MODULUL 1

OBIECTIVE Obiectivele capitolului constau n prezentarea general a materialelor feroase. Sunt prezentate apoi fontele, cu precizarea proprietilor principale, a clasificrii lor i a domeniilor de utilizare.

1. MATERIALE FEROASE
Aliajele fierului sunt cele mai ntrebuinate materiale metalice, att n industrie, n general, ct i n construcia de maini, n special. Aceasta se datoreaz, ntre altele, i preului de cost relativ sczut (n tabelul 1.1 sunt date cheltuielile energetice pentru cteva materiale). Tabelul 1.1 Cheltuieli energetice pentru unele materiale metalice
Material
Oel Aluminiu Cupru

Cheltuieli de energie n petrol [T/h]

1,0 1,2 5,6

Cheltuieli energetice [Kcal/cm3]

82 112 158

Proprietile mecanice ale materialelor feroase pot fi modificate n limite largi, n mai mare msur dect n cazul altor materiale. De asemenea, materialele feroase pot fi prelucrate aproape prin toate metodele tehnologice cunoscute i, n mare msur, pot fi refolosite.

In funcie de coninutul de carbon se deosebesc dou categorii mari de materiale feroase: aliaje de Fe cu pn la 1,52,11 % carbon - oelurile i pn la 4,56,67 % carbon fontele. 1.1. Fonte Fontele sunt aliaje fier - carbon al cror coninut de carbon, depind 1,7 %, este frecvent cuprins ntre 2,23,8 % i care mai conin elemente nsoitoare (Si, Mn, P, S) i elemente de aliere. Aceste aliaje au, n general, foarte slabe proprieti plastice (forjabilitatea) i sudabilitate redus, rezistena mecanic mai mic dect a oelurilor, dar turnabilitate bun (temperatur de topire mai sczut, fluiditate mare, interval de solidificare i implicit tendin de segregare reduse, contracie mic la solidificare - pn la max.2 %), precum i capacitate de amortizare a vibraiilor. Clasificarea fontelor se poate face dup sistemul de cristalizare, n modul urmtor: fonte albe; fonte cenuii (de turntorie). Clasificarea fontelor de turntorie se poate face dup cum urmeaz: - dup coninutul n carbon echivalent CE, care se determin cu relaia: CE = Ctot +1/3 (Si + P) + 0,4 S fonte hipoeutectice: CE < 4,26 %; fonte eutectice: CE = 4,26 %; fonte hipereutectice: CE > 4,26 %. - dup forma grafitului: fonte cu grafit lamelar; fonte cu grafit nodular (fonte modificate); fonte cu grafit n cuiburi (fonte maleabile). (1.1)

- dup modul de aliere: fonte nealiate (conin Fe i C, dar i Si, Mn, P, S, n cantiti mici); fonte aliate (conin i Cr, Ni, Cu, Al, Mo etc.): - slab aliate (suma elementelor de aliere sub 4 %); - mediu aliate (suma elementelor de aliere 410 %); - bogat aliate (suma elementelor de aliere peste 10 %). a) Fonte albe Datorit duritii foarte ridicate a cementitei (750 HB) i ledeburitei (700 HB), fontele albe sunt aliaje foarte dure, dar i foarte fragile. Ca urmare a acestor proprieti, precum i a dificultilor de prelucrare care rezult, fontele albe au o utilizare limitat n industrie. Un domeniu de utilizare a fontei albe n industrie l prezint piesele turnate, supuse ulterior operaiei de maleabilizare, prin care se obin n final piese din font maleabil. Un alt exemplu de utilizare l constituie folosirea fontelor albe perlitice pentru executarea corpurilor de mcinare din morile de ciment. O utilizare ceva mai larg o au aa numitele fonte cu crust dur. n aceste fonte, datorit vitezelor de rcire diferite n miez i la suprafa, se obin structuri diferite. n miez se obine structur de font cenuie, iar la suprafa se obine un strat de 1230 mm cu structur de font alb. Din font cu crust dur se toarn piese care lucreaz n condiii de frecare foarte intens cum sunt: cilindrii de laminor pentru siderurgie, calandrii pentru industria chimic i a hrtiei, tvlugii pentru mori, rolele pentru industria siderurgic, roile de vagoane, axele cu came pentru motoare cu ardere intern etc. b) Fonte cenuii cu grafit lamelar Aceste fonte conin ntre 2,8 % i 3,6 % C, precum i Si, Mn, P, S. Prezena unor coninuturi mai mici de Ctotal confer fontelor cenuii proprieti mecanice mai bune (figura 1.1). Dintre elementele nsoitoare, prezena unor cantiti mai mari de Si micoreaz proprietile mecanice ale acestor aliaje (figura 1.2):

Fig. 1.1. Influena coninutului de carbon asupra proprietilor mecanice

Fig. 1.2. Influena coninutului de siliciu asupra proprietilor mecanice

Fontele cenuii au cea mai bun capacitate de amortizare a vibraiilor. Simbolizarea fontelor cenuii se face cu grupul de litere Fc (font cenuie) urmat de un grup de cifre care indic rezistena minim la rupere prin traciune Rm (N/mm2). c) Fonte modificate Fontele de calitate superioar sunt obinute prin modificare - introducerea unei cantiti mici de substane (modificatori), care formnd particule insolubile n topitur, servesc ca centre de cristalizare, conducnd la formarea unui grafit fin, uniform dispersat.

