ALIAJE NEFEROASE DE TURNATORIE. STRUCTURA SI PRORIETATI

ALIAJE NEFEROASE DE TURNATORIE. STRUCTURA SI PRORIETATI

Clasificarea principalelor aliaje neferoase se face de cele mai multe ori in functie de greutatea specifica si de elementul de baza al aliajului(elementul care depaseste 50% din greutate),dupa cum urmeaza:

Aliaje neferoase grele: -aliaje pe baza de cupru;

(>4 g/ -aliaje pe baza de nichel

-aliaje pe baza de zinc,staniu si plumb (usor fuzibile)

Aliaje neferoase usoare: -aliaje pe baza de aluminiu;

(<4 g/ -aliaje pe baza de magneziu.

In ultimul timp incep sa fie tot mai folosite piesele turnate din metale si aliaje greu fuzibile, care pot avea greutate specifica scazuta(titanul si aliajele lui) sau ridicata(cromul,niobiul,molibdenul,wolframul si aliajele lor).

Principalele proprietati fizico-mecanice,de exploatare si tehnologice ale aliajelor(culoare,greuate specifia,capacitate de oxidare etc.) sunt in general asemanatoare proprietatilor elementului de baza desi se constata si unele exceptii, ca de ex.:

-aliajul cu 65% Cu, 20% Zn si 15% Ni, desi are cuprul ca elementa de baza, este incadrat in grupa aliajelor pe baza de nichel,deoarece poseda proprietati mai apropiate de ale acestuia;

-aliajul de aluminiu cu 8.13% Mg se comporta la elaborare si turnare in mod asemanator cu aliajele de magneziu.

ALIAJELE NEFERAOASE GRELE

Aliajele neferoase grele se impart, dupa natura elementului de baza, in trei grupe principale:

-aliaje pe baza de cupru;

-aliaje pe baza de nichel;

-aliaje ale metalelor grele usor fuzibile(Zn,Pb,Sn).

Denumirea de aliaje grele se datoreaza greutatilor specifice ridicate ale metalelor de baza(Cu=8,96 g/; Ni=8,85 g/; Zn=7,14 g/; Sn=7,29 g/; Pb=11,34 g/

1 ALIAJE PE BAZA DE CUPRU

Pentru imbunatatirea unor caracteristici cerute in tehnica exploatarii cuprului(rezistanta mecanica, rezistenta la temperature inalte, rezistenta la coroziune si uzura etc.), acestea se aliaza cu diferite elemente, obtinandu-se o gama larga de aliaje cu multiple utilizari in diferite domenii industriale.

Aliajele pe baza de cupru se clasifica in doua grupe principale: bronzurile si alamele.

Bronzurile sunt aliaje ale cuprului cu alte elemente decat zincul si se impart in doua subgrupe:

a)    bronzuri cu staniu, la care principalul element de aliere al cuprului este staniul;

b)    bronzuri fara staniu, la care ca elemente principale de aliere apar elemente in afara de Sn. Din aceasta subgrupa fac parte bronzurile cu aluminiu, cu plumb, cu siliciu, cu mangan, cu beriliu etc.

Clasificarea bronzurilor poate fi facuta in felul urmator:

a)    bronzuri cu staniu : -simple (aliate numai cu staniu);

(obisnuite) -complexe (aliate, in afara de staniu, cu zinc, plumb sau fosfor)

b)    bronzuri fara staniu: -bronzuri cu aluminiu:

(speciale) -simple(aliate numai cu Al);

-complexe (aliate suplimentar

cu Fe, Mn, Ni)

-bronzuri cu plumb;

-bronzuri cu siliciu;

-bronzuri cu mangan;

-bronzuri cu beriliu

Alamele sunt aliaje ale cuprului cu zincul si se impart in urmatoarele doua subgrupe:

a)    alame binare Cu-Zn, alcatuite numai din cele doua metale componente, fara alte elemente de aliere;

b)    alame complexe, care in afara de cupru si zinc, mai contin si alte elemente de aliere ce confera aliajelor proprietati deosebite.

Bronzuri cu staniu

Bronzurile cu staniu pot fi bronzuri binare(simple) care au ca elemente de aliere numai Sn, precum si bronzuri complexe, care au in compozitia lor, pe langa Cu si Sn si alte elemente de aliere ca Zn, Pb, P, Ni etc.

Continutul de staniu in aceste bronzuri variaza intre 2 si 15%(tabelul 9.1).

Compozitia si caracteristicile mecanice principale ale bronzurilor cu staniu

Structura bronzurilor cu staniu poate fi apreciata prin luarea in considerare a diagramei binare Cu-Sn (fig.1, a).

Din diagrama rezulta urmatoarele:

- solubilitatea staniului in cupru se micsoreaza mult odata cu micsorarea temperaturii: la 798 (temperatura peritectica) - 13,5% Sn; la 586 (temperatura primului eutectoid) - 15,8% Sn; la 520 (temperatura eutectoidului al doilea) - de asemenea 15,8% Sn; la 350 (temperatur eutectoidului al treilea) - 11,0% Sn, iar la 200(si deci aproximativ la temperatura ambianta) cca. 1% Sn;

- in echilibru cu solutia (de substitutie; reteaua cubica cu fete centrate), in functie de temperature se gasesc fazele intermediare - si , care reprezinta solutii solide pe baza de compusi chimici(de ex. faza - CuSn; faza si - compusul CuSn, faza - compusul CuSn).

Fig Diagrama de echilibru Cu-Sn si influenta staniului asupra structurii si proprietatilor mecanice ale cuprului

Datorita vitezei mici de difuziune a staniului in cupru la temperaturi scazute, transformarea eutectoida de la 320 nu mai are loc si ca urmare, in bronzurile turnate nu apare eutectoidul () ci (

Asadar, la temperatura ambianta, in conditii de racire foarte inceata (de echilibru), aliajele cu pana la 14% Sn au structura compusa din graunti de solutie , iar la continuturi mai mari de staniu, din graunti si graunti de eutectoid ().In conditiile unor viteze de raciere mai mari (turnare in forme de nisip sau in forme metalice), are loc o segregatie puternica a staniului la formarea structurii primare .Concentratia acestuia creste continuu de la axa spre periferia cristalelor dendritice de solutie , ajungand uneori pana la 25%.Portiunile de solutie bogate in staniu(peste 15%) conduc la separarea eutectoidului(intre axele dendritelor de solutie ).In consecinta, desi continutul mediu de staniu in aliaj este sub 15%, in structura acestuia, la temperatura ambianta, apare eutectoid (fig. 2, a).Cu alte cuvinte,viteza de racire deplaseaza linia de solubilitate maxima a staniului in cupru spre concentratii mai mici ale elementului de aliere(spre stanga; curba punctata din figura 1, a).

Structura bronzurilor Bz6ZnT si a celui aliat cu 25% Pb

Cu cat viteza de racire este mai mare, cu atat segregatia devine mai importanta si cu atat creste proportia de eutectoid () in structura. Deci, la una si aceeasi compozitie chimica a bronzului cu staniu, la piesele cu pereti subtiri sau turnate in forme metalice, proportia de amestec eutectoid va fi mai mare.

