Prezentarea, clasificarea si simbolizarea materialelor metalice .

1. Notiuni introductive

Majoritatea pieselor ce compun masini si agregate utilizate in industria constructoare de masini, sunt confectionate din materiale metalice. Materialele pure se utilizeaza foarte rar in industrie, datorita faptului ca in aceasta stare, desi ele au bune proprietati de plasticitate, ele nu satisfac conditiile impuse pieselor.

Datorita acestui inconvenient marea majoritate a metalelor se folosesc sub forma de aliaje, care sunt amestecuri sau combinatii chimice obtinute prin topirea impreuna a doua sau mai multor elemente, dintre care cel putin unul este metal.

Aliajele sunt alcatuite dintr-un component de baza, care predomina din punct de vedere cantitativ si din componenti de aliere care se introduc in scopul de a se imbunatatii proprietatile fizico-chimice, mecanice si tehnologice ale aliajului.

Metalele si aliajele folosite in industria constructoare de masini sunt cuprinse in standarde de stat denumite STAS-uri, care de obicei cuprind urmatoarele date:

-numarul standardului si data elaborarii lui ;

-denumirea materialului ;

-modul de simbolizare ;

-calitatile ce fac parte din categoria respectiva ( marcile de materiale ) ;

-compozitia chimica ;

-proprietatile fizico-chimice, mecanice, tehnologice si aprecierea lor ;

-forma de livrare, dimensiuni .

Prin standardele de stat fiecare calitate de material primeste un simbol conventional alcatuit din litere si cifre, simbol folosit in documentatia tehnica ( proiecte, fise tehnologice etc. ) sau in cea tehnologica ( fise cu necesarul de materiale, plan de aprovizionare etc. ) .

La alegerea unui material metalic se tine seama de unele criterii legate de :

-conditiile tehnice functionale impuse pieselor ce se realizeaza din materialul respectiv ca si proprietatile tehnologice ( de fabricatie ) ale materialelor existente ;

-realizarea unui cost cat mai redus ;

Alegerea materialelor metalice impune cunoasterea corecta a materialelor existente si a proprietatilor lor.

Clasificarea materialelor metalice utilizate in constructia de masini .

In industria constructoare de masini se folosesc o mare varietate de materiale metalice, diferite ca proprietati si intrebuintari care se impart in doua categorii :

-materiale metalice neferoase ;

-materiale metalice feroase ;

1. Materiale metalice feroase .

Sunt cele mai raspandite materiale ce se folosesc in constructia de masini avand la baza elementul chimic fier. Ele reprezinta aliajele fierului cu diverse elemente de aliere, cele mai importante fiind aliajele Fe-C. Functie de concentratia in carbon, aliajele fier-carbon se impart in:

-oteluri % C < 2,11% C ;

-fonte 2,11% C < 6,67% C .

1. 1. Otelurile. Sunt aliaje ale Fe cu C, continand C sub 2,11%. Otelurile se obtin din fonte in cuptoare speciale prin micsorarea continutului in C prin ardere. Otelurile sunt caracterizate printr-o variatie in limite foarte mari a proprietatilor mecanice si tehnologice, cea ce explica folosirea pe scara larga a acestor materiale metalice in industrie.

.Clasificarea otelurilor. Se face pe baza destinatiei lor, iar gruparea in cadrul standardelor se face pe baza proprietatilor mecanice sau compozitiei chimice.

Dupa compozitia chimica, otelurile sunt :

-oteluri carbon ( nealiate ) ;

-oteluri aliate.

Dupa destinatie, otelurile se impart in :

-oteluri de constructie ;

-oteluri pentru scule .

Oteluri de constructie. In functie de posibilitatile de obtinere a semifabricatelor pentru executarea pieselor se impart in :

a. -oteluri deformate la cald ;

b. -oteluri turnate ;

a. Oteluri deformate la cald, sunt oteluri folosite la constructia celor mai diverse piese. Ele sunt prelucrate prin deformare plastica la cald, laminare, tragere, trefilare etc. si se protejeaza in continuare la prelucrari prin deformare, forjare matritare, extrudare la cald.