Fontele cu grafit nodular au proprieti superioare tuturor fontelor, fiind similare cu cele ale oelurilor. Modulul de elasticitate este ridicat (16.500 - 18.500 daN/mm2), achiabilitatea este foarte bun, recomandndu-se pentru piese care reclam rezisten (ndeosebi la solicitri dinamice) i plasticitate mai ridicate dect cele ale fontelor cu grafit lamelar. Simbolizarea fontelor cu grafit nodular se face cu grupul de litere Fgn (font cu grafit nodular) urmat de un grup de cifre care indic rezistena minim la rupere prin traciune Rm (N/mm2). d) Fonte maleabile Acestea sunt fonte superioare, obinute prin grafitizarea celor albe turnate n piese, printrun tratament termic caracteristic recoacere de maleabilizare. Forma mai convenabil a grafitului (grafit n cuiburi), obinut n fontele maleabile, face ca acestea s posede caracteristici mecanice superioare fontelor cenuii. Simbolizarea fontelor maleabile se face astfel: F font; m maleabil; a alb; n neagr; p perlitic, iar cifrele adugate simbolului reprezint rezistena la rupere prin traciune, exprimat n [N/mm2]. n funcie de modul cum se realizeaz rcirea n timpul maleabilizrii se pot obine structuri diferite ale masei metalice de baz, astfel nct fontele maleabile pot fi: fonte maleabile albe; fonte maleabile negre; fonte maleabile perlitice. Utilizarea fontelor maleabile este ngrdit de grosimea limitat a pereilor pieselor (max.2530 mm), iar a celor negre, parial i de duritatea redus care mpiedic folosirea lor pentru piese rezistente la uzare. n general, ele se recomand pentru confecionarea pieselor turnate mici, n forme complicate, cu perei subiri, cu bun rezisten, oarecare tenacitate i rezisten la ocuri. e) Fonte aliate Acestea sunt fonte cenuii, albe sau maleabile care datorit prezenei unor elemente de aliere ca: peste 0,3 % Ni, Cr, Cu sau W, peste 0,1 % Mo, V sau Ti, mai mult de 2 % Mn i 4 % Si, posed caracteristici mecanice mbuntite, inclusiv rezisten la uzare i la temperaturi nalte (fontele slab i mediu aliate) sau rezisten ridicat la coroziune (fontele bogat aliate). Prezena nichelului, influennd grafitizarea, mrete rezistena (de exemplu, fontele pentru cilindrii de laminoare), mbuntind n acelai timp prelucrabilitatea. Adaosurile de Cr, V i Ti, care formeaz carburi, mresc duritatea i rezistena fontei, nrutind ns prelucrabilitatea. Adaosuri concomitente de Ni - Cr se utilizeaz pentru compensarea reciproc a grafitizrii i formrii exagerate a carburilor nedorite. Aceste fonte sunt recomandate pentru turnarea unor piese greu solicitate, ca: arbori cotii pentru motoare Diesel i compresoare, segmeni de pistoane, cmi de cilindrii rcii cu aer, cochile i matrie pentru prelucrarea metalelor neferoase etc.

REZUMAT Aliajele fierului sunt cele mai ntrebuinate materiale metalice, att n industrie, n general, ct i n construcia de maini, n special. Fontele au, n general, foarte slabe proprieti plastice (forjabilitatea) i sudabilitate redus, rezistena mecanic mai mic dect a oelurilor, dar turnabilitate bun (temperatur de topire mai sczut, fluiditate mare, interval de solidificare i implicit tendin de segregare reduse, contracie mic la solidificare - pn la max.2 %), precum i capacitate de amortizare a vibraiilor.

MODULUL 2
OBIECTIVE Obiectivele capitolului constau n prezentarea principalelor grupe de oeluri utilizate n industrie, n general i n construcia de maini, n special. Se prezint proprietile principale, clasificarea lor i domeniile de utilizare.

1.2. Oeluri Datorit multitudinilor proprietilor care se cer n diferite ramuri industriale, gama calitilor de oeluri a ajuns s fie foarte larg, cuprinznd un foarte mare numr de mrci. Clasificarea este necesar, att pentru clarificarea proprietilor i destinaiilor diferitelor categorii de oeluri, ct i pentru a nelege principiul care st la baza simbolizrii mrcilor de oeluri. n funcie de scopul urmrit, mrcile de oel pot fi clasificate dup criterii diferite, cum sunt: compoziia chimic, domeniul de utilizare, structura etc. Clasificarea oelurilor n funcie de compoziia lor chimic poate fi fcut astfel: oeluri nealiate sau oeluri carbon: - cu destinaie general; - cu destinaie precizat (pt. arcuri, pt. automate etc.); oeluri aliate: - slab aliate; - mediu aliate - cu destinaie general; - cu destinaie precizat; - nalt aliate. Clasificarea n funcie de domeniul de utilizare poate fi fcut n modul urmtor: oeluri pentru construcia de maini: - de cementare (conin pn la 0,25 % C); - de mbuntire (conin 0,250,65 % C); oeluri de scule (conin 0,651,5 % C). Clasificarea n funcie de structur poate fi fcut dup cum urmeaz: oeluri hipoeutectoide (00,77 % C); oeluri eutectoide (0,77 % C); oeluri hipereutectoide (peste 0,77% C). n general, proprietile oelurilor sunt influenate de coninutul de carbon, deci de variaia cantitativ a constituenilor lor structurali. Caracteristicile lor de rezisten mecanic cresc, iar cele de plasticitate scad cu creterea coninutului de carbon (figura1.3.). a) Oeluri carbon de uz general Acestea sunt oeluri cu coninut de carbon pn la 0,6 %, nealiate sau slab aliate cu Mn (OL 44) sau cu Mn, Si i V (OL 52), disponibile sub form de semifabricate deformate plastic la cald (laminate, forjate etc.). Ele sunt utilizabile n mod curent netratate termic (eventual normalizate), pentru piese solicitate static la temperaturi cuprinse ntre 40 0C i +300 0C. Oelurile carbon de uz general au larg utilizare fiind ieftine dar i pentru c, n general, nu mai necesit deformare plastic la cald, au bun deformabilitate la rece i o bun sudabilitate.

