Capacitatea elementelor de a fnlocui zincul atunci cand sunt adaugate la alame se exprima prin echivalentul in zine determinat de Guillet ; echivalentul in zinc al unor elemente este dat Pn tabelul 14.4 din care rezulta ca I°io Si are un efect echivalent cu 10 t Zn

TABELUL If.f

fn timp ce 1 % Ni este eshivaient cu 1,2 % Cu. Echivalentul in zinc al elementeior serveste la calcularea.continutului procentual in zine echivalenY ntnnit

n . % Zn -f- t; ksts

titlul fictiv t al alamei* definit prin relatia t = °=1 n unde % Cu-j- % Zn -f- t, k,ci,

i=1

k, este echivalentul in zinc al elementului i iar c, coneentratia in acest element. Pentru o alama cu 62 % Cu, 34 % Zn, 2 % A1 si 2 % Mn; t t _ 34 -t (2 X 6 -t- 2 x 0,5) t 43,1. Ca urmare desi dupa continutul Pn 62 -t- 34 + (2 X 6-t-2 X0,5)

zinc (34 % Zn) acest aliaj este o alama alfa datorita alierii cu aluminiu si mangan a crescut continutul in zine echivalent la 43,1 % ceea ce are ca efect aducerea aliajului in domeniul a t- ti.

yn practica sunt utilizate mai multe tipuri de alame aliate.

Alamele cu plumb sunt alame a + p utilizate atat pentrn obtinerea prin defolmare pIastica la cald (presare forjare, stampare, tragere) a unor produse semifabricate (bare, sfrme table etc.), cat si a unor produse turnate. plumbul adaugandu-se pentru a imbunata#i prelucrabilitatea piin aschiere.

Alamele cu aium'iniu sunt caracterizate prin rezistenja mecanica mai mare decit a alamelor obisnuite si prin rezistenta la coroziune si la oxidare la temperaturi ridicate mai mari. Un exemplu de alama cu aluminiu este alama cu 76 °o Cu, 22 % Zn si 2 % A1 utilizata, din cauza rezistenjei mari la coroziune pexitru tevi de Condensatoare.

Alamele cu staniu.sint utilizate de la coroziune ; o astfel de alama este contine 70 % Cu, 29 °o Zn si 1 % Sn ; tionarea tevilor de condensatoare,

aseme,nea.pentru marea lor rezlstenta alama amiral (admiralty brass) care este utilizata de asemenea la confec

' In Ump ce tltlul real al unM alame tepneZintg E;pnlinutul real de e determihat pe cale chimica tittva fictiv ai rittet trie

ltta oon mn

fn zinc rezultat din tspgcWl stnstatal. . ., . u.. . . .w.': .. , ., tiIOt.t

Ecbivalentul 9n zioc a1 unot elemente

` Alaitielt:cu siliciu contin in mod obisnuit cirea 3% Si. Un astfel de aliaj este alama cu.60°.!o Gu 37% Zn si 3°!o Si,;.tjt].t:,fictiv.a;l acestot.alRme este 52 5% structura ei tiind aproape,in-intregime p. Aceste alame sunt caracterizate printr-o fluiditate mare, motiv pentru care sunt folosite la turnarea pieselor cu pereti subtiri. Au o rezistenta buna la c,oroziune ixx. apa de mare, apa dulce, petrOl;.,benziria,'alcool etc.

Alamele cu nichel sunt aliaje Cu-Zn-Ni. sunt doua clase de al'ame cu nichel : alama a si alame a -1- p. Alamele a cu nichel contin de la 7 la 30 % Ni, aproximativ de la 5 la 30 °ro zinc, restul cupru. Pentru culoarea lor frumoasa, desi nu contin argint, sunt numite si argint german sau argint de nichel.'Nichelul are un remareabil efect decolorant asupra alamei care la 20% Ni are o culoare alb argintie. Se lustruiesc foarte bine, au mare rezistenta la coroziune si proprietati mecanice bune atat la rece cat si la cald, pfna la 800°C. Aliajele din aceasta clasa care contin 5565% Cu aproximativ l8io Ni si 27-17% Zn sunt cunoscute si stb denumitea de.Neus er, Meillechort, Argentan Packfong etc. sunt deformabile la rece si la caldtioprietatile mecanice in diferite stari structurale ale unor aliaje din,aceasta clasa sunt date in tabelull4.5.