In conditii practice de turnare numai la bronzuri cu pana la 5.6% Sn se constata o structura constituita in intregime din graunti de solutie

In cazul bronzurilor cu staniu aliate, zincul(care se gaseste pana la continuturi de 13%), nu determina schimbari structurale.Alierea cu zinc se folosete pentru micsorarea intervalului de solidificare si deci a tendintei de formare a microretasurilor, marirea fluiditatii si reducerea tendintei de formare a sulfurilor, in dauna proprietatilor de antifrictiune.

Plumbul nu se dizolva in cupru, regasindu-se in structura ca un constituent liber(fig. 9.2, b), cu duritate mica, contribuind la imbunatatirea proprietatilor de aschiere si antifrictiune, precum si la cresterea compactitatii pieselor(rezistentei la incercari hidraulice).

Proprietatile mecanice depind, ca si in cazul celorlalte aliaje de turnatorie, de structura.Cuprul poseda rezistenta la tractiune si duritate relative scazute( daN/mm, HB=35.50, in funtie de puritate), iar alungirea ridicata().Din cauza rezistentei si duritatii scazute, cuprul metalic practic nu se utilizeaza pentru turnarea pieselor, cu exceptia acelora care trebuie sa posede o conductibilitate termica ridicata sau o rezistivitate electrica scazuta(de ex. gurile de vant pentru furnale, unele piese pentru industria electrotehnica).

Prin aliere cu staniu, se obtine o crestere a rezistentei si duritatii cuprului (solutiei solide ) si o micsorare a alungirii lui (v. fig. 1, b, domeniul solutiei solide).

Influenta staniului asupra cuprului este asemanatoare ca sens cu cea a carbonului asupra fierului.Structurile eutectoide se caracterizeaza, ca si in cazul aliajelor feroase, printr-o duritate si rezistenta ridicata si printr-o plasticitate scazuta, deoarce faza din amestecul eutectoid este cu mult mai dura (cca. 150 HB) si fragile, in comparatie cu solutia solida .La continuturi de staniu mai mari de 27% (bronzuri hipereutectoide), in structura apare o proportie tot mai ridicata de faza si ca urmare duritatea creste, insa rezistenta la tractiune incepe sa se micsoreze (faza fiind foarte fragila), in timp ce alungirea aliajului se obtine minima (fig. 9.1, b).Cu alte cuvinte, rolul fazei la bronzuri este asemantor celei al cementitei, din aliajele feroase.

In bronzurile cu staniu nu se urmareste obtinerea fazei libere si de aceea continutul de staniu se limiteaza la 14%.

Cu marirea vitezei, curbele din figura 9.1, b sunt deplasate tot mai mult spre stanga, ca urmare a cresterii proportiei de eutectoid sau a fazei in structura (v. curba punctata).

Zincul in proportie de pana la 20% imbunatateste proprietatile mecanice ale bronzurilor cu satniu.Plumbul, gasindu-se sub forma de separari de sine statatoare, micsoreaza toate proprietatile mecanice cu 15.25% fata de bronzurile fara plumb.

Asadar, in cazul bronzurilor cu staniu, aleirea cu plumb nu uramreste marirea valorii proprietatilor mecanice, ci imbunatatirea unor proprietati tehnologice si de exploatare (de turnare si de uzura).

Cuprul formeaza cu oxigenul eutecticul Cu - CuO (fig. 9.3, a), iar cu sulful - eutecticul Cu - CuS (fig. 3, b) care se separa la limita grauntilor de cupru (sau solutiei solide , in bronzuri) si prin aceasta fragilizeaza puternic masa metalica.La continuturi mai mari de 0,01% O si de 0,01% S, valoarea alungirii devine foarte scazuta.

Diagramele de echilibru Cu-O, Cu-S si Cu-P (L - faza lichida)

Bismutul, cu temperatura de topire 271, intocmai ca si plumbul, nu se dizolva practic in cupru si se separa la limita grauntilor sub forma de filme care fragilizeaza la cald si la rece masa metalica.

In acelasi mod, influenteaza arseniul si stibiul.

Stibiul se dizolva foarte putin in faza (sub 0,1%) si se separa la limita grauntelor sub forma de retea fragila de CuSb, arseniul - sub forma de compus CuAs, fosforul - sub forma de CuP, iar fierul - sub forma de CuFe.Bismutul si plumbul - sub forma de faza independenta.

Tendinta de formare a acestor compusi este cu atat mai mare, cu cat solubilitatea elementelor (impuritatilor) este mai mica, deci cu cat gradul de aliere a cuprului cu elemente solubile (Al, Zn, Si, Be) este mai mare.

Totusi, in cazul unor bronzuri se utilizeaza continuturi mai ridicate de fosfor si de fir, in vederea realizarii unor proprietati speciale.

Asadar, oxigenul,sulful, bismutul, arseniul, stibiul si fierul in bronzuri se comprta ca elemente cu influenta nociva.

Proprietatile mecanice ale bronzurilor cu staniu sunt influentate deasemenea negativ de aluminiu, siliciu si magneziu, deoarece chiar in proportii mici (0,005%) ele se oxideaza la elaborare si ca urmare se gasesc la limita grauntilor sub forma de incluziuni (filme) de AlO, SiO, MgO, care nu sunt solubile nici in aliajul lichid si nici in cel solid.

In toate bronzurile cu staniu fosforul se gaseste in continuturi de min. 0,03% ca urmare a utilizarii cuprului fosforos ca dezoxidant pentru aceste aliaje.La aceste proportii fosforul nu influenteaza structura si proprietatile bronzurilor, tinand seama ca solubilitatea lui in cupru, la temperatura ambianta, este de 0,2% (fig. 9.3, c).

In unele bronzuri continutul de fosfor poate fi marit (pana la 1%) in vederea imbunatatirii fluiditatii si proprietatilor mecanice si de antifrictiune.La aceste continuturi ale fosforului in structura apar la limita grauntilor compusi de CuP, duri si fragili si ca urmare proprietatile mecanice ale bronzurilor se micsoreaza.

Proprietatile de exploatare sunt cele care determina in principal utilizarea bronzurilor cu staniu.Ele se caracterizeaza printr-o rezistenta buna la coroziuna agentilor atmosferici, a apei de mare si a multor solutii de saruri, datorita formarii unui strat protector de carbonat bazic de cupru la suprafata pieselor.

Rezistenta la coroziune este micsorata puternic de impuritati (O, S, Bi, Sb, As, Fe), continutul carora trebuie sa fie cat mai mic (in general sub 0,001%).

Principala caracteristica a bronzurilor cu staniu este rezistenta la uzura in conditii de frecare cu ungere.Aceasta proprietate este determinata de structura esterogena specifica a bronzurilor: solutia solida reprezinta constituentul moale, care se uzeaza in timpul exploatarii si creaza canale de lubrifiere, in timp ce faza reprezinta constituentul dur care preia solicitarile mecanice.

Datorita proprietatilor bune de uzura, bronzurile cu staniu se utilizeaza in special la turnarea pieselor solicitate la uzura in conditii dificile de ungereca de exemplu: lagare (cuzineti) pentru diferite masini, roti melcate, bucse de ghidare, suruburi fara sfarsit, piulite si altele.