Fig.1.3. Influena coninutului de carbon asupra proprietilor mecanice ale oelurilor n stare normalizat n tabelul 1.2. se prezint caracteristicile mecanice i tehnologice ale oelurilor carbon de uz general. Tabelul 1.2. Caracteristici mecanice i tehnologice ale oelurilor carbon de uz general Marca de oel ReziliEnerg. de ena rupere Limita de Rezistena Alungirea KCU curgere la rupere la rupere 300/2 Tempe- KV I [J/cm2 ratura Rc Rm A5 ] [N/mm2] [N/mm2] [%] [oC] 1, 1a, 1b 180/170/ 310390 33 160 1, 1a, 1b 210/200/ 330400 31 190 Clasa de calitate Caracteristici mecanice minime

OL 32 OL 34

OL 37

OL 42

OL 44

OL 52

OL 50 OL 60 OL 70 OL 30

1, 1a, 1b 240/230/ 210 2 Idem 3 Idem 4 Idem 1, 1a, 1b 260/250/ 250 2 Idem 3 Idem 2 280/270/ 250 3 Idem 4 Idem 2 350/340/ 330 3 Idem 4 Idem 1, 1a, 1b 290/280/ 270 1, 1a, 1b 330/320/ 330 1, 1a, 1b 360/350/ 340 -

360440 Idem Idem Idem 410490 Idem Idem 430540 Idem Idem 510630 Idem Idem 490610 590710 690 310

25 25 26 26 22 22 23 23 25 25 21 22 22 21 16 11 20

69/59 69/59 59 59 -

+20 0 -20 -20 0 +20 0 -20 +20 0 -20 -

27 27 27 27 27 27 27 27 27 27 27 -

Dup garaniile date la livrare se disting patru clase de calitate: - clasa 1 - cu garanii privind compoziia chimic, caracteristicile mecanice la traciune i ndoirea la rece; - clasa 2 - cu garanii suplimentare privind reziliena (KCU) la 20 0C; - clasa 3 - cu garanii suplimentare privind energia la rupere (KV) la 0 0C; - clasa 4 - cu garanii suplimentare privind energia la rupere la 20 0C. Se simbolizeaz cu grupul de litere OL (oel laminat) urmat de un grup de cifre care indic rezistena la rupere Rm (daN/mm2). b) Oeluri carbon cu calitate i aliate Primele sunt oeluri nealitate cu compoziie i proprieti mecanice garantate (STAS 880-80) utilizate - tratate termic sau termochimic - pentru piese mai puternic solicitate mecanic. n funcie de caracteristicile prescrise pot fi: - oeluri de calitate propriu-zise; - oeluri de calitate superioare. n funcie de tratamentul termic pot fi: - oeluri pentru cementare; - oeluri pentru mbuntire. Oelurile carbon de calitate se simbolizeaz cu grupul de litere OLC (oel laminat de calitate), urmat de un grup de cifre care indic coninutul mediu de carbon exprimat n sutimi de procent. Oelurile aliate se simbolizeaz prin litere i cifre, dup cum urmeaz: primul grup de cifre indic coninutul n carbon n sutimi de procent, urmeaz simbolurile elementelor de aliere; cifrele care urmeaz dup fiecare element indic concentraia acestuia n zecimi de procent iar dac nu urmeaz cifre concentraia acestuia este aproximativ 1 %. Elementul principal de aliere, care se gsete n cantitatea ce a mai mare, se trece ultimul n irul acestor simboluri.

b.1) Oeluri pentru cementare Cementarea conduce la obinerea unor suprafee dure, rezistente la uzare i chiar la oboseal. Cel mai convenabil i ieftin tratament termic ulterior este clirea direct de la temperatura de carburare (n sruri sau gaze carburante). n cele mai multe cazuri ns, piesele se rcesc lent de la temperatura normal de carburare pn la cea normal, n structur rezultnd gruni fini. Apoi se face o clire, simpl sau dubl, urmat de revenire joas, pentru detensionare. n construcia de maini se utilizeaz de exemplu OLC 10 pentru clichei, furci, pene de ghidare, role pentru lanuri; OLC 15 pentru uruburi de micare, piulie, prghii, pene de ghidare; 15Cr0,8 pentru arbori cu came, buce, roi dinate, melci; 13CrNi30 sau 16CrMn12 pentru roi dinate, arbori, pene. b.2) Oeluri pentru mbuntire n vederea obinerii concomitente a unor rezistene i tenaciti ridicate, aceste oeluri sunt supuse unei cliri urmat de o revenire nalt (mbuntire). n funcie de compoziia lor chimic, oelurile de mbuntire sunt pot fi de cinci tipuri: - nealiate (OLC 25, OLC 35, OLC 45, OLC 55, OLC 60); - aliate cu Mn; - aliate cu Cr; - aliate cu Cr - Mo; - aliate cu Ni-Cr-Mo. La oelurile nealiate, rezistena dup mbuntire crete odat cu coninutul de carbon. Prezena manganului mbuntete i mai mult clibilitatea, ridicnd i stabilitatea dup revenire. Nichelul mrete tenacitatea oelurilor. Pn la C < 0,3 % aceste oeluri se sudeaz bine, dar condiionat, necesitnd prenclzire i recoacere dup sudarea prin topire. Achiabilitatea cea mai favorabil o au cele nealiate pn la 0,45 % C precum i cele de tipul 35Mn16. Pentru toate celelalte este recomandabil o recoacere prealabil de nmuiere. n industrie, n funcie de tratamentul termic pot fi: - oeluri pentru cementare; - oeluri pentru mbuntire. O grup aparte a oelurilor pentru mbuntire o formeaz cele pentru nitrurare, care conin elemente de aliere ca Al, Cr, Mo i V. Ele sunt achiabile att dup recoacerea de nmuiere, ct i n stare mbuntit. Din aceste oeluri se execut, de exemplu, arborii principali ai mainilor-unelte. O alt grup aparte a oelurilor pentru mbuntire o constituie cele pentru piese mari (cu dimensiuni peste 100 mm) forjate. Ele sunt elaborate ngrijit (dezoxidate n vid), lipsite de hidrogen i incluziuni nemetalice. n tabelul 1.3. se prezint caracteristicile mecanice ale oelurilor carbon de calitate i aliate folosite n construcia de maini. Tabelul 1.3. Caracteristici mecanice ale oelurilor carbon de calitate i aliate Stare Caracteristici mecanice Rezilimaterial / Limita ena Rezist. la Alung. de rupere A5 KCU/2 curgere [N/mm2] [%] epruvet 2 [J/cm2] [N/mm ] [mm] a) Oeluri carbon de calitate (STAS 880-80) 1. OL 10 Cr / 30 290 490640 16 89 2. OL 15 Cr / 30 350 590780 14 78 3. OL 20 Cr / 16 310 490630 20 4. OL 25 Cr / 16 360 540690 19 108 5. OL 35 Cr / 16 420 620760 17 70 Nr. de ord Marca de oel

