CAPITOLUL VI

METALE I ALIAJE NEFEROASE

6.1. Generaliti Din cele mai vechi timpuri, metalele neferoase au avut un rol

deosebit n viaa oamenilor. Astzi, dei fierul este metalul cel mai

utilizat, metalele neferoase ncep s-l nlocuiasc datorit proprietilor

avantajoase, cum ar fi greutatea specific mic i o rezisten mecanic

mare. n unele domenii, neferoasele sunt greu de nlocuit. Aa sunt cuprul

i plumbul n electrotehnic i aluminiul n aeronautic. Dezvoltarea n

domeniul rachetelor, a reactoarelor nu ar fi fost posibil fr metalele i

aliajele neferoase.

n comparaie cu metalele feroase, metalele neferoase sunt mai

scumpe. Aceasta este motivul pentru care, n tehnic, este o continu

preocupare n vederea economisirii lor (chiar i prin valorificarea

deeurilor obinute la prelucrarea acestor materiale), a extragerii i a

prelucrrii lor la un cost mai sczut. De asemenea, este necesar o

folosire judicioas i un consum ct mai raional, mergnd pn la

nlocuirea lor, acolo unde este cazul, cu oeluri, fonte sau chiar cu

materiale nemetalice (sticl, porelan, mase plastice, ceramic).

Gama metalelor i aliajelor neferoase este foarte mare, dar

ntrebuinare curent au numai materialele metalice tehnice. Ca s se

ncadreze n aceast categorie, ele trebuie s fie uor accesibile (larg

rspndire n natur i extragere relativ uoar), s aib o rezisten la

rupere suficient i s poat fi uor prelucrabile prin deformare plastic

sau turnare.

Simbolizarea mrcilor de aliaje neferoase standardizate se face prin

simbolurile chimice ale componenilor, primul fiind indicat elementul de

baz. Elementele de aliere se aeaz n ordinea descresctoare a

importanei lor, cantitatea fiecruia indicndu-se n procente. Dac un

element este n proporie sub 1 %, n mod curent acesta nu se mai

noteaz. De exemplu, aliajul CuZn 31 reprezint un aliaj al cuprului cu

31% zinc, aliat cu sub 1% siliciu. Simbolul se mai poate completa i cu

alte semne, de exemplu litere, care indic aspecte tehnologice (condiii de

prelucrare). De exemplu, ATC Si 7 Mg reprezint un aliaj turnat n form

metalic (cochil).

n funcie de starea n care se gsesc n natur, metalele neferoase

pot fi obinuite (se gsesc sub form de combinaii chimice n minereuri),

nobile (se gsesc ca atare n natur: aurul, argintul) sau radioactive

(uraniul care emite radiaii naturale) sau metale rare (se gsesc n

proporie mic n scoara Pmntului).

6.2. Cuprul i aliajele sale Cuprul este un metal de culoare roiatic, greu ( = 8950 kg/m3)

i relativ greu fuzibil (ttop = 10830C). Se gsete sub forma de minereuri

n Zair, Rusia, Spania, Suedia, Germania, Chile i destul de puin la noi n

ar, n judeele Tulcea, Cara-Severin, Alba, Bistria-Nsud, Suceava.

n industria electrotehnic se utilizeaz exclusiv cuprul electrolitic

(rafinat pe cale electrolitic), avnd o puritate de 99, 60...99,90%. Ca

material conductor, prezint o mare conductivitate electric i termic,

ocupnd locul al doilea printre celelalte metale, dup argint. Se dizolv n

acid sulfuric i acid azotic. Este atacat de sulf, clor, hidrogen. n contact

cu acesta din urm capt o aa numita boal a hidrogenului care i

provoac fragilitatea. Caracteristicile mecanice ale cuprului depind n

mare parte de tratamentul termic. Dup tragere la rece se obine cuprul

dur (tare) cu o rezisten mecanic mare i o alungire la ntindere mic.

Din cuprul tare, supus recoacerii la temperatura de 450 ... 5000C, dup

rcire se obine un cupru moale, cu rezisten mecanic mic i alungire

mare la ntindere. Cuprul este foarte ductil i maleabil, se lipete i se

sudeaz cu uurin i are o rezisten satisfctoare la coroziune. Datorit

acestor proprieti, cuprul are aplicaii multiple n electronic; pentru

conductoare de bobinaj de diametre ncepnd de la cteva sutimi de

milimetru, benzi i table de diferite dimensiuni, bare, piese de contact,

lamele de colector la mainile electrice, redresoare cu coproxid, circuite

imprimate, etc. De asemenea, se utilizeaz n industria chimic (conducte

pentru lichide organice), la fabricarea schimbtoarelor de cldur

(serpentine, evaporatoare).

Cuprul pur are rezistena mic (Rm = 200...250 N/mm2), duritatea

de 40...50 HB, ns este elastic (A5 = 40%) i rezistent la oc, ceea ce

permite prelucrarea uoar prin deformare plastic la rece. n urma acestei

prelucrri, el se ecruiseaz, iar caracteristicile mecanice cresc la 400...500

N/mm2 rezistena i 100...120 HB duritatea, simultan cu scderea

accentuat a plasticitii, la doar 1...2%.

Proprietile cuprului pot fi mbuntite prin aliere cu alte

elemente, cum ar fi zincul, staniul, aluminiul, beriliu, siliciu, nichelul. Se

obin astfel materiale cu caracteristici mecanice mai bune, cu rezistena

mai mare la temperaturi ridicate, dar cu o conductivitate electric mai

mic dect a cuprului nealiat.

6.2.1. Alamele

Aliajele cuprului cu zincul se numesc alame i conin, de regul,

ntre 50 ...60% cupru. Zincul mrete rezistena i plasticitatea

aliajului. Prin urmare, alamele pot fi deformabile, turnate sau pentru lipit.