Bronzurile insuficient dezoxidate contin CuO si SnO sub forma de incluziuni dure (mai dure ca martensita) si fragile.In cuzineti incluziunile dure Sn O uzeaza fusul arborilor.

Sudabilitatea si prelucrarea prin aschiere ale bronzurilor sunt bune.

Bronzurile laminabile au un continut redus de staniu (6.8%), deci structura de turnare in lingou nu are deloc sau numai proportii mici de eutectoid ().Ele se utilizeaza sub forma de bare, benzi si sarme.Dupa laminare, bronzurile se supun tratamentului de recoacere, dupa care ele poseda proprietati superioare bronzurilor turnate (de ex. pana la 40 daN/mm pana la 50%, HB pana la 90). Valorile mai ridicate ale proprietatilor mecanice se explica prin uniformizarea si finisarea structurii prin recristalizare.

Bronzurile au culoarea in functie de continutul de staniu si anume: galben rosietic (cand Sn=8%), galben (cand Sn=14%) si cenusiu (cand Sn=27%, la bronzurile pentru clopote).La continuturi si mai mari, culoarea se apropie treptat de culoarea alba a staniului.

2. Bronzuri fara staniu

Bronzurile cu plumb sunt aliaje ale cuprului cu plumbul (care poate varia intre 10 si 65%) si au o larga intrebuintare in industria constructare de masini.

Diagrama de echlibru Cu - Pb (fig. 4, a) prezinta o lacuna de nemiscibilitate in stare lichida intre 36 si 87% Pb.

Solubilitatea plumbului in cuprul solid este practic egala cu zero, astfel incat la solidificare se separa la limitele grauntilor de cupru sub forma metalica (fig. 2, b).

Caracteristicile mecanice ale aliajelor Cu - Pb variaza in functie de continutul de Pb, ca in figura 9.4, b.

In tabelul 2 sunt indicate compozitiile si proprietatile principalelor marci de bronzuri cu plumb, unele chiar fara staniu.Bronzurile cu plumb poseda o conductibilitate termica mare (de 4 ori mai mare decat a bronzurilor aliate numai cu staniu si de 6 ori mai mare decat a compozitiilor pe baza de staniu si plumb), ceea ce prezinta o importanta deosebita pentru lagarele solicitate puternic si cu viteze mari de rotire ale fusurilor, care pot lucra pana la temperature de 320 (babbitul poate lucra pana la 120

 

Fig. 4 Diagrama de echilibru Cu-Pb si influenta plumbului asupra proprietatilor mecanice si a volumului specific V ale cuprului si bronzurilor: cupru; cupru cu 0,3% Pb; cupru cu 10% Pb

Compozitiile si caracteristicile mecanice ale bronzurilor fara staniu

Bronzurile cu plumb se utilizeaza pentru turnarea bucselor de antifrictiune, cuzinetilor, cutiilor de unsoare de la locomotivele de aburi, lagarele pentru motoarele de avion , camioane si tractoare, a lagarelor de laminoare etc.

Dimensiunile si modul de repartizare a particulelor de plumb in masa metalica (solutia solida) prezinta o importanta deosebita pentru proprietatile de antifrictiune ale lagarelor:cu cat dimensiunile lor sunt mai mici si repartizarea mai uniforma, cu atat proprietatile de antifrictiune sunt superioare.

Reglarea acestora se face prin alegerea corecta a vitezei de racire a bronzurilor turnate in forma.La racire inceata, separarile de plumb coaguleaza si se concentreaza in partile inferioare ale pieselor turnate.

Alierea cu plumb determina aparitia in structura a fazelor moi de plumb si in acest fel micsoreaza valoarea coeficientului de frecare, imbunatatind proprietatile de antifrictiune.

In afara de aceasta, plumbul contribuie la obtinerea prin prelucrare a unei suprafete mai curate a pieselor turnate, ca urmare a faramitarii aschiilor.

In grupa bronzurilor speciale (fara staniu) intra toate aliajele cuprului cu alte metale decat staniul si zincul (alame), dintre care mai importante sunt:Al - in proportie de 7.10%; Mn - in proportie de 5.7%; Si - in proportie de 2.5% si Be - in proportie de 1.2%.

Bronzurile de aluminiu contin 8.12% Al si in cele mai multe cazuri sunt aliate complex cu Fe (pana la 5,5%),mangan (pana la 2%), nichel (pana la 5%) sau plumb (pana la 1%) (v. tabelul 2).

In diagrama de echilibru Cu - Al, bronzurile cu aluminiu sunt situate in stanga curbei de solubiltate maxima a aluminiului in cupru (fig.5, a).Aceasta inseamna ca la raciri foarte incete in forma sau dupa recoacere, structura lor consta in graunti de solutie solida , intocmai ca si bronzurile cu staniu redus.

La bronzurile cu aluminiu, ca si la cele cu staniu, datorita vitezei scazute de difuziune a aluminiului in cupru la cristalizare primara,se obtin zone (la periferia dendritelor) bogate in aluminiu ceea ce face ca in structura, mai ales la viteze mari de racire, sa apara eutectoid (). De aceea, pentru aprecierea structurii pieselor turnate trebuie sa se ia in consideratie deplasarea spre stanga a curbei solubilitatii maxime din diagrama Cu - Al.

Asadar, la bronzurile turnate in piese, structura consta in graunti de solutie si graunti de eutectoid (), cu dispersie mare.

Cu marirea continutului de aluminiu in domeniul solutiei solide,creste duritatea si rezistenta si se micsoreaza alungirea (fig. 9.6, a).In acest domeniu structural, atomii de aluminiu distorsioneaza reteaua cristalina a cuprului.La continuturi tot mai ridicate de aluminiu, in structura incepe sa apara si sa creasca proportia de eutectoid () si prin aceasta sa se mareasca duritatea si rezistenta, iar alungirea sa scada pronuntat.

Diagramele de echilibru ale sistemelor Cu-Al si Cu-Si

Zonele hasurate indica domeniile de compozitii ale aliajelor uzuale

Diagramele de echilibru ale sistemelor Cu-Al si Cu-Si

Zonele hasurate indica domeniile de compozitii ale aliajelor uzuale

La bronzurile cu aluminiu hipereutectoide, in structura apare faza libera, ceea ce determina micsorarea rezistentei si cresterea duritatii, plasticitatea acestor aliaje fiind foarte redusa.

Rezulta ca influenta aluminiului asupra structurii bronzurilor este asemanatoare cu cea a staniului (v. fig. 1, b).

Solutiile solide de cupru cu aluminiu, in comparatie cu cele aliate cu staniu, la acelasi continut de element de aliere, se caracterizeaza prin valori ale proprietatilor mecanice de cca. doua ori mai ridicate (v. tabelul 2).

Bronzurile cu aluminiu, ca urmare a structurii lor eterogene (graunti de solutie solida, cu duritate scazuta si graunti de eutectoid , cu duritate ridicata), se caracterizeaza prin proprietati de antifrictiune inferioare datorita duritatii mai mari a solutiei solide , dar apropiate totusi de cele ale bronzurilor cu staniu. Ele poseda, de asemenea, rezistenta ridicata la coroziune.Sunt utilizate pentru turnarea piselor solicitate mai puternic la soc mecanic, la uzura si la coroziune (ca de ex.roti de angrenaje, armaturi pentru abur supraincalzit, elice de vapoare, pompe pentru apa de mare, palete pentru turbine etc.).