6. OL 45 Cr / 16 480 690840 7. OL 55 Cr / 16 540 780930 8. OL 60 Cr / 16 570 830980 b) Oeluri aliate (STAS 791-80) 9. 15Cr08 Cr/ 30 410 690880 10. 18MnCr10 Cr/ 30 540 7901080 11. 21MoMnCr12 Cr/ 30 740 9801270 12. 18MoCrNi13 Cr/ 30 690 9301220 13. 13CrNi30 Cr/ 30 640 8801170 14. 20MoNi35 Cr/ 30 690 9301220 15. 21TiMnCr12 Cr/ 30 78 10301320 16. 28TiMnCr12 Cr/ 30 980 12301320 17. 35Mn16 CR/ 16 510 740930 18. 40Cr10 CR/ 16 790 9801180 19. 40BCr10 CR/ 16 740 8801080 20. 33MoCr11 CR/ 16 780 9801180 21. 41MoCr11 CR/ 16 880 10801270 22. 50VCr11 CR/ 16 880 10801270 23. 34MnCrNi15 CR/ 16 980 11801370 24. 30MoCrNi20 CR/ 16 1030 12301420 25. 38MoCrA109 CR/ 16 790 9801180 26. 41CrNi12 CR/ 16 830 9801180 27. 35MnSi12 CR/ 16 740 9301130 Notaii: Cr - clit i revenit la temperatur joas CR- clit i revenit la temperatur nalt

14 12 11 11 10 10 9 10 11 9 8 12 10 11 12 10 9 9 9 10 11 14

60 78 69 59 78 78 78 69 59 59 39 69 69 59 59 59 59 59 69 39

c) Oeluri turnate n piese Din punct de vedere tehnologic i economic este mai avantajos ca piesele cu configuraie complicat crora li se cer rezisten i tenacitate s fie executate nu prin forjare sau sudare, ci prin turnare din oeluri adecvate. n pofida proprietilor n general sczute de turnare i a sensibilitii pronunate la rcire, actualmente, destul de numeroase oeluri nealiate (OT 40OT 70, STAS 600-82) sau aliate (T20Mn14, T35MoCrNi08 etc., STAS 1773-82) se elaboreaz i se utilizeaz pentru obinerea pieselor turnate. Datorit granulaiei mai grosolane i prezenei defectelor de turnare, oelurile turnate, comparativ cu cele laminate au rezistena, plasticitatea i tenacitatea inferioare celor n direcia laminrii i uor superioare celor perpendiculare pe direcia laminrii. Rezistenele la oboseal, la temperaturi nalte i la uzare sunt, de asemenea, sensibil inferioare celor ale oelurilor laminate. Domeniile de utilizare sunt: roi pentru cabluri i lanuri, roi dinate, carcase, corpuri de pompe, arbori cotii, flane etc. Se simbolizeaz cu grupul de litere OT (oel turnat) urmat de un grup de cifre care indic rezistena minim la rupere Rm (N/mm2). n tabelul 1.4. se prezint caracteristicile mecanice ale oelului carbon turnat n piese, dup tratamentul termic de normalizare.

Tabelul 1.4. Caracteristici mecanice ale oelurilor carbon turnate n piese

Grupa Marca oelului Rezistena la rupere Rm [N/mm2] Limita de curgere Rp o,2, [N/mm2] Alungirea la rupere A5 [%] Reziliena KCU [J/cm2] Duritatea Brinell HB (inf.)

OT 400 OT 450 OT 500 OT 550 OT 600 OT 700 OT 400 OT 450 OT 500 OT 550 OT 600 OT 700 OT 400 OT 450 OT 500 OT 550 OT 600

390 440 490 540 590 690 390 440 490 540 590 690 390 440 490 540 590

200 240 270 310 340 410 200 240 270 310 340

20 18 15 12 10 6 25 22 18 15 12 10 25 22 18 15 12

50 40 35 30 25

110 124 138 153 169 179 110 124 138 153 169 179 110 124 138 153 169

d) Oeluri cu nalt rezisten mecanic, sudabile Acestea sunt oeluri slab aliate cu Mn, Si, Mo, Cr, Ni (max.2 % fiecare i sub 5 % n total) cu structur austenic fin i rezistena la rupere ridicat (Rm = 60220 daN/ mm2). Ele sunt de dou tipuri: - oeluri "non QT" (laminate la cald sau normalizate) a cror rezisten ridicat se datoreaz elementelor de aliere; ele se pot deforma la cald i suda bine, fr pericol de fisurare. - oeluri "QT" a cror rezisten foarte ridicat se datoreaz att elementelor de aliere ct i unui tratament termic de mbuntire, necesar n urma scderii proprietilor mecanice dup deformarea la cald sau sudare. Pe de alt parte, aceste oeluri se mpart frecvent n trei grupe: I - cu rezisten ridicat: Rm > 50 daN/ mm2 i Rp > 31 daN/ mm2; II - suprarezistente: Rm = 7090 daN/ mm2 i Rp = 6080 daN/ mm2; III - ultrarezistente: Rm = 140200 daN/ mm2 i Rp = 120180 daN/ mm2. Din aceast categorie fac parte oeluri ca: OL 52.3, OCS 52OCS58, 15Cr08, R 58, 20Mn10, OLT 65. Oelurile cu nalt rezisten i gsesc o utilizare din ce n ce mai larg n construcii aeronavale i spaiale, dar sunt utilizate i n industrie pentru piese puternic solicitate sau expuse la presiuni mari: arbori de antrenare a rotorului principal, rezervoarele cilindrilor sub presiune, elemente ale cutiilor de viteze, angrenaje, pistoanele preselor pentru extrudat aliaje neferoase etc. e) Oeluri pentru automate ntruct prelucrarea prin achiere pe maini-unelte automate este caracteristic pieselor mici, de serie foarte mare, n acest scop se utilizeaz preponderent oeluri nealiate, de cementare sau mbuntire cu 0,100,45 % C care conin - n vederea obinerii unei achieri mai uoare cu viteze mari - i S (0,1-0,3 %) i P (0,04-0,15 %). Sulful formeaz cu Mn incluziuni de sulfuri, care ntrerup continuitatea masei metalice, asigurnd formarea unor achii frmicioase, scurte. Prezena fosforului are efecte de fragilizare, mrind caracterul casant al achiilor i conduce, de asemenea, la obinerea unor suprafee netede, de