Alamele deformabile binare se noteaz cu simbolul CuZn, urmat de

un numr care arat coninutul de zinc n procente.

n funcie de coninutul de zinc, alamele se clasific n trei grupe

distincte dup cum urmeaz:

- alame moi (tombac), care conin 10...30% Zn, restul cupru;

- alame pentru presare, care conin 30...40% Zn, restul cupru;

- alame dure, cu 40...45% Zn, restul cupru.

Alamele moi sunt soluii solide de zinc n cupru. Ele au plasticitate

foarte bun i pot fi prelucrate la rece prin laminare, trefilare sau

ambutisare. Au o culoare mai rocat dect alamele obinuite i o

conductivitate electric mai bun.

Se folosesc la construcia tuburilor flexibile, a evilor pentru

serpentine, a cartuelor, a diferitelor piese electrotehnice, a bijuteriilor.

Alamele pentru presare sunt, de asemenea, plastice i se pot prelucra prin

deformare plastic la rece, sub forma de table i benzi laminate, bare

trase, srme trefilate. Alama cea mai reprezentativ pentru aceast grup

este cea cu 63% Cu + 37% Zn, simbolizat Am 63. Prin deformare la

rece, alamele se ecruiseaz i i mresc duritatea i rezistena, fiind

utilizabile la fabricarea unor piese prelucrate prin achiere ( de exemplu,

uruburi). n cazul n care este necesar ca semifabricatele respective s fie

prelucrate prin alte operaii de deformare la rece (matriare, tanare,

ndoire), ele trebuie s fie nmuiate printr-o recoacere de recristalizare, cu

nclzire la 500...6000 C. Alamele dure sunt fragile i rezistente, dar au

plasticitatea sczut. Se folosesc n special pentru obinerea unor piese

prelucrate prin achiere: uruburi, roi dinate etc.

Alamele turnate (STAS 199-84) sunt aliaje complexe n care,

alturi de zinc, se mai introduc i alte elemente de aliere ca plumbul,

staniul, aluminiul, fierul, nichelul, fosforul. n notarea lor intr simbolul

cuprului, al zincului i simbolurile celorlalte elemente de aliere, urmate

de cifre care indic procentele de elemente de aliere. De exemplu, alama

CuZn 38Pb2Mn2 simbolizeaz un aliaj al cuprului cu 38% zinc, 2%

plumb i 2% mangan. Aceste elemente modific proprietile i

comportarea alamelor. Astfel:

- plumbul uureaz prelucrarea prin achiere, dar nrutete

sudabilitatea aliajului;

- manganul mbuntete caracteristicile mecanice, mrete

rezistena la temperaturi nalte, precum i rezistena la coroziune;

- staniul mrete rezistena alamelor la coroziune, n special n apa

de mare;

- fierul mrete rezistena i tenacitatea alamei, dac este introdus

n proporii de pn la 1,5%, peste aceast valoare provocnd creterea

coroziunii aliajului;

- siliciul mrete rezistena la coroziune, iar n alamele turnate

favorizeaz meninerea suprafeelor curate;

- aluminiul mrete duritatea, rezistena la traciune i la coroziune;

- nichelul introdus n detrimentul coninutului de cupru,

mbuntete caracteristicile mecanice, rezistena la coroziune i la

temperaturi ridicate;

- fosforul mrete fluiditatea aliajului (deci i capacitatea de

turnate), dar scade mult conductivitatea electric.

Din aceste aliaje se toarn armturi, carcase, elemente de garnituri,

turnarea executndu-se n forme de nisip, cochilii sau sub presiune.

Alamele pentru lipit (STAS 204-84) se livreaz sub form de

granule sau vergele i servesc la lipirea tablelor i a evilor de cupru,

alame, bronzuri, oeluri i a pieselor din font.

6.2.2. Bronzurile

Bronzurile sunt aliaje ale cuprului cu diferite elemente, ca staniu

(bronz obinuit), aluminiu, beriliu, plumb, cadmiu, crom, argint, titan

(bronzuri speciale). Se caracterizeaz prin duritate mare, rezisten mare

la coroziune i proprieti elastice foarte bune.

Bronzul cu staniu are cea mai larg rspndire. Coninutul de

staniu este de pn la 14%. Acest aliaj are o mare elasticitate, rezisten

mare la uzura mecanic i coroziune, iar conductivitatea electric este

sensibil sczut. Prezint avantajul c n contact cu cuprul nu se

corodeaz electrochimic, ambele avnd aproximativ acelai potenial

electrochimic. Se simbolizeaz cu Bz sau cu CuSn, urmat de o cifr care

indic coninutul de staniu. De exemplu, Bz 10 semnific un bronz cu

10% staniu. Din punct de vedere al prelucrabilitii exist dou tipuri de

bronzuri: bronzuri laminabile i bronzuri turnate.

- Bronzurile laminabile (STAS 90-83) au coninuturi mici de

staniu, de 2...8% i au structura constituit din soluia solid. Datorit

acestui fapt, sunt plastice i se folosesc sub form de semifabricate sau de

produse deformate la cald sau la rece, ca table, arcuri, membrane,

conductoare electrice.

- Bronzurile turnate (STAS 197-80) sunt aliaje binare cupru-staniu,

ternare cupru-staniu-zinc sau mai complexe cupru-staniu-zinc-plumb. Se

noteaz cu simbolul cuprului i simbolurile elementelor de aliere, acestea

fiind urmate de cifre care arat coninuturile lor n procente. De exemplu,

CuSn10Zn2 este un bronz aliat cu 10% staniu i 2% zinc. Ele pot fi

bronzuri moi i bronzuri dure. Cele moi conin 3...6% staniu i se folosesc

la turnarea bucelor, a armturilor i a altor piese care lucreaz n medii

corozive obinuite. Cele dure conin 9...14% staniu i au rezistene mai

mari. Se folosesc la turnarea pieselor mecanice, ca armturi, roi, carcase

pentru pompe. O caracteristic important a acestor bronzuri este

rezistena mare la forfecare, conferit de compusul definit Cu3Sn, de

aceea ele se mai numesc i bronzuri antifriciune i se utilizeaz la

turnarea roilor melcate, a bucelor, a lagrelor i n general a pieselor

solicitate la frecare.