Alierea suplimentara cu fier (3.5%) a bronzurilor de aluminiu determina finisarea structurii mai ales la racirea inceata a pieselor si prin aceasta provoaca marirea rezistentei si duritatii.Actiunea fierului se pune pe seama formarii compusilor FeAl sau a separarii lui sub forma elementara din faza lichida si care joaca rolul de germeni pentru dendritele de solutii .

In afara de aceasta, fierul franeaza transformarea fazei in eutectoid () si franeaza in acest fel fragilizarea aliajelor, mai ales in cazul vitezelor mici de racire a pieselor.

Alierea suplimentara a aliajului cu mangan (pana la 2%) determina imbunatatirea atat a proprietatilor mecanice , cat si a celor de exploatare (refractaritate, rezistenta la coroziune si la uzura). Manganul finiseaza structura de turnare a bronzurilor cu aluminiu.Efectul lui este determinat de alierea solutiei solide.

Bronzurile cu mangan (5.8% Mn) poseda o structura constituita numai din graunti de solutie solida si nu prezinta transformari in stare solida, deci nu sunt suscepribile la tratare termica (v. fig. 5, d). Manganul mareste mult valoarea tuturor proprietatilor mecanice ale solutie solide (fig. 6, b).

Bronzurile cu mangan, desi nu contin in structura eutectoid au proprietati mecanice ridicate (=30.40 daN/mm =20.40%).Ele se caracterizeaza de asemenea printr-o rezistenta mare la temperaturi ridicate (pana la 400), ceea ce le face indicate a fi utilizate pentru armaturi de abur supraincalzit.Bronzurile cu mangan mai pot contine intr 8 si 20% Pb.

Bronzurile cu mangan complex aliate cu Zn, Al, Fe, Ni sunt folosite la turnarea elicelor de vapoare.In comparatie cu bronzurile cu Al, ele se elaboreaza mai usor (tendinta mai mica de dizolvare a gazelor), au temperatura mai joasa de turnare si prezinta si o sudabilitate ridicata.

Influenta aluminiului si manganului asupra proprietatilor mecanice ale bronzurilor

Fig. 9.6. Influenta aluminiului si manganului asupra proprietatilor mecanice ale bronzurilor

Bronzurile cu siliciu (1.4% Si) sunt in cele mai multe cazuri complex aliate cu Zn (pana la 9%), Pb (pana la 4%) sau mangan (pana la 1%) (v. tabelul 2).

Intrucat continutul de sliciu este mai scazut decat limita lui de solubilitate in cupru (fig. 9.5, b), aliajele au o structura monofazica, formata din graunti de solutie

Influenta siliciului asupra proprietatilor bronzurilor este asemanatoare cu cea a staniului si a aluminiului (fig. 6, c).

Proprietatile mecanice si de exploatare ale bronzurilor cu siliciu, simple si complex aliate, sunt aproximativ asemanatoare cu cele ale bronzurilor cu aluminiu (=25.60 daN/mm =10.20% , HB=90.200), insa spre deosebire de acestea din urma, primele poseda proprietati de turnare mai bune si sunt mai ieftine.

Bronzurile cu beriliu (2,0.2,5% Be) au in stare turnata o structura constituita dintr-o proportie scazuta de solutie solida si o proportie ridicata de eutectoid ()(fig. 9.5, c).Prin tratament de calire (de la 800) si revenire (la 350), se obtine separarea fazei (dura si rezistenta) si repartizarea uniforma si dispersa a acesteia in masa de solutie (proces de durificare dispersa prin imbatranire).Beriliul influenteaza proprietatile mecanice ale cuprului intr-un mod asemanator celorlalte elemente de aliere (v.fig. 6, d).In stare turnata proprietatile sunt comparabile cu ale bronzurilor cu aluminiu (=120 daN/mm, HB=350) in dauna alungirii (

Bronzurile cu beriliu poseda, de asemenea, proprietati ridicate de elasticitate, rezistenta mare la cald (fluaj) si la oboseala, precum si o rezistenta ridicata la uzura.

Se utilizeaza in constructia de avioane, la diverse aparate si instrumente (arcuri, scule de mina, compase si mecanisme de ceas).Bronzurile cu beriliu nu provoaca scantei la lovire (sunt antiscantei) si sunt nemagnetice.

Alierea suplimentara cu Ni, Cr, Mn, Zr si Ti poate miscora continutul de berliu din aceste bronzuri, care sunt cele mai scumpe dintre toate aliajele pe baza de cupru.

3.Alame

Alamele sunt aliajele cuprului la care zincul este elementul principal de aliere.La alamele de turnatorie continutul de zinc variaza intre 30 si 45%, iar cele deformabile la cald - intre 20 si 30%.

Din diagrama de echilibru (fig. 7, a) rezulta ca in conditii de echilibru (racire inceata), zincul la continuturi de pana la 38% (la temperatura camerei), formeaza solutii solide de substitutie, cu retea cubica cu fete centrate.Structura consta, in acest caz, in graunti poligonali.

Fig. 7 Diagrama de echilibru Cu-Zn si influenta zincului asupra proprietatilor cuprului

Cu marirea continutului de zinc, alaturi de faza in sructura apare faza peritectica , care este o solutie solida pe baza compusului CuZn, cu reteaua cristalina cubica centrata in spatiu (fig. 9.8).La continuturi si mai ridicate de zinc, in structura apare faza , care reprezinta o solutie solida pe baza compusului CuZn, cu reteaua cristalina cubica complexa, care este dura si fragila.

Ca urmare a segregatiei zincului la cristalizarea primara a alamelor, curba de solubilitate maxima este deplasata spre stanga cu atat mai mult cu cat viteza de racire este mai mare (fig. 7, a curba punctata).

Alamele de turnatorie au continutul de zinc relative ridicat ( 30.45%) deci structura de turnare este bifazica (peritectic ).La vitezele mari de racire poate sa apara si faza cu duritate de 300 HB, deci de doua ori mai mare decat a fazei

Alamele deformabile la cald au un continut mai scazut de zinc (sub 30%) si structura de turnare formata din graunti de solutie solida (plasticitate mai ridicata).

Zincul, ca si Sn, Al, Si, in domeniul solutiei mareste rezistenta, duritatea si alungirea cuprului.Odata cu aparitia fazei , alungirea scade mult, iar cu aparitia fazei scade si rezistenta (fig. 7, b).

Alamele de turnatorie se impart in doua grupe:

- alame obisnuite (binare);

- alame speciale (aliate suplimentar cu Al, Mn, Fe, Ni etc.).

Alamele se simbolizeaza cu AmT (alame turnate).

Alamele obisnuite (binare) contin in afara de zinc, 1.3% plumb (tabelul 3).

Compozitia si caracteristicile mecanice ale alamelor de turnatorie

Proprietatile mecanice ale alamelor obisnuite sunt asemanatoare cu cele ale bronzurilor cu plasticitate superioara (=20 daN/mm =20% si HB=40).

Proprietatile mecanice ale alamelor sunt negativ influentate de Bi, Pb, As si P, mai mult decat in cazul bromurilor, deoarece solubilitatea acestor elemente in cupru este mai mica in prezenta zincului.