calitate superioar. De asemenea, se utilizeaz oeluri pentru automate aliate i cu alte elemente, spre exemplu cu 0,150,30 % Pb care are i un efect lubrifiant, mrind durabilitatea sculelor achietoare de pn la patru ori. Rezultate i mai bune se obin la achierea oelurilor cu adaosuri de Te, Se, Bi sau Pb-Te, care permit mrirea vitezei de achiere cu peste 40 %. Oelurile pentru automate pot fi supuse acelorai tratamente termice ca i oelurile cu compoziii chimice similare, dar cu coninuturi sczute n S i P. Se simbolizeaz cu grupul de litere AUT urmat de un grup de cifre care indic coninutul mediu de carbon exprimat n sutimi de procent. n tabelul 1.5. se prezint caracteristicile mecanice ale oelurilor pentru automate (STAS 1350-80). Tabelul 1.5. Caracteristici mecanice ale oelurilor pentru automate
Marca de oel Starea materialului Caracteristici mecanice Limita de Rezist.la Alungirea curgere rupere A [N/mm2] [N/mm2] [%] Duritatea Brinell HB N R

AUT 12 L 220 410560 AUT 20 L 250 450600 AUT 30 L 510660 AUT 40M L 590740 Notaii: L - laminat la cald; N - normalizat; R - revenit

22 20 15 14

160 168 183 207

f) Oeluri microaliate i de nlocuire Aceste materiale sunt oeluri microaliate cu anumite elemente n proporii foarte mici (sutimi sau miimi de %) care micoreaz granulaia i mbuntesc clibilitatea. Astfel, oelurile microaliate cu V (0,010,03 %), clite i revenite nalt, au duritatea, rezistena la rupere Rm i rezistena la curgere Rp mult superioare acelorai oeluri fr V. Prezena unui adaos de 0,001 % B (n 40BCr10) confer aceeai clibilitate ca i 1,33 % Ni + 3,1 % Cr + 0,04 % Mo, economisindu-se astfel elemente de aliere scumpe, deficitare i mbuntindu-se concomitent proprietile mecanice. Alierea cu mai multe elemente n proporii mici influeneaz proprietile oelurilor ntr-o msur mai mare dect alierea cu un singur element n cantiti mari.

REZUMAT n general, proprietile oelurilor sunt influenate de coninutul de carbon: caracteristicile lor de rezisten mecanic cresc, iar cele de plasticitate scad cu creterea coninutului de carbon. Oeluri carbon de uz general sunt oeluri cu coninut de carbon pn la 0,6%, nealiate, disponibile sub form de semifabricate deformate plastic la cald (laminate, forjate etc.), utilizabile n mod curent netratate termic. Oeluri carbon cu calitate sunt oeluri nealitate cu compoziie i proprieti mecanice garantate (STAS 880-80) utilizate - tratate termic sau termochimic pentru piese mai puternic solicitate mecanic. Oelurile aliate, datorit elementelor de aliere din compoziia lor, sunt mai scumpe dar au proprieti, mai ales mecanice, mai ridicate. Din punct de vedere tehnologic i economic este mai avantajos ca piesele cu configuraie complicat crora li se cer rezisten i tenacitate s fie executate nu prin forjare sau sudare, ci prin turnare din oeluri adecvate.

MODULUL 3
OBIECTIVE Obiectivele capitolului constau n prezentarea general a materialelor neferoase. Sunt prezentate aluminiul i aliajele sale, magneziul i aliajele sale, cuprul i aliajele sale, zincul i aliajele sale. 2. MATERIALE NEFEROASE Materialele neferoase cele mai utilizate n industria constructoare de maini pot fi clasificate astfel: - metale i aliaje uoare; - cupru i aliaje de cupru; - zinc i aliaje de zinc. 2.1. Metale i aliaje uoare a) Aluminiu i aliaje de aluminiu Aluminiul, datorit proprietilor sale - ndeosebi tehnologice (plasticitate la cald i la rece, turnabilitate) - precum i mai ales raportului favorabil dintre caracteristicile mecanice (susceptibile la mbuntiri substaniale prin tratamente mecanice sau termice) i greutatea specific mic ( = 2,7 g/cm3), are - n special sub form de aliaje - o larg ntrebuinare n industrie. Se utilizeaz cu precdere pentru piese n micare rapid, reclamnd inerie mic, diferite carcase, recipieni pentru depozitat i transportat etc. Conductivitatea termic relativ ridicat a aluminiului (0,52 cal / cm s oC) i confer utilizabilitate pentru piese crora li se cere o vitez maxim de transport de cldur (pistoane de motor, schimbtoare de cldur etc.). Conductivitatea electric ridicat (37 m / mm2, cca. 62 % din cea a cuprului raportnd la volum i 190 % raportnd la greutate), asigur utilizarea aluminiului i n industria electrotehnic. Aluminiul este rezistent la coroziune n aer, ap dulce, ntr-o serie de acizi. La temperatur normal este inalterabil datorit formrii unei pelicule compacte i aderente de oxid (netoxic pentru organismul uman). Ca atare, aluminiul este utilizat n industria alimentar (vase, recipieni, folii), iar aliajele lui n industria chimic, a petrolului etc. n construcia de maini, n afar de repere puin solicitate, se utilizeaz de obicei aliajele de Al cu Cu, Mg, Zn, Mn, Si, Ni, Fe, elemente care, avnd solubilitate limitat i variabil n Al, conduc la mbuntirea att a proprietilor mecanice ct i a celor tehnologice, fcnd oportun aplicarea tratamentelor termice. Aliajele de aluminiu pot fi binare (Al - Cu, Al - Mg, Al - Mn, Al - Fe, Al - Ni) sau complexe. Cele folosite n construcia de maini sunt aliaje hipoeutectice, deci cu un coninut redus al elementului de aliere. Aliajele de aluminiu se clasific n urmtoarele categorii: aliaje deformabile i aliaje pentru turntorie; aliaje care nu se durific prin tratament termic i aliaje care se durific prin tratament termic. Aliaje deformabile Aliajele care nu se durific prin tratament termic (aliaje Al - Mn cu 1,01,6 % Mn) sunt utilizate pentru piese prelucrate prin ambutisare. Sunt utilizate, recoapte sau ecruisate sub form de profile, table, benzi, pentru rezervoare, caroserii etc.