Bronzul cu aluminiu are coninutul de aluminiu pn la 10%.

Acest aliaj are rezistena de rupere la traciune dubl fa de cea a

bronzului obinuit i prezint i o rezisten mare la coroziune, ceea ce

face ca s fie folosit la realizarea pieselor turnate supuse uzurii mecanice

din industria chimic i electrotehnic(buce, lagre, rotoare de pompe,

tije de pistoane, coroane dinate, glisiere, conductoare pentru cureni de

intensitate mic.

Se folosesc i n stare laminat (bare, piese) ca piese rezistente la

coroziune i ca piese de antifriciune. Se simbolizeaz cu Bz Al urmat de

o cifr care indic procentul de aluminiu. De exemplu, BzAl9 semnific

un bronz aliat cu 9% aluminiu.

Bronzul cu aluminiu conine 2...2,5% beriliu i are caracteristici

mecanice mbuntite fr o scdere pronunat a conductivitii

electrice. Tratat termic, capt proprieti apropiate de cele ale oelurilor

de arcuri. n stare de echilibru, prin rcire lent, structura lui este

constituit dintr-o soluie solid i un compus definit CuBe. Se comport bine pn la temperaturi de 2500C i are o mare rezisten la

oboseal.

Prin nclzire la 8500C, compusul definit se dizolv, structura fiind

format doar din soluia solid . Aceast structur se menine printr-o rcire rapid (adic prin tratament termic de clire) i la temperatur

ambiant. Avnd n structur numai soluie solid , bronzul clit este moale i poate fi prelucrat prin deformare la rece sub form de table,

srme, benzi etc. O nclzire ulterioar la 200...3000C (care reprezint un

tratament termic de revenire) are drept rezultat precipitarea compusului

definit i creterea rezistenei. Aceasta ajunge la valori asemntoare

oelurilor, de 1200...1500 N/mm2, o duritate de 350 Hb i o alungire la

rupere de 2...6%. Se ntrebuineaz pentru realizarea arcurilor

conductoare de curent electric, contactelor de prize, portperiilor, cuitelor

de ntreruptoare, pieselor de ceasornicrie, a sculelor care nu produc

scntei n exploatare. Bronzul cu beriliu poate conine i nichel,

proprietile aliajului fiind mbuntite n special n ceea ce privete

rezistena la temperaturi ridicate, rezistena la uzur i prezint elasticitate

dubl fa de cea a bronzului cu beriliu.

Bronzul cu plumb conine ntre 10...30% plumb. Deoarece

plumbul nu se dizolv n cupru, el apare n structur sub form de

particule de plumb ntr-o mas de cupru. O astfel de structur este

corespunztoare pentru lagrele de alunecare, deoarece cuprul este mai

dur i rezistent la uzur, iar plumbul are rol de autolubrifiant. Se folosete

cu precdere la turnarea lagrelor pentru piese de motoare cu ardere

intern i a lagrelor de motoare grele.

Bronzul cu cadmiu, cu un coninut de 0,9% cadmiu, are rezistena

de rupere la traciune aproximativ de dou ori mai mare dect cea a

cuprului tare, fr s prezinte o scdere prea mare a conductivitii

electrice, ceea ce l face utilizabil la realizarea conductoarelor liniilor

electrice aeriene, a liniilor de troleibuz, a electrozilor pentru sudur, a

contactelor ntreruptoarelor.

Bronzul cu crom conine ntre 0,3...1,5% crom, iar conductivitatea

electric ajunge pn la 80% din cea a cuprului. i pstreaz proprietile

mecanice pn la temperatura de 4000 C. Se utilizeaz pentru

conductoarele liniilor electrice de nalt tensiune, iar la electrozii de

sudur, n tehnica nuclear.

Bronzul cu argint conine pn la 0,1% argint i are o duritate

mare, care se pstreaz pn la temperatura de 3000C. Acest aliaj se

utilizeaz pentru realizarea lamelelor de colector ale mainilor electrice

cu regimuri grele de funcionare (maini de traciune, maini destinate a

funciona n mediul tropical).

6.2.3. Aliajele cupru-nichel

Aliajele cupru-nichel se caracterizeaz printr-o bun rezisten la

rupere, elasticitate ridicat, o foarte bun alungire, rezisten la coroziune

i maleabilitate. Se ecruiseaz uor, dublndu-i limita de elasticitate.

Adugnd nichel n cupru, se produce scderea nsemnat a

conductivitii electrice, astfel nct aliajele cupru-nichel devin rezistive,

fiind utilizate la fabricarea rezistenelor electrice pentru reostate, utilizare

justificat i de faptul c aliajele respective sunt plastice i se deformeaz

uor. Cele care conin 50% nichel prezint duritatea maxim i

conductibilitate electric i alungire minime. Posed un foarte bun luciu

metalic, pn la 15% avnd culoare roz, ce devine apoi alb. Utilizate

curent n tehnic sunt:

- aliajele cu 20% nichel, foarte plastice, rezistente la coroziune i la

temperaturi nalte;

- aliaje cu 25% nichel, aliajele pentru monede, de culoare alb;

- aliaje cu 30% nichel, denumite nichelin, cu rezistivitate electric mare la temperatura ambiant, utilizate la reostatele de pornire i de

reglare;

- aliaje cu 40% nichel, numite constantan, cu rezistivitate electric

practic constant la temperatura ambiant, utilizate la fabricarea

termocuplurilor fier-constantan pentru msurarea temperaturilor pn la

5000C (n cuplu cu fierul au tensiunile electromotoare termice foarte

mari).

Pentru rezistene electrice de precizie se folosete manganinul, care

se obine din aliaje cupru-nichel prin nlocuirea cu mangan a unei pri

destul de mari de nichel. Manganinul obinuit are 80...85% cupru,

8...14% mangan, 2...5% nichel.