Alamele a cu nichel sunt folosite pentru imitarea argintului la fabricarea tacimurilor si: ornamentelor ; in telefonie si radiotelegrafie pentru contacte si arcuri ; sub forma de benzi si . fire pentru rezistente electrice ; fitinguri pentru nave; grupuri sanitare, edificii publice etc. si pentru-gite de-ochelarit fermoare si chei pentru Iocuinte. Alamele « -t p cu nichel au compozitia aproximativ 959o Cu, 45% Zn si 10°io Ni si se pot prelucra usor prin extrudare. Datorita culorii lor frumoase sunt utilizate in scopuri arhitecturale si ornamentale. Uneori sunt denumite si bronzuri de argint.

O grupa importanta de alame aliate o reprezinta alamele complex aliate numite si alame de inalta rezistenta, sunt alame a + p aliate cu aluminiu, fier, mangan si nichel, elemente.care cresc puternic rezistenja fara a afecta ductilitatea. Exista doua clase de alame de fnalta rezistenta. La prima dintre acestea continutul in staniu este de-cirea I % iar cel de aluminiu de maximum 2,5°io iar la a doua conFinutul in aluminiu este ridicat de la 3 la 69o iar procentul de staniu limitat la 0,2 % (tab. 19.6). sunt utilizate in constructia de nave marine; din ele se confectioneazt elice pentnu nave, cftme de directie etc.

14.2.3. CLASIFICAREA SI SIMBOLIZAREA ALAMELOR

Potrivit standardelor romanesti simbolurile alamelor cuprind simbolul chimic al cuprului urmat de simbolul chimic al zincului, de coniinutul nominal in zinc in procente, de simholurile chimice ale celorlalte elemente componente si uneori de con><invtul procentual in aceste elemente. Pentru a exemplifica se-mentioneaza alamele CuZnS si CuZn36Pbl. Dupa aceleasi standarde alamele se impart in:. a-alame deformabile; b-alame turnate Sn.piese. La randul lor alamele deformabile se subimpart in : alame cupru-zinc fara plumb (CuZnS, CuZnlO etc.), alame cupru-zinc cu plumb (CuZn36Pbl CuZn39Pb2 etc.), si alame cupru-zinc speciale (CuZn28Sn1 CuZn3lSi1 etc.). Dintre alamele turnate in piese se mentianeaza : CuZn4OPb, CuZn9OMn2A1 si CuZn 3OAISFe3Mn2. .

14.3. ALIAJE CUPRU-STANIU (BRONZURI CU STANIU) '' ; .

14.3.1. ALIAIE BINARE CUPRUtSTANIU

Aliajele cuprului cu staniu se numese bronzuri cu staniu. Diagrama de echilibru a sistemului Cu-Sn este data in figara 9.64, aspectul diagramei Cu-Sn care corespunde conditiilor practice de solidificare a acestor aliaje fisnd dat in figura 9.65 ; partea dinspre cupru a acestei ultime diagrame este iedata Sn figura 14.19, a, in figura 14.19, b tiind reprezentata variatia proprietatilor mecanice ale bronzurilor cu continutul in staniu. S-a aYatat ca forma diagramei depinde puternic de viteza de racire, diagrama precedemta apropiindu-se de cea care corespunde conditiilor practice, cand faza 8 nu se mai descompune la 350°C, ci este stabila pana la temperatura camerei. Mai mult chiar, la.turnarea in forme metalice faza a apare chiar de la 6% Sn. Pozilfia medie a limitei domeniului 8 pentru bronzurile turnate in forme metalice sau in amestec de formare este reprezentata punctat in diagrama 19.14; in mod curent structura care rezulta la turnarea bronzurilor corespunde diagramei cu limita de solubilitate la aproximativ 6=7 % (linia punctata), la continuturi mai mici de 6-7% staniu structura tiind o structura dendritica a iar la continuturi mai mari o structura formata din dendrite a t- eutectold (a t- S).