Aliajele de aluminiu care se durific prin tratament termic (Duraluminuri slab, mediu sau bogat aliate) conin i Cu, Mg, Mn, Si, Zn. Duraluminul se deformeaz plastic, n general, la temperatura de 440480 oC. Prezint proprieti mecanice bune (Rm = 420500 N/mm2, HB = 150), dar o rezisten redus la coroziune, ceea ce impune placarea cu aluminiu. Achiabilitatea acestor aliaje este foarte bun, mai ales n cazul prezenei unor adaosuri de 13 % Pb sau Bi. Dintre numeroasele utilizri ale Duraluminiului trebuie menionate: suprastructuri de aeronave i autovehicule, elice, piese pentru maini de birou. Aliajele de aluminiu pentru turntorie sunt aliajele Al-Si, Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn precum i polinare. Coninutul de elemente de aliere este mai ridicat dect la aliajele deformabile, conducnd la apariia unei cantiti de eutectic care confer fluiditate, compactitate i rezisten la tensiunile de contracie dup turnare. Aliajele de Al pentru turntorie pot fi sau nu durificate prin tratamente termice, n funcie de natura i calitatea componentelor; efectul durificrii este mai sczut dect la aliajele deformabile, efect ce scade pe msura creterii cantitii de eutectic. Aliajele binare Al-Si (Siluminuri) sunt indicate pentru turnarea de piese cu perei subiri i configuraie complicat, mai puin solicitate sau lucrnd n mediu coroziv (corpuri de pompe, rcitoare, fitinguri, blocuri motor, cartere, chiuloase etc.). Aliajele binare Al-Cu sunt mai puin utilizate pentru c se toarn relativ greu prin procedeele clasice i au tendin de fisurare la solidificare. Sunt ntrebuinate n construcii deosebite, n industria aviatic pentru construcia de pistoane i chiuloase de motor (ATCu4Ni2Mg2). Aliajele binare Al-Mg sunt cele mai uoare aliaje de Al, cu rezistena mecanic destul de ridicat, foarte bun rezisten la coroziune i achiabilitate excelent. Aliajele Al-Zn, ntotdeauna aliate i cu Mg, Si sau Cu, au rezisten mecanic i la coroziune reduse, sunt ceva mai grele, ns se elaboreaz uor i se toarn bine. b) Aliaje de magneziu Magneziul are cea mai mic greutate specific ( = 1,75 g/cm3) dintre toate metalele utilizate n construcia de maini, dar rezistena i plasticitatea lui sunt reduse (turnat Rm 10 daN/mm2, A=2 %, iar laminat, extrudat Rm = 1820 daN/mm2, A = 5 %). Cldura sa specific este mic, conductivitatea electric mare i rezistena la coroziune foarte sczut; se topete la 650 o C. Se folosete cu precdere la elaborarea aliajelor pentru turntorie sau deformabile (laminabile). Aliajele de Mg sunt foarte uoare ( < 2 g/cm3), au o rezisten mecanic suficient (Rm = 30 daN/mm2) i o bun rezisten la coroziune. Aliajele laminabile au fie bune proprieti mecanice (aliajele Mg-Al-Zn, Mg-Zn-Cr), fie rezisten la coroziune ridicat (aliajele Mg-Mn). Se utilizeaz sub form de profile sau table pentru piese diverse. Aliajele pentru turntorie au un coninut mai mare de elemente de aliere, care conduc la obinerea de eutectic, mbuntind astfel turnabilitatea. Sunt utilizate pe scar larg n construcii aeronavale (elice, trenuri de aterizare), pentru alte construcii foarte uoare, corpuri de pompe, cartere - motor, aparate foto - optice i de birou etc. 2.2. Cupru i aliaje de cupru Cuprul are importante caracteristici tehnice: plasticitatea bun la cald (la 700950 oC) i la rece, foarte ridicat conductivitate electric i termic (0,94 cal/cm.s.grd), rezisten la coroziune (n aer i gaze uscate, ap, vapori de ap supranclzii, unii acizi anorganici). Aceste proprieti mecanice, mai bune dect ale aluminiului, sunt totui prea sczute, cuprul fiind utilizat n construcia de maini numai sub form de aliaje (alame, bronzuri).

a) Alame Alamele utilizate practic sunt aliajele cuprului cu pn la 45 % Zn, avnd proprieti mecanice i tehnologice suficient de ridicate, superioare celor ale cuprului, precum i o bun stabilitate la coroziune. Diagrama parial a sistemului Cu-Zn, menionnd i unele date asupra utilizrii i prelucrabilitii diferitelor alame, se prezint n figura 2.1.