Aliajele cupru-nichel-zinc, numite i alpaca, se folosesc sub

form de bare, srme, evi n industria chimic, alimentar i

electrotehnic. Ele conin 10..20% nichel i 20...30% zinc restul Cu.

Se noteaz cu simbolul cuprului i al elementelor de aliere, urmate

de un numr care arat coninutul elementului respectiv, n procente. De

exemplu, CuNi15Zn21 semnific un aliaj cu 15% nichel, 21% zinc, restul

fiind cupru. Aceste aliaje sunt moi i uor deformabile, dar devin casante

cnd sunt nclzite la temperaturi de 200...3000C.

6.3. Aluminiul i aliajele sale Aluminiul este cel mai rspndit metal din scoara pmntului i se

gsete sub form de minereuri.

Cele mai importante minereuri de aluminiu sunt bauxita i criolita,

care se gsesc n Frana, Rusia, Grecia, India, SUA, iar n ara noastr n

Munii Bihorului. Extragerea aluminiului pur din bauxit se realizeaz n

dou etape. Prima const n extragerea aluminei (Al2O3), la Combinatul

de alumin din Oradea, iar cea de a doua etap const n extragerea

aluminiului pur prin rafinare electrolitic, la Combinatul de aluminiu din

Slatina. Puritatea aluminiului rezultat variaz ntre 98...99,90%.

Caracteristicile aluminiului sunt: densitate de 2700 kg/m3, temperatura de

topire de 6580C, conduce foarte bine cldura i electricitatea, este foarte

moale (20...25 HB) i plastic (A=40%). Rezistena la coroziune n

atmosfer este satisfctoare, datorit autoacoperirii cu o pelicul subire,

dens i aderent de oxid de aluminiu, fenomen cunoscut sub denumirea

de pasivizare. Pelicula respectiv l protejeaz mpotriva oxidrii

ulterioare. Datorit acestei proprieti, precum i plasticitii sale, se

folosete n industria chimic i alimentar. n atmosfera umed, datorit

potenialului su de electrod foarte negativ (-1,66 V), aluminiul este

distrus n contact cu metalele tehnice obinuite.

Nu rezist la vibraii mecanice i are rezisten mic la oboseal.

Rezistena mecanic este redus (100 N/mm2) i rmne insuficient

pentru condiiile de eforturi, chiar i n urma trefilrii, motiv care a dus la

fabricarea conductoarelor de aluminiu cu inim de oel sau din aliaje pe

baz de aluminiu tratate termic (pentru liniile de transport energetic).

Srmele din oel zincat, care formeaz inima sau miezul conductorului,

suport sarcina mecanic principal, iar conductoarele de aluminiu,

nfurate n jurul miezului, au rolul principal de a conduce curentul

electric, avnd rezistivitatea mult mai mic dect a oelului.

Conductoarele de oel-aluminiu au greutatea relativ mare,

flexibilitate redus, coeficieni diferii de dilatare termic a elementelor

componente i pot suporta suprasarcinile provocate de ghea, zpad,

vnt.

6.3.1. Aliajele aluminiului

Rezistena aluminiului poate fi mrit i prin alierea cu diferite

elemente, cum ar fi siliciul, cuprul, magneziul, nichelul, beriliul,

realizndu-se astfel aliaje pe baz de aluminiu. Acestea au o rezisten

mecanic ridicat i o conductivitate electric suficient de mare. Aliajele

de aluminiu pot fi aliaje deformabile prin presare i aliaje de turntorie.

Aliajele de aluminiu deformabile prin presare (STAS 7608-80) se

clasific, la rndul lor, n aliaje anticorozive i aliaje durificabile prin

tratamente termice. n aliajele anticorozive, aluminiul este aliat cu mici

cantiti de magneziu sau de mangan. Un astfel de aliaj este

anticorodalul, care se utilizeaz la fabricarea pieselor crora li se cere

rezisten la coroziune n medii chimice, fr s li se cear o rezisten

mecanic prea mare. n aliajele durificabile prin tratamente termice,

aluminiul este aliat cu elemente care au proprietatea de a forma compui

definii, fie cu aluminiul, fie ntre ele. Compuii definii fiind duri,

confer aliajului duritate mai mare i deci, o rezisten mecanic mai

mare. Pentru a se obine o asociaie optim ntre rezisten - plasticitate -

tenacitate, aliajele se supun unui tratament termic de durificare, ce const

din dou tratamente succesive de clire i revenire (mbtrnire). Aliajele

durificabile cu cele mai importante aplicaii n construciile de maini

sunt aa numitele duraluminiuri. Ele conin cupru 4%, magneziu 0,5%,

mangan 0,5% i siliciu (uneori i alte elemente) i se supun tratamentului

termic n urma cruia ajung la rezistene apropiate de cele ale oelurilor

nealiate. Se folosesc mult n industria aviaiei, sub form de

semifabricate (table, bare) din care se execut diferite piese.

Aliajele de aluminiu turnate (STAS 201-80) pot fi aliaje

ameliorate prin modificare i aliaje durificate prin tratamente termice.

n prima subgrup sunt cuprinse aliajele aluminiului cu siliciul, numite

siluminiuri. Cel mai cunoscut este siluminiul cu 12% siliciu, care are o

structur eutectic. Prin turnare normal, siluminiul este fragil din cauza

cristalelor grosolane de siliciu din amestecul eutectic. Pentru a deveni

plastic, siluminiului lichid i se adaug, nainte de turnarea n piese, circa

0,1% sodiu metalic. Prin aceasta, structura aliajului turnat se modific,

ntruct amestecul eutectic conine cristale rotunjite i fine de siliciu, ceea

ce determin creterea rezistenei i, mai ales, a plasticitii sale.

Aliajele de turntorie durificabile prin tratamente termice conin, ca

i cele deformabile, elemente care dau compui definii ce se pot dizolva

prin clire i precipita prin mbtrnire.