Aceste oteluri se impart in trei subgrupe :

a1. -oteluri cu destinatie generala neprecizata ;

a -oteluri cu destinatie generala precizata ;

a3. -oteluri cu destinatie speciala ( cunoscuta exact ) .

a. 1. Oteluri de constructie cu destinatie generala neprecizata

Sunt oteluri nealiate sau aliate ce se folosesc la confectionarea pieselor destinate unor domenii foarte diferite. Ele se grupeaza astfel :

Oteluri de uz general pentru constructii. Sunt cuprinse in STAS 500-80, cunoscute si sub denumirea otel carbon obisnuite. Sunt cele mai utilizate oteluri.

Simbolul lor este constituit din literele OL urmate de un grup de cifre ce indica rezistenta la tractiune in daN/mm Se elaboreaza in patru clase de calitate :

-clasa 1 indica caracteristica de indoire si de tractiune la rece ;

-clasa 2 indica in plus energia de rupere la +20^oC ;

-clasa 3 indica in plus energia de rupere la 0^oC ;

-clasa 4 indica in plus energia de rupere la -20^oC .

In simbol pot sa apara si literele k ( calmat ), S ( semicalmat ), N ( necalmat).

Exemple : OL 32, 34, 37, 42, 52, 60, 70 sau OL 4 k.

Otelurile carbon de calitate pentru tratament termic destinate constructiilor de masini. Aceste oteluri sunt cuprinse in STAS 880-80, sunt oteluri nealiate folosite numai cu tratament termic sau termo-chimic. Se considera otel carbon de calitate, otelurile care corespund obligatoriu unor conditii suplimentare mai severe pentru verificarea calitatii decat acelea prescrise otelului carbon obisnuit.

Se simbolizeaza prin grupul de litere OLC urmat de un grup de cifre ce indica continutul de carbon in sutimi de procent. La sfarsitul simbolului mai poate aparea litera X sau S, acesta indicand garantarea in plus a unui continut mai mic de impuritati precum si conditii referitoare la structura.

Sunt supuse tratamentului termic de cementare daca au continut in carbon sub 0,2% sau tratamentul termic de imbunatatire ( calire + revenire ) daca are carbon peste 0,2% .

Exemple : OLC 10; 15; 20; 25; 35; 45; 55; 60 .

1. Oteluri aliate pentru tratamentul termic destinate constructiilor de masini.

Sunt cuprinse in STAS 791-80. Otelurile aliate au in compozitie unul sau mai multe elemente de aliere introducandu-se in scopul obtinerii unor proprietati deosebite. Frecvent elementele de aliere folosite sunt: cromul, manganul, titaniul, vanadiul, wolframul, siliciu etc.

In functie de gradul de aliere, aceste oteluri se grupeaza in :

-oteluri slab aliate ( cu pana la 5% elemente de aliere ) ;

-oteluri mediu aliate ( E. A. intre 5 si 10% ) ;

-oteluri inalt aliate ( E. A. peste 10% ) .

Simbolizarea otelurilor aliate se face de regula cu ajutorul unor simboluri complexe alcatuite din litere si cifre astfel :

-un grup de cifre ce arata continutul de carbon in sutimi de procent;

-un grup de simboluri ale elementelor de aliere din otel, care sunt trecute in ordinea importantei lor, de la inferior la superior;

-un ultim grup de cifre ce indica continutul in zecimi de procent al principalului element de aliere, care este trecut ultimul simbol.

Exemplu : 35 Mn 16-otel aliat cu mangan, continand 0,35% C si 1,6% Mn.

a. Oteluri de constructie cu destinatie generala precizata .

Aceste oteluri au un domeniu ingust de utilizare, uneori denumirea materialului arata clar si domeniul de utilizare. Din aceasta categorie de oteluri fac parte:

Oteluri rezistente la coroziune atmosferica .

Sunt cuprinse in STAS 500/3 si sunt de fapt oteluri de uz general pentru constructii metalice lucrand neprotejate in atmosfera obisnuita. Exista marci de tipul RCA 37 sau RCB 5 2, in care litera B in loc de A indica un continut de P sub 0,02%, genereaza comportarea mecanica superioara a otelului, iar ultima cifra indica garantarea suplimentara a unor precipitatii mecanice ca si celelalte tipuri de oteluri cuprinse in STAS 500-80.