Alamele sunt folosite in cea mai mare parte la turnarea armaturilor pentru conducte de apa, abur, gaz (robinete, ventile etc.), care trebuie sa fie etanse la proba hidraulica de presiune.Este mai usor de a turna piese compacte din alama decat din bronz, datorita proprietatilor superioare de turnare ale primelor: fluiditate mai mare, interval de solidificare mai mic.Asa se explica faptul de ce productia de alame este mai mare decat cea de bronzuri.Alamele au si avantajul de a fi mult mai ieftine decat bronzurile, datorita pretului redus al zincului care participa in procent mare in aliaj.

Alamele speciale contin in afara de zinc, elemente solubile in cupru, ca de exemplu Al, Mn, Fe, Ni, Si si Sn in proportie de maximum 7% fiecare.

Deoarece continutul elementelor de aliere este sub 15%, constituientii structurali ai alamelor complexe vor fi calitativ aceiasi ca si ai celor binare Cu - Zn (fig.8, b).

Prin introducerea unui element de aliere se modifica structura si proprietatile alamei. Daca o parte din Zn este inlocuita de unele din aceste elemente de aliere, raportul cantitativ dintre fazele structurale ( etc.) se schimba, cu toate ca s-a mentinut constant continutul de cupru.Influenta elementelor de aliere in alamele complexe este caracterizata dupa Guillet prin coeficientul de echivalenta K, care simbolizeaza ca 1% din elementul respectiv produce in alama acelasi efect structural precum K% Zn.

Valorile coeficientilor de echivalenta pentru principalele elemente de aliere intalnite in alamele complexe, sunt:

Si: K = 10  - Cd: K = 1

Al: K = 6  - Fe: K = 0,9

Sn: K = 2  - Mn:K = 0,5

Mg: K = 2  - Ni: K = 1,3

Pb: K = 1  - Co: K = -0,1.-1,5

Elementele care prezinta un coeficient de echivalenta pozitiv, pot inlocui zincul in solutia solida, astfel incat actiunea lor corespunde unei scaderi a solubilitatii Zn in cupru, reducand domeniul solutiei solide prin deplasarea spre stanga a curbei de solubilitate a Zn in Cu.

Elementele care au un coeficient de echivalenta negative, din contra, au un rol analog cu marirea continutului de zinc in aliaj, ceea ce corespunde unei mariri a domeniului solutiei solide .

Daca se noteaza cu A, % continutul de cupru al aliajului stabilit pe cale analitica, si cu a % cantitatea de element de aliere, continutul aparent de cupru, X, care determina microstructura, conform diagramei Cu - Zn (fig. 9.7, a), se stabileste cu relatia:

[% Cu]

In legatura cu continutul de zinc, s-a introdus notiunea de titlu real si titlu fictiv al aliajului, primul reprezentand continutul de zinc determinat pe cale chimica, iar al doilea continutul aparent de zinc, in baza caruia se determina microstructura.

Titlul fictiv se calculeaza cu relatia:

[% Zn]

In care: t este titlul fictive;

Z - continutul real de Zn, in %;

A - continutul real de Cu, in %;

a - cantitatea de element de aliere, in %;

K - coeficient de echivalenta.

Efectul de aliere al elementelor consta in urmatoarele:

aluminiul (0.7,5 %) mareste si HB, rezistenta la coroziune; micsoreaza ; peste anumite limite aluminul formeaza faze , fragile.Se recomanda, din acest motiv, urmatoarea corelatie intre cupru si aluminiu: 70% Cu - 8% Al; 65% Cu - 5% Al; 60% Cu - 3% Al;

manganul (0.5 %) mareste si HB; rezistenta la cald si la coroziune scade

fierul (0.4 %) se introduce pentru finisarea structurii; la continuturi de peste 0,35% el formeaza compusi; cu cat este mai mare continutul de aluminiu cu atat mai ridicat trebuie sa fie cel de fier, de ex.: 0,50% Al - 0,8% Fe; 2% Al - 0,90% Fe; 3% Al - 1% Fe; 4% Al - 1,5% Fe; 5% Al - 2,5% Fe;

nichelul (0.2 %) mareste rezistenta la coroziune. Alierea conduce la obtinerea unor proprietati mecanice superioare fata de aliajele binare, ca de ex.:

alame binare: =39,0 daN/mm =22,5 daN/mm =30,7%; HB=100;

alame speciale: =80 daN/mm =61 daN/mm =11,5%; HB=230.

Rezulta ca alamele pot fi impartite in trei grupe:

a)    alame pentru turnarea in forme de nisip, de tip Cu Zn 33 Pb 2 la care Al, Fe, Mn, Sn, Si 2,5% (fara nichel);

b)    alame pentru turnarea in forme metalice de tip Cu Zn 40 Al Pb 2, la care Al, Fe, Mn, Sn, Si 2% (fara nichel);

c)    alame speciale, tip Cu Zn Al Fe Mn Ni:

cu rezistenta medie (=45 daN/mm), tip Cu Zn 3,5 Al 2 Fe Mn Ni, la care Al, Fe, Ni = 1.6,5% si care au in structura peste 15% faza

cu rezistenta mare (=60 daN/mm), tip cu Cu Zn 30 Al 5 Fe Mn Ni, la care Fe, Mn, Ni = 4,5.8,5% cu peste 15% faza in structura;

cu rezistenta inalta (=75 daN/mm) tip Cu Zn 25 Al 6 Fe Mn Ni, la care Fe, Mn, Ni = 7.11%.

2. ALIAJE NEFEROASE GRELE CU TEMPERATURA INALTA DE TOPIRE SI ALIAJE ALE METALEOR GREU FUZIBILE

Din aceasta grupa fac parte aliajele pe baza de nichel, cobalt, molibden si niobiu.Tot in aceasta grupa vor fi incadrate si aliajele pe baza de titan, desi acestea au greutate specifica intermediara (mai apropiata de cea a aliajelor de aluminu).

2.Aliaje pe baza de nichel.

Intrucat nichelul pur nu poseda rezistente ridicate (=40.50 daN/mm =35.40%, HB=80), in turnatorii sunt folosite aliajele lui.

Din punctul de vedere al domeniilor de utilizare, aliajele de nichel turnate in piese pot fi clasificate in urmatoarele categorii:

aliaje pentru constructia de masini;

aliaje cu proprietati fizice si chimice speciale;

aliaje rezistente la cald.

Aliajele pentru constructia de masini (tabelul 9.4) sunt caracterizate prin proprietati mecanice ridicate la temperatura ambianta si in acelasi timp prin proprietati de exploatare superioare (rezistenta la coroziune, antifrictiune, prelucrabilitate prin aschiere etc.).

Cele mai raspandite sunt aliajele pe baza de Ni - Cu .

Dintre acestea, aliajele binare Ni - Cu (tip Monel) se deosebesc prin rezistente si alungiri relative ridicate si printr-o rezistenta mare la coroziune chimica, pisele putand lucra in diferite medii agresive (apa de mare, acizi diluati etc.).De asemenea, ele poseda rezistenta ridicata pana la 500

Aliaje pe baza de nichel pentru constructia de masini

Aliajele au structura monofazica intrucat nichelul si cuprul sunt izomorfe (retea cubica cu fete centrate) si formeaza solutii solide (fig. 9, a).