Deoarece la temperaturi scazute micsorarea solubilitatii staniului in cupru in aliajele turnate si nedeformate plastic sau deformate la un grad de deformare mai mic de 70-80°to se realizeaza deosebit de greu interpretarea structurilor obtinute dupa recoacerea bronzurilor turnate trebuie facuta dupa diagrama simplificata la care limita de solubilitate a staniului in cupru este la temperatura camerei de 13,99o Sn. Structura de echilibru se obtine dupa recoaceri andelungate si doar in cazul aliajelor puternic defonnate plastic.

Fluiditatea bronzurilor nu este prea buna, intervalul dintrc lichidus si solidtts tiind mare. Din aceeasi cauza la turnarea bronzurilor nu se obtine retasura concentrata ci produsele turnate din bronz sunt caracterizate printr-o porozitate dispersa t pentru acelasi motiv tendinta de segregatic la solidificarile bronzurilor este foarte mare, in cazul racirii cu viteza obisnuita fonnandu-se o structura dendritica bine mareata. Daca bronzul contine pana pe la 5-6°,o Sn dupa turnare structura sa este formata numai din dendrite de solutie solida a (fig. 14.15, a). Structura de turnare poate fi inlaturata fie numai prin recoacere cand rezulta o structura poliedrica de solutie solida omogena a (fig. 19.15, b). fie prin deformare plastxca la rece si rccristalizare rezultand structura poliedrica de solutie solida omogena cu graunti maclati (fig. 14.15, c). Daca bronzul coniine de la cirea 10 °,o Sn pana la aproximativ 30 `:n Sn structura dupa turnare este formata din solutie solida si eutectoid a i- 8. Structura de turnare a unui bronz cu 10% Sn este aratata in figura 14.16 ; la recoacerea bronzurilor turnate ce contin pana la 149b Sn, eutectoidul a t- 8 se descompune, structura transformandu-se intr-o structura tipica de solutie solida a omogena ca cea reprezentata in figura 14.15, b.

Staniul influenjeaza proprietatile mecanice ale cuprului asemanator zincului insa mult mai brusc, plasticitatea incepand sa scada chiar la 5°to Sn (fig. 14.14, b). Rezistenja mecanica creste pana la 20°a Sn de unde incepe sa scada deoarece in structura exista prea multa faza a motiv pentru care aliajul devine fragil. Prezenja fazei 8 in bronzurile cu 10'o Sn turnate imbunatateste foarte mult proprietatile antifrictiune ale acestui aliaj. Datorita staniului bronzurile se caracterizeaz5 printr-o mate rezistenta la coroziune.

14.3:?. IMPURITdti 1N BRONZURILE CU STANIU

Dintre impuritatile care se pot inYilrii Sn bronzurile cu staniu se'menfioneaza fieTul, bismutul, arseniul, stibiul, aluminial, siliciul si oxigetl.

Fierul la continuturi mai mici de 0,2 % are un efect favorabiI asupra bronzurilor ducand la cresterea proprietatilcr lui mecanice ca urmare a finisarii grauntilor insa la continuturi matl siiaii de 0;2% dttritatea creste mult bronzurile devcnind fragile.

Bismutul fragilizeaza puternic bronzurile ca urmare a formarii unor pelicule intercristaline, motiv pentru care in bronzurile laminabile continutul in bismut este limitat..la cel mult 0,0004°o pentru alte tipuri de bronzuri admitandu-se maximum 0,19o Bi.