Cele mai importante aliaje pentru pistoanele de la motoarele cu

ardere intern rapid (pentru autovehicule i avioane). Simbolizarea

aliajelor de turntorie se face prin AT, urmat de simbolurile elementelor

de aliere care indic procentul n care se gsesc aceste elemente. De

exemplu, AT Si 5 Cu 3 semnific un aliaj de aluminiu de turntorie, cu

5% siliciu i 3% cupru.

6.4. Magneziul i aliajele sale Magneziul este un metal foarte uor ( =1740 kg/m3) , de culoare

alb, strlucitoare. Nu se gsete liber n natur, ci n combinaie. Se

topete sub 6500C, ns nclzit n aer se autoaprinde cu flacr

luminoas. Acest defect poate fi corectat cu adaosuri mici de beriliu.

Are conductivitate termic i electric de cteva ori mai mic dect

a metalelor conductibile (aur, argint, cupru). Este moale, ns are o

plasticitate mai redus dect alte metale. Nu se folosete singur, din cauza

posibilitii de autoaprindere. Agent de reducere n industria metalurgic,

metal de protecie contra coroziunii, dezoxidant n industria chimic i n

construcia de maini sunt cteva din domeniile n care se utilizeaz.

6.4.1. Aliajele magneziului

Prin aliere cu aluminiu, zinc, mangan se obin aliaje ultrauoare cu

baz de magneziu. Acestea se clasific n aliaje deformabile i aliaje

turnate.

Aliajele de magneziu deformabile conin aluminiu sau mangan i se

folosesc sub form de table, bare. Se deformeaz greu la temperatura

ambiant. Pentru a le deforma se nclzesc la 300...4000C. Nu se durific

prin tratament termic. Se utilizeaz pe scar redus.

Aliajele de magneziu turnate sunt mai rspndite. Conin n

general, 5...9% aluminiu, 1...3% zinc i 0,15 ...0,50% mangan. Aceste

elemente pot forma compuii definii solubili i reprecipitabili prin clire

i mbtrnire. Se trateaz termic, obinndu-se caracteristici mecanice

bune (rezisten de 220 N/mm2, alungire la rupere de 5%).

Aliajele de magneziu turnate se utilizeaz n industria aviaiei i la

fabricarea aparatelor uoare, portabile (maini de calculat, maini de

scris), precum i pentru pistoane, cartere, rezervoare, piese suport n

electrotehnic. Pentru a le mri rezistena la coroziune, aliajele pe baz de

magneziu se supun unei oxidri n soluii acide, care le acoper cu o

pelicul galben protectoare.

6.5. Zincul i aliajele sale Zincul are culoarea albstruie, o densitate medie (7100 kg/m3) i

puncte de topire i de vaporizare relativ sczute (419, respectiv 9070C).

Nu se gsete n stare nativ, ci sub form de blend, oxid, carbonat sau

smithsonit. Se prepar prin prjirea minereului i reducerea lui cu carbon

ntr-un cuptor de distilare, la peste 9070C. De obicei se gsete n

combinaie cu cadmiul. La 0K devine supraconductor. Ca i magneziul,

are conductivitatea termic i electric, precum i plasticitatea mai reduse

dect alte metale.

Nu poate fi deformat dect prin nclzire la 150...2000C. Este

rezistent la coroziunea atmosferic, deoarece se acoper cu o pelicul

protectoare de oxid de zinc. Zincul pur se utilizeaz sub form de table i

benzi pentru elemente galvanice n industria electrotehnic i pentru

cliee n industria tipografic. n stare topit se folosete pentru zincarea

la cald a produselor din oel (table, srme), crora le confer rezistena la

coroziune atmosferic. O mare cantitate de zinc se consum pentru

fabricarea aliajelor pe baz de zinc, a alamelor i a oxidului de zinc.

6.5.1. Aliajele zincului

Aliajele zincului cu aluminiul se fabric n dou clase: cu 4%

aluminiu i cu peste 20% aluminiu, pentru tratarea n condiii i sub

presiune. Aluminiul pn la 4% conduce la creterea rezistenei la

traciune, de la 120 la 300 N/mm2, a rezilienei de la 50 la 400 J/cm2 i a

gtuirii de la 5 la 80%. Acestor aliaje li se adaug magneziu pentru

creterea rezistenei la coroziune. Din aliajele cu peste 20% aluminiu se

fabric, de exemplu, ventilele pentru pompele auto.

Aliajele zincului cu aluminiu i cupru, numite i zamakuri, sunt

folosite la turnarea sub presiune a armturilor i a pieselor mici pentru

jucrii, obiecte casnice, maini de scris, carcase de ceasornicrie, instalaii

sanitare, corpuri de carburatoare, cuzinei.

6.6. Aliajele de plumb i staniu Plumbul este un metal de culoare cenuie, cu densitate mare

(11300 kg/m3). Se extrage dintr-un minereu numit galen sau sulfur de

plumb. Cantiti mari din acest minereu se gsesc n Rusia, Polonia,

SUA, Mexic, canada i n Romnia. La temperatura de 7 K este un

material supraconductor. Se topete la 3270C i are conductivitate

electric i termic foarte mic n comparaie cu alte metale. Este foarte

moale i ductil, dar prin deformare nu se ecruiseaz. Aliat cu stibiul,

plumbul devine mai dur, aa - numitul plumb tare.

Este foarte rezistent la aciunea a numeroi ageni chimici (ap

potabil, acizi diluai, clor, amoniac etc.), dar nu rezist la vibraii dect

aliat cu cadmiu, stibiul, cuprul sau staniul, ns n aceast form devine

mai puin rezistent la coroziune. n aer uscat metalul se acoper cu un

strat bazic de carbonat de plumb. Ofer cea mai bun protecie mpotriva

razelor Rentgen i a razelor gama. Se utilizeaz sub form de evi, plci,

table n industria chimic, la fabricarea acumulatoarelor, la realizarea

unor aliaje de lipit, pentru mantale de protecie contra ptrunderii

umezelii la cablurile electrice, pentru ecrane de protecie contra razelor

gama i X, la fabricarea celulelor fotoelectrice.