Fig.2.1 Sistemul Cu-Zn de interes practic Alamele se pot clasifica dup mai multe criterii: - dup numrul de faze: monofazice i bifazice; - dup compoziie: obinuite (Cu + Zn) i speciale (Cu + Zn + elemente de aliere); - dup modul de prelucrare: pentru deformare plastic i pentru turntorie. Alamele obinuite - sunt aliaje ale sistemului binar Cu-Zn, avnd doar elemente nsoitoare. Alamele speciale - conin i unele elemente de aliere (Sn, Mn, Al, Ni, Fe), care mbuntesc unele caracteristici: - Sn - max. 4% - mrete rezistena la rupere, la coroziune i densitate; - Mn - max. 4% - mrete rezistena la rupere, la coroziune i elasticitatea; - Al - max. 4% - mrete rezistena la rupere, limita de curgere, densitatea, rezistena la coroziune, ns determin creterea fragilitii; - Ni - max.14 % - mrete rezistena la rupere, elasticitatea, alungirea, refractaritatea i rezistena la coroziune; - Fe - max.3,5 % - provoac finisarea structurii, mrete tenacitatea i achiabilitatea. Dac coninutul de cupru depete 80 % aliajele se numesc TOMBAC-uri, materiale (sub form de table, benzi) foarte maleabile, care ns se prelucreaz mai greu prin achiere. Alamele deformabile sunt prelucrate sub form de profile, table, benzi, evi, srme i bare destinate pieselor prelucrate prin achiere. Ele se utilizeaz pentru piese ca: uruburi (CuZn36 ... CuZn43Pb2), buce, lagre achiate pe strunguri automate (CuZn36Pb1... CuZn39Pb3), scaune de ventile, fusuri, inele i colivii de rulmeni (CuZn40Mn).

Alamele pentru turntorie se toarn de obicei n cochilie, n amestecuri de formare i mai rar sub presiune. b) Bronzuri Aliajele cuprului cu o serie de elemente ca: Sn, Al, Pb, Si, Mn, Be, Ni .a. poart numele de bronzuri. Aliajele Cu-Sn se numesc bronzuri obinuite, iar cele cu celelalte elemente se numesc bronzuri speciale. b.1) Bronzuri cu staniu Interes tehnic prezint aliajele de Cu cu max. 25-30 % Sn, procentaj peste care devin dure i fragile. Ele au n general proprieti mecanice bune, rezisten mare la coroziune (mediu ambiant, abur uscat i umed, ap dulce i srat, gaze uscate etc.), turnabilitate i laminabilitate bune. Bronzurile cu Sn se prelucreaz prin turnare (cel mai bine dintre toate bronzurile) sau prin deformare plastic. b.2) Bronzuri cu aluminiu Importan tehnic prezint aliajele de Cu cu max.1012 % Al. Ele au proprieti mecanice net superioare celor cu Sn, bune proprieti tehnologice (mai ales turnabilitate), rezisten foarte ridicat la coroziune (de circa nou ori mai ridicat dect cea a bronzurilor cu Sn). Bronzurile cu Al se prelucreaz fie prin turnare, fie prin deformare plastic. Ele se utilizeaz pentru confecionarea de piese presate (scaune de supape, glisiere, tije de pistoane), roi dinate, buce, flane etc. b.3) Bronzuri cu plumb Prezentnd un interval extrem de mare de solidificare (peste 700 oC), o greutate specific diferit a componenilor i insolubilitate a acestora, aliajul manifest o segregaie puternic, ceea ce impune condiii speciale de turnare. Aliajele Cu - Pb (de exemplu CuPb25, STAS 1512-75) au o rezisten mecanic sczut (Rm = 6 daN/ mm2), motiv pentru care la confecionarea lagrelor - n general pentru presiuni mari i viteze reduse - se toarn de obicei sub form de straturi subiri (0,40,7 mm) ntr-o carcas din oel. Matricea bogat n Cu asigur duritate ridicat, rezisten i conductivitate termic, iar granulele de Pb (insolubile) confer proprieti de alunecare. b.4) Bronzuri cu siliciu Interes practic prezint aliajele Cu - Si la care coninutul de Si nu depete 45 %, deoarece peste acest procent scade plasticitatea. Aceste aliaje au nalt plasticitate la rece i la cald, bune proprieti de turnare, nalte caracteristici mecanice i antifriciune, se sudeaz i se lipesc foarte bine, sunt nemagnetice, i pstreaz n mare msur caracteristicile mecanice la temperaturi joase, au bun rezisten la coroziune, n ap dulce, ap de mare, gaze uscate. Se utilizeaz pentru piese obinute prin turnare de precizie (buce, cuzinei) sau pentru elaborarea de srme, bare, table obinute prin laminare, din care se execut piese diverse (uruburi, cleme, componente de motoare aviatice etc.) b.5) Bronzuri cu mangan Acestea conin de obicei 515 % Mn aflat n soluie cu Cu, au nalt plasticititate, i pstreaz rezistena mecanic ridicat i la temperaturi mai nalte (pn la 400500 oC), sunt rezistente la coroziune. Ele sunt utilizabile pentru confecionarea de armturi, ventile, conducte pentru aburi, mai ales supranclzii, arcuri exploatate la temperaturi nalte, organe de maini puternic solicitate (roi dinate cilindrice, elicoidale, rulmeni cu bile, uruburi etc.).