Arseniul si stibiul in proportie pana la 0,3°io fiecare nu influenteaza negativ proprietatile bronzurilor, insa la concentratii mai mari maresc fragilitatea deoarece formeaza cu staniu si.cupru compusi care se separa la limitele cristalelor.

Aluminiul are o aetiune daunatoare contribuind la obtinerea.unor piese turnate cu graunli mari, cu porozitate ridicata si cu rezistenla mica la incercarile hidraulice.

Siliciul in proportii de zecimi de procente reduce foarte mult elasticitatea bronzurilor.

Oxigenul se poate gasi in bronzuri sub forma de incluziuni dure si fragile de 5n20 (apropiate ca duritate de martensita) extrem de daunatoare, motiv pentru care bronzurile se supun obisnuit dezoxidarii cu fosfor pana ia cel mult 0,3°t P, adesea utilizfndu-se in acest scop prealiaje Cu-P.

74.3.3. ADAOSURI DE ALI9tE

Bronzurile cu staniu utilizate in practica sunt in general aliate cu zinc, fier, plumb, fosfor, nichel, mangan si alte elemente.

Zincul amelioreaza proprietalile tehnologice ale bronzului mictcrand intervalul de cristalizare, marind fluiditatea aliajului, reducand tendinia lui la saturare in gaze si impiedicand formarea macro si microsulfurilor insa micsoreaza proprietatile antifricliune. Zincul dizolvandu-se in cupru se gaseste sub forma de soluiie solida a ; este utilizat in bronzurile de turnatoric in proportii pana la aproximativ 11 °o.

Fierul in proportii mici micsorand grauntii are efecte favorabile ; se utilizeaza pentru alierea bronzurilor pana la cel mult 0,3-0,4'% la continuturi mai mari degradand proprietatile tehnologice, rezistenta mecanica si rezistenta la coroziune.

Plumbul nedizolvandu-se nici in cupru nici in staniu se va gasi in bronzuri liber sub forma de particule moi. pana la 2 °o nu modifica proprietatile bronzului insa ii imbunatateste prelucrabilitatea prin aschiere si rezistenja la coroziune in mediu acid.

Fosforul se introduce in bronzuri pana la 0,3 °u pentru dezoxidarea pSna la o astfel de concentrat,ie neformand faze noi si nemodificand proprietatile bronzului. La continuturi mai mari de 0,3 'n formeaza fosfura CuBP care amelioreaza proprietatile de turnare, micsoreaza tendinja de saturare in gaze a bTonzului marind rezistenta mecanica, duritatea, elasticltatea si imbnnatateste proprietatile antifrictiune.

ltTichelnl se dizolva in cupru form?nd solutie solsda a ; el amelioreaza proprietatile mecanice ale bronzurilor, rezistenja la coroziune si densitatea pieselos turnate diminuand segregatiile.

Ma.nganul exercita in bronzuri o actiune dezoxidanta, mareste densitatea bronzurilor si imhunatateste proprietatile lor mecanice.

14.3.4. PRINCIPALELE VARIETATI DE BRONIURI CU STAHtU

Dupa continutul in staniu se deosebese mai multe grupe de bronzuri. Bronzurile cu 6-7% Sn au In stare bruta turnata o structura formata

exclusiv din faza a. La aceste bronzuri fosforul se adauga in proportii de cel mult 0,1 °/a cu scopul dezoxidarii. Bronzurile a sunt folosite pentru deformare plastica la rece. Deoarece in trecut aceste bronzuri erau utilizate la baterea monedelor sila turnarea obiectelor de arta, ele erau cunoscute sub denumirea de bronz pentru monede respectiv bronz de arta.

Bronzurile cu cel mult 6-7 °to Sn in afara de staniu mai contin si alte elemente, de pilda zincul si plumbul. Mai multc alame complexe apartin acestei grupe de bronzuri de exemplu asa numitul bronz universal care contine 5% Zn, 5% Sn si 5% Pb (bronzul SJSjS) sau bronzul cu 7°o Zn, 3°'o Sn si 3°t, Pb (bronzul 7 J3 J3) ; acestei grupe ii apartine si bronzul cu plumb (Sn 5°/0, Pb 20%).