Alierea suplimentara cu pana la 5% Si deterimina apritia in structura a unui eutectic Ni - NiSi la 1 152, cu 11,5% Si (fig. 9, b), ceea ce determina cresterea rezistentei si a duritatii aliajelor (v. tabelul 4), pecum si a fluiditatii.

Fig. 9 Diagramele de echilibru Cu-Ni, Ni-Si si Ni-Al

Prezenta impuritatilor (C, S si O) micsoreaza sensibil valoarea acestor proprietati din urmatoarele motive:

carbonul determina aparitia grafitului datorita existentei eutecticului pe diagrama Ni - C (1 318 si 2,22% C);

sulful provoaca aparitia compusilor NiS, care formeaza cu nichelul un eutectic Ni - NiS cu temperatura de topire joasa (644) cu 21,5% S;

oxigenul formeaza cu nichelul eutecticul Ni - NiO (la 1 438 si 0,236% oxigen).

Aliajele Ni - Cu si Ni - Cu - Si sunt destinate pentru turnarea pieselor care lucreaza in medii corozive din industria chimica, petroliera, alimentara, precum si in apa de mare, piese care sunt uneori incercate la presiune (corpuri de pompe cu rotor, ventile, bucse, palete de turbine cu abur, armaturi pentru nave, aparatura chimica etc.).

Alierea aliajelor Ni - Cu cu 5.11% Sn determina aparitia in structura a eutectoidului care , ca si in cazul cuprului , asigura proprietati antifrictiune superioare.

Aliajele sunt asemanatoare bronzurilor din punctul de vedere al proprietatilor la uzura ,insa spre deosebire de ultimele ele poseda o rezistenta si o stabilitate dimensionala ridicata pana la temperaturi de 450

Aceste aliaje se folosesc la turnarea pieselor pentru turbine cu abur (de ex. bucse, corpuri pentru pompe centrifuge, segmenti pentru etansare, lagare rezistente la coroziune etc.).

Alierea suplimentara cu 6.10% Pb conduce la imbunatatirea pronuntata a proprietatilor de antifrictiune, intocmai ca si la bronzuri.Plumbul, repartizat in masa de baza (solutie Ni - Cu) sub forma de separari izolate, micsoreaza coeficientul de frecare, chiar si in cazul cand filmul de ungere este nesatisfacator.

Alierea cu zinc a nichelului si a cuprului cu care formeaza solutii solide, urmareste cresterea rezistentei si a alungirii, micsorarea intervalului de solidificare si mai ales a tendintei aliajului de a absorbi gaze la elaborare.Procedeul de topire este similar cu al alamelor.Desi aliajele sunt bogate in cupru, ele au totusi culoarea argintie, datorita continutului ridicat de nichel fapt care face sa poarte denumirea de argint nou (in lb. germana Neusilber, termen frecvent intalnit in literatura de specialitate).

Aliajele Cu - Ni - Zn poseda proprietati bune antifrictiune si anticorozive si se folosesc, la scara redusa, pentru piese destinate masinilor si instalatiilor de prelucrare a laptelui (lagare de alunecare, pistoane etc.).

Aliajele de nichel rezistente la cald sunt complex aliate cu crom (8.22%), cobalt (0.18%) si molibden (2,5.10,5%), aluminiu (0,2.6,5%), titan (0,23,5%) si fier (sub 2%).Uneori elementul de aliere poate fi si wolframul (pana la 10%)(v. tabelul 9.4).Continutul de nichel in aceste aliaje este mai mare de 60%.

Alierea se face in asa fel, incat aliajele sa posede o rezistenta mare la fluaj si o rezistenta mare la oxidare.

In cazul aliajelor de nichel rezistenta la fluaj este asigurata de realizarea unor structuri de solutii solide saturate, susceptibile pentru durificarea dispersa la temperaturi ridicate:

alierea nichelului cu Mo, Co si W determina marirea rezistentei solutiei solide (toate aceste elemente se dizolva in nichel).Solutia solida este stabila si nu sufera transformari la temperaturile de lucru;

aliera cu titan, aluminiu si bor determina formarea particulelor fin dispersate de tipul Ni(Al,Ti); NiTi; TiAl, TiC, CrC, CrB; (Mo, Cr, W, Ni)B, in timpul tratamentului termic sau a exploatarii pieselor turnate si care blocheaza planurile de alunecare in timpul deformarii plastice a aliajului.

Rezistenta la oxidare este asigurata prin aliera nichelului cu crom si aluminiu, ai caror oxizi au temperaturi de topirea si caldura de formare ridicate si tensiune de disociere scazuta.

Aliajele de nichel poseda o rezistenta la cald mai mare decat a aliajelor deformate, ca urmare a posibilitatii de a folosi continuturi mai ridicate ale elementelor de aliere

Aliajele de nichel cu continut mai ridicat de titan si aluminiu sunt elaborate in vid, pentru evitarea proceselor de oxidare.

2.2. Aliaje pe baza de cobalt

Cobaltul prezinta o transformare polimorfa: la temperaturi mai mici de 477C el are reteaua cristalina hexagonala (cobalt ), iar la temperaturi mai mari - retea cubica cu fete centrate (cobalt

In stare turnata, cobaltul prezinta proprietati relativ reduse ( daN/, HB=125; E

Pentru turnarea pieselor se folosesc, ca si in cazul nichelului, aliaje ale cobaltului cu multe elemente, care pot fi impartite in patru grupe : Co-Cr; Co-Cr-W-C; Co-Cr-Ni-W; Co-Cr-Ta (tabelul 9.6).

Principiile de aliere prezinta urmatoarele particularitati:

- elementele principale de aliere (Ni, Cr, W, Mo, Ta, Nb) formeaza solutii solide , daca se tine seama ca la C solubilitatea acestor elemente in cobalt este urmatoarea (in % din greutate): Ni-100; Cr-36; W-26; Mo-22; Ta-12; Ti-8; Al-5; Nb-4; B-1;

nichelul (pana la 30 %) poate inlocui cobaltul , fara sa influenteze rezistenta la cald; cromul-wolframul si molibdenul maresc rezistenta la cald;

titanul, aluminiul si borul, ca si in cazul aliajelor de nichel formeaza compusi, care maresc rezistenta la fluaj;

carbonul in aliajele de cobalt formeaza eutectice si favorizeaza formarea carburilor de tip Cr (Co-Mo)C; Cr(Co, Mo); Cr(Co,Mo)C;

tratamentul de calire si imbatranire poate asigura la aliajele cu carbon ridicat duritati mari (HB- pana la 450).

Aliajele de cobalt poseda rezistente la cald inferioare celor pe baza de nichel.

De asemenea este mai mica si rezistenta la coroziune in atmosfera de gaze provenita prin arderea gazului metan, precum si in atmisfera obisnuita.

Aceste aliaje sunt superioare in ceea ce priveste rezistenta la coroziune in atmosfera care contine sulf ( si , ultimul putandu-se forma prin reactia sulfului din gazele motoarelor cu turbine ale avioanelor si NaCl din atmosfera de mare). S-a aratat ca in aliajele de nichel, sulful formeaza eutectice usor fuzibile.