Oteluri beton ( STAS 438-80 ) .

Se folosesc la executarea armaturilor pentru betonul armat din domeniul constructiilor.

Ele trebuie sa aiba o buna sudabilitate datorita faptului ca armaturile se sudeaza unele de altele. Otelurile beton pot fi otelurile carbon simbolizate prin simbolul OB urmat de cifrele care indica rezistenta minima garantata in daN/mm² sau pot fi si oteluri aliate si microaliate, fara a avea un continut prea mare de carbon. Se simbolizeaza prin grupul de litere PC urmat de un grup de cifre care au aceeasi semifabricatie ca in cazul precedent.

Oteluri inoxidabile si refractare .

Sunt oteluri cu mare rezistenta la oxidare si o buna refractaritate, datorita faptului ca au putin carbon, sunt aliate cu Cr si Ni in procent de peste 10%. Se simbolizeaza similar cu otelurile aliate pentru tratament termic destinate constructiilor de masini.

Exemplu : 15 NiCr 200, 2 MoNiCr 175. Sunt cuprinse in STAS 11523-80 .

Oteluri pentru arcuri .

Pot fi oteluri carbon sau oteluri aliate. In ambele cazuri se remarca in finalul simbolului litera A.

Exemplu : OLC 55 A, OLC 65 A, OLC 75 A, in care cifrele au semnificatia celor de la otelurile carbon de calitate pentru tratament termic.

: 51 Si 17 A, 51 VCr 10 A, 40 Si 17 A, cu simbolizarea specifica otelurilor aliate.

Oteluri pentru automate . ( STAS 136-80 ) .

Sunt destinate prelucrarii pe masini unelte automate pentru aschierea metalelor. Se simbolizeaza cu AUT si un grup de cifre ce simbolizeaza continutul de carbon in sutime de procent.

Exemplu : AUT 12, AUT 30, AUT 40 Mn. Elementul Mn se introduce cu scopul de a imbunatati prelucrabilitatea prin aschiere si calibilitatea otelului.

In masa materialului se mai poate preciza starea suprafetei otelului, printr-un simbol literal adaugat la sfarsitul marcilor, de exemplu AUT 30 L-laminat la cald, sau C-cojit, sau T-tras la rece.

Oteluri pentru rulmenti .

Pentru rulmentii obisnuiti STAS 1456/1-80 precizeaza marcile RUL 1 sau RUL 2 la care se pot adauga precizarile simbolice pentru starea suprafetei bare- lor de tipul : B1-laminat, recopt; B2-cojit; B3-recopt, tras; A1-laminat; A2-recopt si cojit; C1-cojit si netezit; C2-tras recopt; C3-slefuit. Pentru oteluri de rulmenti, turnat in vid, STAS 11250-80, se precizeaza marcile RUL 1V si RUL 2V, putand impune conditii suplimentare pentru starea suprafetei, conform celor de mai sus.

Exemplu : RUL 2V-A

Sarme de otel pentru sudare .

STAS 1126-80 prevad marci de oteluri carbon si aliate, fabricata sub forma calibrata, folosita ca material de adaos la sudarea sub strat de flux si sub mediu protector de gaze.

Exemplu : S 21 MoCr 170. Primele cifre prezinta sutimi de procent de carbon iar celelalte cifre prezinta procente ale elementelor de aliere.

a3. Oteluri cu destinatie speciala .

Exista standarde care precizeaza marci de oteluri cu destinatie speciala ca :

-oteluri pentru autoturisme "DACIA 1300" cum sunt marcile 12 MoCr 10 X, 10 CrMn 2 ;

-table groase de otel pentru podurile si viaductele peste Borcea si Dunare, cum sunt : OL 37 BD, OL 52 BD .

b. Oteluri turnate ( de constructie ) .

Aceasta categorie cuprinde oteluri aliate sau nealiate destinate turnarii pieselor de diferite tipuri. Se grupeaza astfel :

-otel turnat in piese ( STAS 600-82 ). Se simbolizeaza prin OT urmat de un grup de cifre ce indica rezistenta la tractiune in N/mm², ex. : OT 400 .