Staniul sau cositorul este un metal alb-argintiu, cu densitate medie

(7300kg/m3) i punct de topire sczut (2320C). Se gsete sub form de

minereu, cel mai rspndit fiind casiterita, care se gsete n Rusia,

Malaia, Bolivia. Este metalul cel mai uor fuzibil.

Este flexibil, ductil, maleabil i foarte moale, astfel nct prin

ciocnire se transform n foie foarte subiri. Este rezistent la coroziune

atmosferic i la aciunea chimic a alimentelor, ceea ce l face utilizabil

n industria alimentar i n cea chimic. Se folosete la ambalarea

alimentelor, pentru acoperirea anticoroziv a oelului (cositorie), la lipirea

contactelor electrice etc. n aer se oxideaz lent i numai la suprafa,

formnd o pelicul foarte subire, dens i rezisten, care protejeaz

metalul de oxidri ulterioare.

6.6.1. Aliajele pe baz de plumb i staniu

Plumbul i staniu se folosesc mpreun la fabricarea aliajelor.

Acestea se pot clasifica, dup destinaie, n urmtoarele cinci grupe

principale: aliaje antifriciune, aliaje de lipit, aliaje uor fuzibile, aliaje pentru nveliuri de cabluri i aliaje tipografice.

Aliajele antifriciune se folosesc pentru turnarea cuzineilor pe lagre de oel. Ele trebuie s satisfac o serie de cerine i anume s fie

suficient de dure pentru a nu se uza, dar i plastice, pentru a se mula pe

arborele ce se rotete. n acest scop, structura lor este format din compuii

definii, duri, ncorporai ntr-o mas moale, format din eutectic.

Matricea moale asigur acomodarea la fus n urma uzurii, iar cristalele

dure, care prin vrfurile lor ascuite susin axul, vor asigura un coeficient

redus de frecare, n acelai timp asigurnd i un spaiu ntre fus i matrice

n care se menine lubrifiantul. O astfel de structur se obine la aliajele

formate din staniu-stibiu-cupru sau din staniu-plumb-stibiu.

Aceste aliaje, numite compoziii pentru lagre sau babitturi, sunt

notate prin litera Y, urmat de simbolul elementului principal din aliaj i

o cifr, care reprezint coninutul acestui element. De exemplu, Y Sn 83

este un aliaj care conine 83% staniu, 11% stibiu i 6% cupru. Pentru

litere, n tipografii, se utilizeaz aliajele hipereutectice cu 16...18% stibiu,

la care matricea moale o formeaz eutecticul, iar particulele dure

cristalele de stibiu. Cuzineii pentru materialul rulant se fabric din aliaje

antifriciune pe baz de plumb, cu adausuri mici de metale alcaline

(cupru, sodiu, magneziu, aluminiu).

Aliajele de lipit ale cror componente de baz sunt staniul i

plumbul constituie prototipurile aliajelor destinate lipiturilor moi. Ele au

puncte de topire mai coborte dect ale materialelor componente,

coeficieni de dilatare apropiai de cei ai acestor metale i rezisten

electric de contact mic.

Aliajele cu mult staniu, 90...95% staniu, restul plumb, se folosesc

la lipituri n industria alimentar i sanitar, iar cele cu circa 50...60%

staniu n electrotehnic, la lipiturile cu interstiii mici, n care pot

ptrunde cu uurin. Mrcile sunt simbolizate cu litera B, urmat de

elementul principal de aliere i cantitatea lui n procente, apoi simbolul

celui de-al doilea element i la urm, temperaturile de nceput i sfrit de

topire. De exemplu, B Sn 62 Pb 183-185 semnific aliajul format din

62...64% staniu, 0,2...0,5% stibiu, iar restul plumb, temperatura de

nceput de topire fiind de 1830C, iar cea de sfrit de topire fiind de

1850C.

Aliajele uor fuzibile sunt constituite din metale cu puncte de topire sczute (plumb, staniu, bismut, cadmiu) i formeaz eutectice cu puncte

de topire i mai sczute.

Astfel, aliajul eutectic format din 38% plumb i 62% staniu se

topete la 1830C, cel format din 57% bismut i 43% staniu la 1390C, iar

cel format din 56% bismut i 44% plumb la 1250C. Acest fapt permite

utilizarea lor la lipiturile fine n industria electrotehnic, la sigurane uor

fuzibile, la mulaje.

Aliajele tipografice trebuie s aib temperaturi de topire relativ

sczute, fluiditate foarte bun i rezisten bun la uzare. n acest scop se

folosesc aliajele binare de plumb-stibiu sau aliaje ternare plumb-stibiu-

staniu (sau arsen). Aliajele tipografice prezint o anumit nocivitate

(plumbul provoac boala numit saturnism), deci trebuie manipulat cu

grij, respectndu-se regulile de protecie a muncii.

6.7. Aliajele pe baz de nichel i crom Nichelul este un metal de culoare alb-cenuie, cu densitate foarte

apropiat de a cuprului (8900 kg/m3) i cu punctul de topire apropiat de

cel al fierului (14550C). Sub form de minereuri se gsete n Munii Ural

i n Canada. Este maleabil, tenace i ductil, ceea ce face s fie uor

deformat plastic la rece. Este rezistent la coroziunea atmosferic i la

aciunea numeroaselor substane organice i anorganice, cu excepia celor

care conin sulf. Se utilizeaz pentru nichelarea pe cale galvanic i la

elaborarea a numeroase aliaje speciale. Nichelul cu coninut mic de

mangan (nichel manganos) se utilizeaz la fabricarea bujiilor pentru

motoarele cu ardere intern, iar cel cu puin siliciu (nichel silicos),la

fabricarea tuburilor electronice. Nichelul aliat cu 2% mangan, 2%

aluminiu i 1,5% siliciu reprezint aliajul alumel, folosit n pirometrie ca

srm de compensare sau ca electrod electronegativ n termocuplul

cromel-alumel. Cromul este alb-strlucitor, are densitate medie (7200

kg/m3) i se topete la 19200C. Este dur, casant i mai puin plastic dect

alte metale. Nu se oxideaz n aer sau la umezeal. Cromul pur, n cazul

n care conine 1,5 ...3% carbon, se poate pili sau lefui.