De asemenea, la aliajele de cobalt este mai putin periculoasa si coroziunea cauzata de reactia dintre (provenit din arderea pacurei cu vanadiu) si Intre acesti doi compusi se formeaza un eutectic cu temperatura de .

Un alt avantaj al acestor aliaje, in comparatie cu cele de nichel , este ca se pot elabora si turna in atmosfera obisnuita.

2.3. Aliaje ale metalelor greu fuzibile

Prin metale greu fuzibile se inteleg acelea care au temperatura de topire mai mare decat a fierului (1

Pentru piese turnate in prezent sunt folosite aliajele titanului, vanadiului, cromului, niobiului, molibdenului si wolframului.

Aliaje pe baza de titan. Aliajele de titan sunt utilizate datorita particularitatilor lor din punctul de vedere al proprietatilor mecanice si fizico-chimice: rezistenta la tractiune ridicata (); rezistenta la cald ridicata (pot lucra pana la ); alungire mare la temperaturi normale, inalte si scazute; rezistenta la coroziune intr-o gama larga de medii agresive; greutate specifica relativ mica () si de aici rezistenta specifica mare; sudabilitate ridicata; coeficient scazut de dilatare termica; sunt aliaje nemagnetice.

Titanul pana la temperaturi de are retea hexagonala (titan ) , iar la temperaturi mai mari - retea cubica cu volumul centrat (titan

In functie de modul cum influenteaza elementele de aliere temperatura de transformare polimorfa , aliajele de titan pot fi incadrate in trei grupe de diagrame de echilibru (fig.11).

Fig. 1 schemele principalelor tipuri de diagrame binare ale titanului (in stare solida):

a) elemente care stabilizeaza faza si care maresc temperatura de transformare polimorfa , adica se dizolva mai mult in Ti-

b) elemente care stabilizeaza faza si care micsoreaza temperatura transformarii polimorfe , adica se dizolva mai mult in Ti-; la temperaturi mai mari de apar faze metastabile ( etc.);

c) elemente care formeaza eutectoid si stabilizeaza faza Ti-

Cele mai raspandite aliaje pentru turnarea pieselor sunt aliate cu elemente care stabilizeaza domeniul si care contin 4.8% Al (tabelul 7), caracterizate si printr-o rezistenta la cald mai mare.Aluminiul mareste rezistenta mecanica, insa micsoreaza alungirea.

La aliajele cu structura constituta din , elementele care stabilizeaza faza (molibden, vanadiu, siliciu) se gasesc in proportie mai mare de 2%. Aceste aliaje pot fi supuse tratamentului termic de durificare.

Aliajele de titan se utilizeaza in constructia de avioane pentru executarea elementelor de fuselaj si a pieselor pentru motoare cu reactie. In constructia navala se intrebuinteaza pentru fabricarea arborilor, elementelor de pompa, lagarelor, conductelor, paletelor de turbine, elicelor etc. La toate aceste intrebuintari se valorifica rezistenta mare la coroziune a titanului in apa de mare si in actiunea gazelor oxidante la temperaturi ridicate. Aliajele de titan se utilizeaza de asemenea in industria chimica (pentru pompe care lucreaza in medii agresive).

Titanul, la incalzire, se dilata de 2,5 ori mai putin decat aluminiul, iar rezistivitatea lui electrica este de 6 ori mai mare decat a fierului si de 20 de ori mai mare decat a aluminiului.

Conductibilitatea lui termica este de 13 ori mai mica decat a aluminiului si de 4 ori decat a fierului.

Toate aceste proprietati fac ca aliajele de titan sa aiba multe domenii de aplicare. Daca se are in vedere rezistenta la tractiune ridicata a unor aliaje () si greutatea lor specifica scazuta (), rezulta ca rezistenta specifica acestora este echivalenta cu a otelurilor cu

Aliajele de titan se elaboreaza si se toarna in vid, in forme de grafit sau metalice, racite cu apa.

Piesele destinate industriei chimice (piese pentru scrubere, condensatoare, pompe si decantatoare s.a.), sunt turnate in principal din trei tipuri de aliaje:

Ti - 6 Al - 4 V ( si );

Ti - 5 Al - 25 Sn ( si );

Titanul metalic ( si ).

In prezent se toarna piese cu greutatea pana la 500 Kg.

Aliajele de vanadiu contin 2,5.20% Ti si max. 1% Ta; 1% Nb; 1% Si si au structura omogena.

Aliajele pe baza de crom pot fi impartite in doua grupe:

mediu aliate: Cr - W(Mo) cu 7.12%W(Mo), 1.2 Nb/Ta si 1.2% ZrHf si au structura omogena, deoarece solubilitatea W si Mo in Cr este mare.

inalt aliate: Cr - Ni (Co) cu 30.40% Ni sau Co, cu structura eterogena, intrucat solubilitatea maxima la 1 a Ni este de 12%, iar Co- de 18%.

Aliajele pe baza de niobiu au ca elemente de aliere 5.20% W, 5.15% Mo, 0.27% Ta, 1.5% V si 0.10% Ti care se dizolva in proportii de peste 50% in Nb, la temperaturi de 1. Deci aliajele au structura omogena.

Aliajele pe baza de molibden sunt in general numai slab aliate cu Ti, Zr, Nb (suma lor sub 2%).

Particularitatile principale ale structurii si proprietatilor aliajelor metalelor greu fuzibile sunt urmatoarele:

au in structura o proportie ridicata de solutie solida (sunt slab eterogene);

au reteaua cristalina cubica centrata in volum;

se folosesc pentru turnarea pieselor destinate instalatiilor pentru producerea energiei nucleara, in aviatie, rachete, care lucreaza la temperaturi de 1000.1

Rezistenta la cald a aliajelor metalelor greu fuzibile poate fi marita prin imbunatatirea conditiilor de elaborare (cresterea puritatii acestor aliaje) si stabilirea conditiilor optime de aliere.

3. ALIAJE NEFEROSE GRELE USOR FUZIBILE

Aliajele grele usor fuzibile se impart in trei grupe:

aliaje pe baza de zinc;

aliaje pe baza de plumb;

aliaje pe baza de staniu.

3. Aliaje pe baza de zinc

Compozitia si caracteristicile aliajelor pe baza de zinc pentru turnarea sub presiune si a aliajelor de plumb pentru cuzineti

Zincul metalic are reteaua cristalina hexagonala compacta si proprietati mecanice relativ scazute in stare turnata ( si

Aluminiul se dizolva in zinc in proportie scazuta (max. 0,1 %) la temperatura ambianta, iar restul formeaza un eutectic constituit din solutie solida (99% Zn) si solutie solida (79% Zn). La temperatura de 270 faza se transforma cu formarea eutectoidului de unde rezulta de asemenea solutia solida cu 27% Zn (fig. 12, a).

Fig. 12. Diagramele de echilibru Zn-Al si Zn-Cu

Cuprul, la randul sau, are de asemenea o solubilitate scazuta in zinc (max. 0.1%) si la continuturi mai mari determina aparitia in structura , alaturi de solutia solida , a fazei peritectice , care reprezinta o solutie solida Zn - Cu (fig. 12. b).