-otel aliat pentru constructii de masini turnat in piese. ( STAS 1773-76) .

-oteluri rezistente la uzura turnate in piese. ( STAS 3718-63 ) .

-oteluri aliate refractare si anticorozive turnate in piese.(STAS 6855-78).

Oteluri pentru scule .

Aceasta categorie cuprinde oteluri aliate sau nealiate destinate fabricarii sculelor folosite in diverse domenii de activitate : scule aschietoare, scule pentru deformare la cald sau la rece, scule pentru industria lemnului, scule pentru industria usoara, scule pentru industria alimentara.

In aceasta grupa intra :

-otel carbon pentru scule ( STAS 1700-30 ). Sunt oteluri cu continut de carbon de peste 0,7% si sunt oteluri cu cel mai scazut pret de cost.

Simbol OSC 7.OSC 13 ( S-otel de scule, C-carbon, cifrele indica continu- tul de carbon in zecimi de procente ) .

-oteluri aliate pentru scule ( STAS 3611-88 ). Sunt oteluri aliate cu crom, wolfram, vanadiu, siliciu, molibden, etc. Exemple de marci : 10 VmoCr 52, 205 Cr 115. Se remarca acelasi mod de simbolizare ca la otelurile aliate de constructie.

-oteluri rapide pentru scule ( STAS 7382-80 ) . Sunt oteluri inalt aliate cu Co, Mo, W si au proprietatea ca isi pastreaza duritatea pana la temperaturi inalte.

Simbol : Rp-rapid, cifrele indica ordinea din STAS. Exemple : Rp 1, Rp 3, Rp 5, Rp 9, Rp 10 .

-oteluri pentru scule destinate prelucrarii materialelor nemetalice. Pot fi oteluri carbon sau inalt aliate cu crom. Simbol : OSL 1-OSL 5 ( L-simbol, cifrele indica ordinea in STAS ) .

1. 3. Fontele .

Sunt aliaje Fe-C cu continut de carbon intre 2,11.6,67%. Se obtin in furnale din materie prima compusa minereu de fier si mangan, carbune, fondanti. Fontele obtinute in furnal se numesc fonte de prima fuziune, sau foarte brute. Ele sunt destinate pe de-o parte pentru obtinerea otelului, fie sunt retopite pentru returnarea in piese, fiind cunoscute sub denumirea de fonte pentru turnatorie.

Clasificare fontelor .

In functie de modul de obtinere se impart in :

-fonte de prima fuziune ( fonte brocate ) ;

-fonte de a doua fuziune ( fonte de turnatorie ) .

a. Fonte de prima fuziune, conform STAS 082-65 se impart in :

-fonte obisnuite pentru turnatorie, avand simbolul FK ( FK 0 .FK 5 ) in care cifrele indica ordinea din STAS;

-fonte speciale pentru turnatorie cu simbolul FX ( FX 1.FX 7, X-special, cifrele indica ordinea in STAS ) .

-fontele pentru afanare cu simbolul FAK ( FAK 0.FAK 4, cifrele indica ordinea in STAS ) .

-fonte silicioase cu simbolul FS ( FS 1, FS 2 ) cifrele indica ordinea in STAS.

b. Fontele turnate in piese se impart in :

-fonta cenusie cu grafit lamelar denumita si fonta cenusie deoarece culoarea fontei este cenusie. Se simbolizeaza prin grupul de litere Fc urmat de un grup de cifre ce indica rezistenta la rupere in N/mm Exemplu : Fc 100 , Fc 400. Sunt cuprinse in STAS 568-75.

-fonta cu grafit nodular turnata in piesa (STAS 6071-75). Se obtine prin tratament termic de modificare ce consta in introducerea de magneziu in fonta lichida. Se simbolizeaza prin grupul de litere Fgn urmat de un prim grup de cifre ce indica rezistenta la tractiune in N/mm² si al doilea grup de cifre indica alungirea minima 12% . Exemplu : Fgn 420-12; Fgn 480-5; Fgn 500-7 .