Nu se poate prelucra dect cu diamant, avnd duritatea foarte mare.

Se prepar prin reducerea oxidului cu crom cu siliciu, hidrogen sau ali

ageni reductori. Zcminte mari sunt n SUA, India, Canada, Noua

Caledonie. Cromul obinut pe cale aluminotermic este lipsit de carbon,

n timp ce cel obinut prin celelalte metode conine ntotdeauna carbon n

cantiti apreciabile. Este foarte rezistent la agenii chimici, ceea ce face

ca s fie utilizat pentru protejarea altor metale prin cromare superficial,

obinndu-se totodat i un aspect plcut al suprafeei pieselor. Cea mai

important utilizare a cromului este n metalurgie, la elaborarea oelurilor

speciale. Se mai folosete n industria chimic, n vopsitorii, la acoperiri

anticorozive (decorative) i la fabricarea a numeroaselor aliaje.

6.7.1. Aliaje pe baz de nichel - crom Aliajele cu baz de nichel au cea mai larg utilizare n industria

electrotehnic. Ele se pot clasifica n dou mari grupe: aliaje pentru

rezistene de nclzire electric i aliaje cu permeabilitatea magnetic mare.

Aliajele pentru rezistene electrice trebuie s aib rezistivitate electric mare, rezisten mare la oxidare la cald i s fie uor prelucrabile

prin deformare plastic, pentru a se putea realiza srme i benzi. La aceste

cerine rspund o serie de aliaje cu baz de nichel i crom. Astfel,

cromelul este format din 90...92% nichel i restul crom i rezist la

temperaturi de lucru de aproximativ 9000C. Nicromul conine 60-80%

nichel, restul crom i rezist la temperaturi de lucru de 1000...11500C.

Prezena manganului n aliaj, n proporie de 1...2% favorizeaz forjarea

i laminarea, iar n proporii mai mari, pn la 8%, sporete mult

rezistivitatea electric. Nicromurile care funcioneaz la temperaturi

nalte conin i 5...8 molibden, ceea ce le mrete stabilitatea termic i

rezistena la temperaturi ridicate. Au o mare rezisten la oxidare. Cel

mai rezistent la cald este aliajul kantal, ce conine 70% nichel, 22% crom

restul fiind elemente (aluminiul, cobalt, carbon). Temperatura de lucru

ajunge la 13000C.

Aliajele de nichel i fier sunt aliaje cu permeabilitate magnetic mare. Astfel, aliajul permalloy, cu 80% nichel i restul fier, are o

permeabilitate magnetic iniial pn la 12000 Gs/Oe. Printr-un

tratament termic special, permeabilitatea magnetic crete, ajungnd la

maximum 90000 Gs/Oe. Printr-un adaos de 2% molibden se obine aliajul

supermalloy. Acesta se folosete pentru cmpuri magnetice slabe, n

telefonie i n tehnica curenilor slabi. Un loc aparte ntre aliajele pe baz

de nichel l ocup aliajele cu dilatare mic. Dintre acestea fac parte invarul, care conine 35...37% nichel, sub 0,5% carbon i restul fier i

care nu se dilat pn la 1000C i elinvarul, care conine, n plus 8...12%

crom i care nu-i pierde elasticitatea pn la 1000C, fiind utilizat la

executarea arcurilor n aparatele de precizie.

6.8. Aliaje pe baz de titan Titanul este un metal cu temperatura de topire de 16650C,

prezentnd o combinare de proprieti de o deosebit importan i

anume, are o rezisten mecanic bun la rece i la cald pentru

temperaturi pn la circa 5000C, este plastic i prezint o bun stabilitate

la coroziune ntr-o gam variat de medii.

Avnd o greutate specific mic n comparaie cu oelul

(4500kg/m3), titanul se situeaz la limita ntre metalele uoare i cele

grele. Prezint dou stri alotropice: , hexagonal, stabil pn la 8820C i , cubic cu volum centrat, peste 8820C. Elementele de aliere modific poziia punctului critic, urcndu-l sau coborndu-l.

Aliajele titanului se pot mpri n trei grupe. n prima grup sunt

cuprinse aliajele formate cu elemente de aliere care au o mare

solubilitate n faza dect n faza . Cu creterea coninutului acestor elemente de aliere, transformarea n se face la temperaturi mai nalte, stabiliznd astfel faza . Din aceast grup fac parte aliajele titanu-aluminiu, titan-siliciu, titan-carbon, titan-azot, titan-oxigen. n

grupa a doua se situeaz aliajele formate cu elemente care au o mare

solubilitate n faza , elemente care cristalizeaz n sistemul cubic cu volum centrat, dnd soluii solide nelimitate, ca de exemplu, titan-

molibden, titan-vanadiu. n grupa a treia se situeaz aliajele formate cu

elemente mai ndeprtate, unde soluia solid se descompune la temperaturi sczute, sub forma unui eutectoid. Astfel de aliaje sunt titan-mangan, titan-fier, titan-crom, titan-cupru etc. Aliajele de titan sunt, cu

predilecie, prelucrate prin deformare plastic. Domeniile de utilizare

sunt: construcia aeronavelor, maini de transport, aparate chimice etc.

TESTE I NTREBRI PENTRU VERIFICAREA

CUNOTIINELOR

Capitolul 6 - Metale i aliaje neferoase.

1) Precizai care dintre urmtoarele variantele de caracteristici mecanice sunt proprii cuprului pur:

a) Rm = 50100 daN/mm2, 1020HB, A5 = 20%; b) Rm = 100200 daN/mm2, 2530HB, A5 = 30%; c) Rm = 200250 daN/mm2, 4050HB, A5 = 40%;

2) Proprietile mecanice ale cuprului pot fi mbuntite prin aliere cu elemente chimice ca:

a) Co, V, W, Zr, Cr i Ti; b) Mn, Mg, Pb, Mo, N i C; c) Zn, Sn, Al, Be, Si i Ni.