Bronzurile pentru constructii mecanice contin de la 8 la 10°o Sn, proportii mici de zinc si eventuah alte elemente. Din aceasta grupa face,parte si bronzul cunoscut sub numele de gun-mctaI (10 °o Sn si cirea t2% Zn). Dupa structura bruta de turnare, bronzurile pentru construc ii mecanice fac parte din categoria bronzurilor « + eutectoid a -1- &.. sunt utilizate pentru cuzineti, angrenaje etc. yn evul mediu din bronzurile cu 10 'o Sn se turnau tunuri, motiv pentru care aceste bronzuri au fost cnnoscute multa vreme sub denumirea de bronz de tunuri.

Bronzurile fosforoase sunt bronzuri cu 6-t9 °a Su, 0,1-0,6°o P si eventual si alte elemente ca nichel si plumb. Structura in sta.re bruta de turnare este data in figura 14.17. sunt utilizate in stare bruta de tuinare la confectionarea cuzinetilor si angrenajelor ; avand proprietati mecanice bu,te si o mare rezistenta la coroziune in apa de mare sunt utilizate si in construciiile navale.

BronzuriIe cu pina la 109o Sn si continuturi ridicate in plumh de la 8 la 20°o san chiar pfna la 30% (fig. 19.18) sunt utilizate pcntru anumitc tiruri de cuzineti.

Bronzurile cu mult staniu contin dc la 16 la 229a sau cbiar ma la BO% Sn si mici proportii de zinc si plumb. Datorita continutului ritcat in staniu cantitatea de eutectoid a -t- $ este mare iar aliajul fragil, motiv pentru care astfel de bronzuri sunt utilizate putin In practica. In trecut erau foarte folosite la turnarea clopotelor de unde si denumirea de bronz de clopote.

14.3.5. CLASffIGREA $1 SIMBOLIZAREA BRONZURILOR CU STANIU

Bronzurile utilizate in practica se impart in broneuri laminabile si bronzuri pentru turnatorie notarea si simbolizarea lor tiind asemanatoare alamelor.

Bronzurile laminabile sunt fie simple aliaje binare cupru-staniu cu cel mult 8% Sn (CuSn2, CuSn4, CuSn6 si CuSn8), fie aliaje mai complexe (CuSn4 Pb9Zn9). sunt livrate sub forma de semifabricate bare, table, benzi si sirme tiind utilizate pentru arcuri, membrane, lamele arcuitoare, piese de alunecare si piese pentru constructii de aparatura in industria chimica.

Bronzurile turnate in piese sunt de asemenea fie aliaje binare Cu-Sn cu continut ridicat in staniu (CuSnl9, CuSnl2, CuSnlO), fic aliaje mai complexe cu Zn, Pb si Ni (CuSnl2Ni, CuSnlOZn2, CuSn9ZnS, CuSn6Zn4Pb4 etc.). Din astfel de bronzuri se toarna, organe de masini supuse la uzura, lagare pentru masini unelte, piese pentru aparatura hidrostatica, cuplaje, piese de articulatie, roti melcate, ro#i dintate elicoidale, armaturi, carease de pompe etc.

14.4. BRONZURI FARA STANIU

Aliajele cuprului cu aluminiu, siliciu, beriliu, plumb etc. cu continut scazut In aceste elemente se numesc tot bronzuri : bronzuri cu aluminiu, bronzuri cu siliciu, bronzuri cu beriliu, bronzuri cu plumb etc.

14.4.1. BRONZURI CU ALUMINIU

Diagrama de echilibru a sistemului Cu-A1 este data in figura 9.66, partea dinspre cupru a diagramei Cu-A1 simplificata tiind data in figura 14.19 b undf se arata si variatia cu cont,inutul in zinc a proprietatilor mecanice ale aliatelor Cu-A1 in stare turnata (fig. 14.19 c).