-fonta maleabila turnata in prese. ( STAS 569-79 ). Se obtine prin tratament termic de maleabilizare. Se simbolizeaza prin Fm urmat de un grup de cifre ce indica rezistenta la tractiune in N/mm², si litrele a-alb, n-negru, p-perlita, ce indica tipul structurii. Exemplu : Fm 400-a; Fm 320-n; Fm 350-n; Fm 450-p .

-fonta refractara turnata in piese. ( STAS 6706-75 ). Sunt fonte aliate cu Cr, Si, Al, au rezistenta mare la temperaturi inalte ( refractare ). Exista marci de tipul FrCr 1,5; FrSi 5, simbolul elementelor chimice indica elementele de aliere aflate in compozitie, iar cifrele indica continutul acestor elemente in procente.

-fonta antifrictiune turnata in piese. (STAS 6706-73). Are rezistenta mare la uzura prin frecare si poate fi fonta cenusie Fc, fonta cu grafit nodular Fgn sau fonta maleabila Fm. Simbolul fontei va fi : Fc, Fgn, Fm la care se adauga literele A-antifrictiune si cifrele ce indica ordinea din STAS.

Exemplu : Fc A-1, Fgn A-2, Fm A-1 etc.

Materiale metalice neferoase .

Cele mai utilizate materiale metalice neferoase utilizate in constructia de masini sunt : Cu, Al, Mg, Zi, Cr, Ni, Pb si aliajele acestora. In industrie se folosesc intr-o masura mai redusa, deoarece prezinta pret de cost mai ridicat decat cel al fontelor si al otelurilor obisnuite.

Clasificarea metalelor neferoase

Din totalitatea materialelor metalice neferoase utilizate, numai cele uzuale au fost standardizate. Cele mai utilizate materiale metalice neferoase sunt :

Cupru si aliajele pe baza de cupru ( STAS 270-80 ) .

-Cuprul este unul dintre cele mai importante materiale metalice neferoase avand temperatura de fuziune de 1083^oC si greutatea specifica de 8940kg/m³. Exemple de marci : Cu 99,97; Cu 99,95; Cu 99,95 k; Cu 99,9; Cu 99,5 .

-Alame nedeformabile ( STAS 95-80 ). Sunt aliaje ale Cu cu Zn. Simboluri : CuZn 28, CuZn 40. Alamele cu mai mult de 80% Cu se numesc tombacuri.

-Alama turnata in blocuri si piese ( STAS 199-80 ). Este destinata turnarii pieselor. Simboluri : CuZn 10 Pb; CuZn 40 N 3 Fe .

-Bronzuri cu staniu deformabil sau turnat ( STAS 93-76; 197-76 ) este un aliaj al Cu cu Al si eventual continand si alte elemente. Exemplu : CuZn 12, CuSn 10 Zn 2, CuSn 6 Zn 4 Pb 4 etc.

-Bronzul de aluminiu turnat ( STAS 198-76 ) sau deformabil ( STAS 203-75) este un aliaj al Cu cu Al si eventual continand alte elemente. Exemplu : CuAl 9 T, CuAl 10 Fc 3 T .

-Bronzul cu Pb ( STAS 1512-76 ) poate inlocui bronzul cu Sn turnat. Exemplu

in : CuPb 10; CuPb 25 etc .

Aliaje antifrictiune pe baza de Si, Pb, Al

Sunt cuprinse in STAS 202-73, au bune proprietati de antifrictiune si sunt utilizate la constructia lagarilor si cuzinetilor. Simbol : Y-Sn 83 ( aliaj antifrictiune-Y, pe baza de Sn 83% ) .

Aliaje de lipit. Sunt standardizate aliajele de lipit pe baza de Sn si Pb ( STAS 96-80 ) si aliaje Cu-Zn pentru lipit ( STAS 204-77 ). Simbolizarea aliajelor de lipit de tipul : L Pb 34, SnAg 295-310, precizandu-se dupa initiala generala L natura si procentajul elementului de baza , simbolurile elementelor de aliere a acestuia, in ordine descrescatoare a continutului lor si in sfarsit, temperaturile liniilor lichidus si solidus exprimate in grade Celsius.