3) Aliajele cuprului cu zincul se numesc:

a) bronzuri; b) cositor; c) alame.

4) Aliajele cuprului cu zincul conin de regul:

a) 3040% Cu; b) 4050% Cu; c) 5060% Cu.

5) Simbolizarea CuZn55 reprezint:

a) aliaj al cuprului turnat n form metalic (cochil) cu 55% Zn; b) aliaj al cuprului turnat n form metalic (cochil) cu 55% C; c) aliaj al cprului cu 55% Zn i max.1% Si.

6) Simbolizarea ATCSi7Mg reprezint:

a) aliaj turnat n form metalic (cochil) cu 7% Si; b) aliaj cu 7% Si restul Cu; c) aliaj cu 7% Mg restul Si i Cu.

7) Simbolizarea Am63 reprezint:

a) alam cu 63% C; b) alam cu 63% Cu i 37% Zn; c) alam cu 0,63% C.

8) Simbolizarea CuZn38Pb2Mn2 reprezint:

a) aliaj al cuprului cu 38% Cu, 2% Mn, 2% C; b) alam cu 0,38% C, 2% Pb, 2% Cu; c) aliaj al cuprului cu 38% Zn 2% Pb, 2% Mn.

9) Bronzurile sunt aliaje ale cuprului cu:

a) Co, V, W, Zr i Si; b) Mn, Mg, Mo, N i C; c) Sn, Al, Be, Pb, Cd, Cr, Ag i Ti.

10) Bronzul cu staniu conine:

a) max.14% Sn; b) max.18% Sn; c) 1520% Sn; d) 2030% Sn.

11) Simbolizarea Bz10 reprezint:

a) bronz cu 10% Cu; b) bronz cu 10% Sn; c) bronz cu 0,1% C.

12) Simbolizarea CuSn10Zn2 reprezint:

a) bronz aliat cu 10% Cu i 0,2% Zn; b) bronz aliat cu 10% C i 2% Cu; c) bronz aliat cu 10% Sn i 2% Zn.

13) Bronzul cu aluminiu conine:

a) min.10% Al i 22,5% Be; b) max.10% Al i 22,5% Be; c) 1020% Al i 2,55 Be; d) 2030% Al i 2,55% Be.

14) Simbolizarea BzAl9 reprezint:

a) bronz aliat cu 9% Al; b) bronz aliat cu 9% C, c) bronz aliat cu 9% Cu.

15) Aliaje ca nichelina, constantan, manganin sunt aliaje pe baz de:

a) Cu-Al; b) Cu-Sn; c) Cu-Sb; d) Cu-Ni.

16) Precizai care dintre urmtoarele variantele de caracteristici

mecanice sunt proprii aluminiului:

a) =700 kg/m3, Ttop=558C, HB =1520; A=30%; b) =2700 kg/m3, Ttop=658C, HB =2025; A=40%; c) =1700 kg/m3, Ttop=758C, HB =2530; A=50%.

17) Alpaca este un aliaj:

a) Cu-Ni-Zn; b) Cu-Sn-Al; c) Cu-Sb-Mn.

18) Simbolizarea CuNi15Zn21 reprezint un aliaj Cu-Ni-Zb care

conine: a) 15% Zn, 21% C, restul Cu i Ni; b) 15% C, 21% Zn, restul Cu; c) 15% Ni, 21% Zn, restul Cu.

19) Aluminiul se paote alia foarte bine cu:

a) Si, Cu, Mg, Mn, Ni i Be; b) V, W, Cr, Ti i Zr; c) Mo, Pb, Mg, C i N.

20) Anticorodalul este un aliaj de aluminiu care conine:

a) Si i Ni; b) Cu i Be; c) Mg i Mn.

21) Duraluminiul este un aliaj de aluminiu durificabil prin tratament

termic care conine: a) 0,5% Cu, 4% Mg, 4% Mn, Be; b) 4% Cu, 0,5% Mg, 0,5% Mn, Si; c) 0,5% Si, 4% Mg, 0,5% Ni, Cu.

22) Siluminiul este un aliaj de aluminiu turnat care conine:

a) 18% Si; b) 30% Si; c) 12% Si.

23) Simbolizarea ATSi5Cu3 reprezint:

a) aliaj de aluminiu cu 5% Cu i 3% C; b) aliaj de aluminiu de turntorie cu 5% Si i 3% Cu; c) aliaj de aluminiu cu 3% C, 5% Si i Cu.

24) Zamak este un aliaj care conine:

a) Zn, Al i Cu; b) Si, Al i Sn; c) Ni, Al i Mn.

25) Simbolizarea YSn83 reprezint un:

a) aliaj antifriciune cu 83% Sn, 11% Sb i 6% Cu; b) aliaj pentru lipit; c) babitt.

26) Simbolizarea BSn62Pb183-185 reprezint:

a) aliaj pentru lipit cu 6264% Sn; 0,20,5% St i restul Pb, temperatura de nceput de topire fiind 183C, iar cea de sfrit 185C;

b) aliaj antifriciune cu 6264% Sn; 0,20,5% St i restul Pb, temperatura de nceput de topire fiind 183C, iar cea de sfrit 185C;

c) aliaj uor fuzibil. 27) Aliajele cromel, nicrom i kantal reprezint:

a) aliaje Ni-Cr pentru rezistene electrice; b) aliaje Ni-Cr cu permeabilitate magnetic mare; c) aliaje pe baz de titan.

28) Aliajele permalloy i supermalloy reprezint: a) aliaje pentru lipit; b) aliaje Ni-Cr cu permeabilitate magnetic mare; c) aliaje antifriciune.

29) Aliajele invar i elinvar reprezint:

a) aliaje greu fuzibile; b) aliaje pentru lipit; c) aliaje cu dilatare mic; d) aliaje antifriciune.