9liajele care contin intre 9,4°o A1 si cirea 15% A1 (fig. 14.19 b) la racire cu vitcza mica din domeniul ti sufera transformare cu difuzie eutectoida ti t -t « -t yz care decprge asemanator transformarii perlitei, eutectoidul a t- yz tiind lamelar ca si perlita (fig. 14.19, a). La cresterea vitezei de racire se obtine eutectoidul a + yz cu structura din ce in ce mai fina ; transformarea fazei ,3 subracita se reprezinta cu ajutorul diagramelor TTT, o astfel de diagrama tiind data In figura 14.20.

La viteze de racire si mai mari aliajele trec cu usurinta in stari metastabile. Diagramele Cu-A1 determinate de Kurdiumoc pentru starile metastabile obtinute la calirea acestor aliaje sunt date in figura 14.21. Se vede ca alia7ele Cu-A1 care prezinta transformare eutectoida la subraciri ceva mai mari sufera mai fntii o transformare cu difuzie din solutia solida dezordonata ,t ohtinandu-se solutia solida ordonata p, dup5 care ti, trece printr-o transformare martensitica in martensita aciculara ; in timp ce la aliajele care contin pana la cirea 13 % A1 se obtine martensita ti'

3T8

cu retea trigonala, la aliajele cu mai mult de 13 °o A1 rezulta martensita y cu structura hexagonala compacta asemanatoare magneziului ; constantele re$elei fazei y' pentru 13,5 In A1 sunt a = 2,6D kX, c = 4,22 kX si °- = 1,62.

a Transformarile martensitice til -. ti' si tit -. y' s?nt reversibile la incalzire in domeniul til rezultand solutia solida ordonata til cu structura cubica de tip CoAs3 sau BiFs constanta retelei, la 300°C, tiind egala cu 5,84 kX.

Transformarile oblinute la calirea si revenirea aliajelor Cu-A1 cu aluminiu fntre cirea 10'o si 13'o sunt aratate schematic in figura 14.19, c. Microstructurile unui bronz cu aluminiu cu 10,5% A1 dupa racire ?nceata de la 900°C si dupa calire sunt date in figurile 14.22, a si b.

Din figura 14.19 b rezulta ca bronzurile care contin pana pe la 5% Al, au plasticitate ridicata dar rezistenta relativ mica. La conynuturi in aluminiu mai mari de 6 %, cand in structura de turnare apare si eutectqidul « t- YQ, rezistenta creste fnsa scade plasticitatea ; la conlinuturi in aluminiu mai mari de 10-12°io Al c?nd cantitatea de faza ya in aliajul turnat devine insemnata, ?ncepe sa scada si Yezistenja aliajului. In acest fel in stare turnata cea mai buna asociatie de rezistenta si plasticitate o au aliajele cu cirea 5 % Al.

Bronzurile cu aluminiu au rezistenta buna la coroziune si proprietati mecanice si tehnologice ridicate. La continuturi in aluminiu pana la 7% se prelucreaza usor prin deformare la rece iar la continuturi mai mari pana la 10-il°o A1 prin deformare la cald. Proprietatile bune de turnare permit utilizarea acestor bronzuri pentru turnarea in blocuri sau piese ; in acest scop s?nt utilizate in mod curent bronzuri cu 9-I 1 °o AI, existand si situatis cand sunt utilizate pentru turnare bronzuri cu aluminiu pana la 15 % Al.