In stare turnata, aliajele Zn - Al - Cu standardizate constau in graunti de solutie , eutecticul binar si eutecticul ternar (

Aliajele Zn - Cu - Sn se folosesc in special pentru turnarea pieselor sub presiune (denumite si aliaje Zamac) , deoarece au temperatura relativ scazuta de topire si turnare(cca. ) si o fluiditate ridicata. Aceste aliaje pot capata un aspect placut prin cromizare, nichelare sau cadmiere.

Dezavantajele lor sunt urmatoarele:

sunt susceptibile de imbatranire naturala;

sunt sensibile la influenta elementelor nocive.

Desi proprietatile mecanice ale aliajelor Zn -Al - Cu sunt bune, gradul de utilizare este limitat, datorita rezistentei slabe de coroziune in atmosfera cu vapori de apa, acizi si medii alcaline.

Coroziunea intercristalina este cauzata de prezenta fazei si a impuritatilor: Pb, Sn, Cd. Prin transformarea fazei se formeaza microfisuri, care joaca rol de canale pentru patrunderea mediului coroziv.

Aliajele cu continut mai ridicat de aluminiu (pana la 10%) si cupru (pana la 5 %) poseda o proportie mai mare de faze si , care sunt mai dure si ca urmare, au proprietati bune de antifrictiune.

Pentru marirea rezistentei la fluaj a aliajelor Zn - Cu acestea se aliaza suplimentar cu 0,25.0,30% Ti, care formeaza cu zincul un eutectic fin (la si 0,12% Ti). Aliajele sunt folosite mult pentru turnarea pieselor de automobile (de ex. carburatoare). Aceste aliaje de antifrictiune pot fi utilizate la presiuni de pana la 20daN/, viteze de pana la 8 m/s si pV=100daN/s .

Sunt utilizate pentru turnarea cuzinetilor si lagarelor, pentru masini-unelte, masini de ridicat si de forjat, la presiuni si viteze periferice reduse ale fusului.

3.2. Aliaje pe baza de plumb

In functie de destinatie aliajele de turnatorie pe baza de plumb se impart in trei grupe:

aliaje de antifrictiune (din sistemul Pb-Sb, Pb-Sn, Pb-Sn-Sb);

aliaje tipografice (din sistemul Pb-Sn-Sb);

aliaje de lipit (Pb-Sn-Bi).

Aliajele de antifrictiune (babbituri) contin stibiu si proportii scazute de Ca, Na, Mg, Cd, Ni, As (v. tabelul 8).

Proprietatile de antifrictiune sunt determinate de proprietatile structurale ale acestor aliaje.

In aliajele de plumb fara stibiu si staniu faza dura din structura este constituita din compusii plumbului cu sodiul si calciu ( si ), iar faza moale este constituita din masa de plumb.

In aliajele de Pb-Sb, fazele dure sunt reprezentate de cristalitele primare de stibiu (aliajele fiind hipereutectice, figura 13, a), iar faza moale- de eutecticul (

In prezenta cuprului in aceste aliaje se formeaza si cristalite primare de aciculare, cu duritate ridicata.

 

Diagramele de echilibru Pb-Sb, Pb-Sn si Sn-Sb

La aliajele din sistemul Pb-Sn (Sn=5.17%) si Pb-Sn-Sb (Sb=max. 17%, Sn=max. 10%), fazele dure sunt reprezentate de cristalitele primare de stibiu.

Aliajele (compozitiile) pe baza de plumb se utilizeaza in special la caile ferate, pentru lagare de vagoane de marfa, de calatori si de locomotive.

Aliajele pentru tipografie pe baza de plumb fac parte din sistemul Pb-Sn-Sb (v. tabelul 8) si pot contine 4,0.3,0 % Sn si 4.60 % Sb.

Dupa cum s-a aratat, plumbul formeaza cu stibiul un eutectic la (fig. 13, a), iar cu staniul la (fig. 13, b). La randul sau staniul fomeaza cu stibiul o serie de peritectice cu temperatura joasa de topire (fig. 13, c).

Aliajele de plumb pentru tipografie se caracterizeaza prin urmatoarele proprietati: temperatura de topire foarte scazuta (); fluiditate ridicata la supraincalzire minima; proprietati mecanice bune; rezistenta mare la coroziune si contractie liniara mica.

Aceste proprietati fac posibila utilizarea acestor aliaje pentru turnarea literelor masinilor tipografice.

Aliajele pentru lipit fac parte din sistemul Pb-Sn-Bi (51.65% Pb, 23.33% Sn si 11.27% Bi) si se caracterizeaza prin temperatura scazuta de topire necesara pentru a realiza difuziunea elementelor din aliajul de lipit in straturile pieselor supuse operatiei de lipit. Aliajul de lipit are in acelasi timp o rezistenta suficienta pentru ca lipitura sa nu se desfaca.

3.3. Aliaje pe baza de staniu

In functie de destinatie, aliajele pe baza de staniu se impart in doua grupe:

aliaje de antifrictiune;

aliaje pentru lipit.

Aliajele de antifrictiune babbit sau compozitie cu staniu) fac parte din sistemul Sn-Sb-Cu (10.12% Sb, 3.6% Cu; aprox. 80% Sn cu ; HB=25.30).

Structura lor consta din peritecticul cu fazele si din sistemul Sn-Sb (fig.19.13, c). Faza (solutie solida de stibiu in staniu), reprezinta masa moale din structura, iar faza (compus Sn Sb) reprezinta faza dura cu HB =30

Cuprul la randul lui formeaza cu staniul si cu stibiul noi faze intermetalice primare dure (). Mai mult, acesti compusi primari joaca rol de germeni de cristalizare pentru faza si prin aceasta contribuie la finisarea si uniformizarea structurii si drept urmare la imbunatatirea proprietatilor de antifrictiune. In absenta germenilor fortati, cristalitele se formeaza cu dimensiuni mari si se decanteaza la suprafata baii (topiturii) dupa umplerea formelor.

Cu marirea vitezei de racire la solidificare se micsoreaza dimensiunile grauntilor si se obtine o structura fina care asigura conditii mai bune de retinere a uleiului si de rodare (coeficient mic de frecare) in timpul exploatarii pieselor.

Structurile grosolane pot fi utilizate numai in cazul unei ungerii bune a cuplului de frecare.

Aliajele de antifrictiune pe baza de staniu se utilizeaza in principal pentru turnarea lagarelor de motoare Diesel, turbine cu abur, motoare de avioane, solicitate la presiuni si turatii mari.

La toate aliajele de antifrictiune, masa metalica moale asigura rodarea in conditii bune a lagarului fata de ax, iar compusii duri constituie puncte de sprijin pentru acesta. Suparafata de contact mica dintre ax si lagar micsoreaza frecarea, iar spatiile care se formeaza intre masa moale a lagarului si ax asigura repartiazarea uniforma a uleiului.

Aliajele de lipit fac parte din sistemul Sn-Pb-Sb si pot avea continutul de staniu cuprins intre 5 si 90 %, iar cel de stibiu intre 0,2 si 0,6% corespunzator caruia variaza si temperatura de topire intre 190 si . Eutecticul aliajelor Pb-Sn se gaseste la o temperatura scazuta (cca.

Cu cat continutul de staniu descreste, cu atat trebuie marit continutul de stibiu, pentru a asigura micsorarea temperaturii lichidus.