yn practica sunt utilizate atft bronzuri cu aluminiu binare cat si bronzuri cu alummiu complexe care in afara de cupru si aluminiu contin si alte elemente dintre care se mentioneaza fierul nichelul si manganul care se adauga in proportii de pana la 4-5% fiecare ; bronzurile complexe pot contine unul sau mai multe elemente de alierc. Fierul afineaza structura si amelioreaza tToprietatile mecanice si antifrictiune, nichelul imbunatateste proprietatile

mecaaice la rece ti la cald si creste rezistenira la uzura, iar manganul mareste rezistenia la coroziune. Se deosebesc trei tipuri de bronzuri de aluminiu : 1 - aliaje pe.ntru deformare la rece sunt bronzuri cu aluminiu cu pana la 7'o A1 ; 2 - aliaje cu 10-11 °o AI destinate deformarii plastice la cald ; 3 - aliaje cu 9-I 1 °o A1 mergand uneori pana la 15 °o Al, destinate turnarii in blocuri sau piese. Aceste aliaje, potrivit normelor romanesti, sunt simbolizate asemanator bronzurilor cu staniu. yn tabelul 19.7 sunt date proprietatile in stare recoapta ale ttnor hronzuri cu aluminiu.

TABELUL It.7

Propriet3lile mecenice ale unor 6ronzud cu aluminiu

BetzpsNtrtta ial Alnngortm I Duritatra Ti nl 6ronzului rn ae R,a A HB

nronz cn · luminiu cu 6-8 % A1 I GO 10 I 90-60 I3ronz cu alnminin cu 9,5-11°/, Al, 3,5-5,5% 1·e

si 3,5-5,5j :v'i 65 5 1t0

F3ronzurile cu aluminiu sunt fntrebuintate pentru obtinerea de table, benzi, bare, profile extrudate, tevi, sirme, piese forjate, piese turnate ca de exempln piese pentru industria chimica si alimentara, armaturi, utilaje chimice, pompe de apa pentru mine, rotori de pompe centrifuge, cuzineti, angrenaje elicoidale, materiale cu rezistenta mecanica si la coroziune ridicate in apa de mare, calda sau rece, elice si flanse pentru industria navala etc.

74.4.2. AUAJE CUPRU·SILICIU (BRON2UR1 CU SILICIU)

Diagrama Cu-Si este aratata in figura 14.23 ; din acest sistem de aliaje importanla practica prezinta aliajele care contin intre 1,5 pfna la 5°a Si, deoarece aceste aliaje se disting prin proprietati mecanice si prin rezistenta la coroziune excelenta. Nichelul si manganvl amclicreaza proprietatile mecanice si rezistenta la coroziune a acestor bronzuri. Ele se deformeaza plastic,se prelucreaza usor prin aschiere si se sudeaza bine. Posedand proprietati mecanice bune, rezistenta la coroziune ridicata si elasticitate foarte mare, sunt utilizate pentru fabricarea arcurilor si elementelor elastice ale aparatelor si echipamentelor radio, pieselor destinate lucrului la temperaturi pfna la 250°C sau in medii coresive (apa dulce si apa de mare).

14.4.3. ALIAJE CUPRU·BERILIU (BRONIURI CU BERILRTI

Diagruna Cu-Be este data in figura 14.24, in figura 14.25 tiind reprezentata partea dinspre cupru a acestor diagrame. Un interes deosebit il prezinta aliajele cu 2°,u Be, aliaje care se durifica prin dispersie. La temperatura obisnuita cuprul dizolva maximum 0,2% beriliu insa prin calire de la 800°C sc poate obtine la 20°C solutia solida a suprasaturata de beriliu in cupru ; prin fmbatrSnire artificiala la 300350°C are loc precipitarea fazci y (CuBe sau CulBea), duritatea crescand la 300-400 HB. Rezistenja la rupere, rezis

tenta la coroziune, rezisten(a la deformari elastice mari, sudabilitate si prelucrabilitate bune fac ca aceste bronzuri sa fie foarte apreciate la confectionarea arcurilor diafragmelor, contactelor arcuite etc. In afara de aceasta bronzurile cu beriliu sunt fntrebuinjate si la confectionarea sculelor utilizate in lucrarile de minerit deoarece astfel de scule, spre deosebire de cele din otel, nu formeaza scfntei deci este fnlaturat pericolul de explozie.

14.4.4. ALIAJE GUPRU-PLUMB (BRONZURI CU PLUMB)

Plumbul si cuprul sunt partial solubile in stare lichida si total insolubile In stare solida (fig. 14.4). Din acest sistem sunt utilizate in constructia de masini pentru proprietatile lor antifrictiune ridicate, la confectionarea de lagare, bronzurile cu 25-30 °% plumb t structura unui astfel de aliaj este format din graunti de cupru in care sunt dispersate particule de plumb. Bronzurile cu plumb pot contine si staniu pana la 10 %, un astfei de material prezentand proprietaki anticorosive bune.

14.4.5. AUAJE CUPRU-NICHEL

Cuprul si nichelul formeaza o serie continua de solutii solide cu rejea c.fc. (fig. 14.26). Alierea cuprului cu nichel duce la cresterea neta a proprietatilor mecanice, la marirea rezistenjei la coroziune a rezistivitatii electrice si a proprietatilor termoelectrice ale cuprului. Dintre aliajele cuprului cu nichelul se mentioneaza cupronichelurile si constantanul.Cupronichelurile sunt aliajecare contin de la IS la 35% Ni; sunt caracterizate prin capacitatea mare de a se deforma plastic la rece si.la cald, prin rezistenta la coroziune foarte ridicata, prin .refractaritate si rezistenta la oxidare la cald. Din aceasta grupa fac parte : a - aliajele cu cirea 20 % Ni numite si maillechort* extrem de plastice, asemanatoare cu alama de cartu e dar mai rezistenta la coroziune si de culoare alba ; b - aliajele cujcirea 25 °t Ni utilizate pentru monede av?nd culoarea

,,t ' Uneori aceastg denumire este folositd'yi fpentns aliajeletjCu-Zn-Ni do tip alpaca.

a84

de asemenea alba ; c - aliajele cu cirea 52 'o Ni numite nichelina caracterizate prin rezistivitate mase. Cupronichelntiie sunt utilizate la confectionarea instrumentelor medicale, tacimerilor, bijuteriilor etc. Aliajele de tip constantan contin 40-45 % Ni. Ele poseda o mare rezistivitate electrica si o forta termoelectrica ridicata. sunt utilizate la fabricarea reostatelor, cuplurilor termoelectrice si a aparatelor de incalzire care lucreaza pana la 500. ..700°C.

i4.4.6. AUAJE CUMtU·MANGAN

Aliajele cuprului cu manganul utilizate in practica sunt aliaje solutii solide. Dintre acestea se mentioneaaa aliajele cu 5 si 12 °o Mn, caracterizate prin 1·eziBtivitate electrica mare, motiv pentru care au utilizari similare nieheIinei si constantanului. Adaugand 2-4% Ni aliatului Gu-Mn cu 12°o Mn se obtirie aliajul numit manganin caracterizat prin rezistivitate electrica foarte mare p = 0,43 S2 mm2fm si un coeficicnt de temperatura al rezistivitatii electrice foarte mic (« t- 58·10t'), caracteristica care face ca manganinul sa fie foarte apreciat la confeetionarea reostatelor. Dintre aliajele complexe cuprumangan se mai menlioneaza : izabelinul (84'6 Cu, 13''/o Mn si 3% Al), novoconstantanul (82,5 % Cu, 12 % Mn, 1,5 % Fe si 4 °o Al), aliajul A numit si terlo (85 °o Cu, 9,5 '% Mn, 5,5 9o Al) si manganinul dublu (75 % Cu, 20 °to Mn si 5 °o Al) toate caracterizate prin rezistivitate electrica mare, manganinul dublu avand rezistivitatea de doua ori mai mare dec?t manganinul. In afara de rezistivitate, aliajele cuprului cu manganul se caracterizeaza si prin o rezistenta deosebita la coroziune in apa de mare si la oxidare la temperaturi inalte.