b.6) Bronzuri cu beriliu Acestea sunt aliaje de Cu cu 22,7 % Be, bifazice, care se preteaz foarte bine tratamentului termic de durificare prin precipitare. n urma acestuia, ele ajung la caracteristici mecanice foarte ridicate i anume pn la Rm = 150 daN/mm2, A = 23 % i 350450 HB, iar n cazul i a unor adaosuri de 0,20,5 % Ni, pn la Rm = 180 daN/mm2 i duritate 500 HB. n stare clit aceste bronzuri sunt plastice (A = 3035 %), se prelucreaz uor prin presare i achiere, au sudabilitate corespunztoare i bun rezisten la coroziune. Sunt utilizabile pentru confecionarea arcurilor speciale (membrane, diafragme), a pieselor de maini (de ex. pompe) puternic solicitate, inclusiv la ocuri i la coroziune, a instrumentelor de precizie, uneltelor i sculelor anti-explozive (prin lovire nu produc scntei). b.7) Bronzuri cu nichel Aceste aliaje se caracterizeaz printr-o rezisten bun la rupere, elasticitate ridicat, o foarte bun alungire, maleabilitate i rezisten la coroziune. Aliajele utilizate curent n tehnic sunt: - aliaje cu 20 % Ni - foarte plastice, rezistente la coroziune i temperaturi nalte; - aliaje cu 25 % Ni - aliaje pentru monede, de culoare alb; -aliaje cu 32 % Ni (Nichelina) i 4045 % Ni (Constantanul), cu rezistivitate electric mare, folosite ca rezistene n electrotehnic. 2.3. Zinc i aliaje de zinc Zincul are ca principal caracteristic stabilitatea chimic foarte ridicat n atmosfera ambiant i n ap, ca urmare a formrii unei pelicule de oxid, protectoare. Totodat, el se toarn foarte bine, se poate lamina uor n table, benzi, srme (avnd astfel Rm = 1216 daN/mm2, A = 3540 % i duritatea 3535 HB), se poate suda i lipi. Se utilizeaz ca strat de protecie a unor produse din oel, ca anozi pentru elemente galvanice, la fabricarea ZnO i la elaborarea aliajelor. Aliaje de zinc Principalele elemente de aliere sunt Al i Cu, existnd att aliaje de Zn pentru turntorie (STAS 6925/1-76, STAS 6925/2-77), ct i deformabile. Rezistena la oboseal a aliajelor de Zn este de 79 daN/mm2 la 20x106 cicluri. Fiind susceptibile la fluaj chiar la temperatura normal, ele sunt utilizabile doar la temperaturi cuprinse ntre 080 oC. Datorit excelentei turnabiliti, aliajele de Zn sunt dintre puinele aliaje grele folosite ca materiale cu larg utilizare, solicitate preponderent mecanic, n construcia de maini. Se recomand ndeosebi pentru confecionarea (prin turnare sub presiune) de piese mici, cu grosimi ale pereilor g > 0,6 mm, cu guri dificile, de > 0,8 mm i precizie deosebit, cu tolerane de 0,02 mm la dimensiuni nominale de 15 mm (de ex. corpurile carburatoarelor, piese pentru mecanic fin, roi dinate, armturi, robinete, cuzinei etc.).

REZUMAT Materialele neferoase cele mai utilizate n industria constructoare de maini pot fi clasificate astfel: - metale i aliaje uoare (aluminiu i magneziu); - cupru i aliaje de cupru; - zinc i aliaje de zinc.

MODULUL 4
OBIECTIVE Prezentarea general a modului de obinere a materialelor sinterizate, avantajele acestor materiale, operaiile complementare i domeniile de utilizare. 3. MATERIALE SINTERIZATE Se obin prin procedeele metalurgiei pulberilor (figura 1), care dau posibilitatea de a se asocia metale foarte diferite ntre ele sau metale i materiale ceramice.

Fig. 1

Procesul tehnologic de fabricaie a produselor sinterizate este fundamental deosebit de tehnologia metalurgiei clasice, unde semifabricatele obinute prin turnarea metalelor i aliajelor topite, sunt prelucrate prin laminare, forjare, matriare i achiere complex pe maini - unelte, ajungnd astfel pn la piesele finite printr-un numr mare de operaii, costisitoare i de lung durat. Avantajele pieselor obinute prin sinterizare sunt multiple: piesele sunt obinute fr ca metalele i aliajele s treac prin faza topit, se obin direct formele, dimensiunile i calitatea cerute, se realizeaz economii de timp i manoper, gradul de utilizare a metalelor este aproape 100%, iar pierderile energetice se reduc cu aproape 15%; piesele au o compoziie precis i uniform, cu o mare constan a proprietilor; pot fi obinute materiale i produse metalice care nu pot fi elaborate prin procedeele clasice(wolframul i alte metale greu fuzibile, pseudoaliajele wolfram-cupru i wolfram-cupruargint, materialele poroase pentru filtre i lagre autolubrifiante etc.); pot fi uor realizate proprieti specifice i noi asocieri ale acestora; fabricaia este economic numai la numr mare de piese sinterizate (peste 10.000 buc.) i este limitat de configuraia i dimensiunile reperelor (seciuni maxime de cca.150200 cm2). rezistena materialelor sinterizate feroase este comparabil cu cea a fontelor cenuii, metalelor uoare i aliajelor lor (Al, Mg) sau a oelurilor carbon (nealiate) i depinde n principal de porozitate. Rezistena pieselor sinterizate poate fi ridicat i printr-o serie de elemente de aliere ndeosebi C (0,41 %), Cu, Ni (ambele sub 5%), Mo, Cr etc. - precum i prin tratamente. La unele produse, dup operaia de sinterizare se mai aplic una sau dou operaii complementare cu scopul de a mbunti unele proprieti ale materialului sinterizat: - calibrare, care const ntr-o presare n matrie de calibrare; se aplic atunci cnd se cere o precizie dimensional foarte mare; - mbibare cu lubrifiani lichizi a pieselor sinterizate poroase; se aplic n special pentru obinerea proprietii de autolubrifiere a lagrelor; - achiere, utilizat numai la produse unicat sau de serie mic din dou motive: preul de cost crete, iar calitatea suprafeei i porozitatea sunt influenate negativ. - tratamente termice: n principiu se pot aplica toate tipurile de tratamente termice i termochimice cunoscute, care sunt compatibile cu compoziia i structura iniial a aliajului sinterizat. - infiltrare cu metale sau aliaje topite; permite obinerea unor produse cu o porozitate minim (compactitatea putnd fi majorat pn la 98,9%) i proprieti mecanice deosebit de bune. Domeniile de utilizare ale materialelor sinterizate sunt foarte largi, n concordan cu proprietile deosebite care au fost prezentate anterior. Dintre numeroasele domenii de utilizare, se prezint n continuare cteva exemple de materiale i grupe de produse obinute prin sinterizare. Cuzinei poroi autolubrifiani Sunt fabricai pe baz de pulberi de fier sau bronz (figura 2). Prin impregnarea cu ulei a porilor, care pot ajunge pn la 30 % din volumul piesei, se asigur caracteristici funcionale deosebit de bune: un coeficient de frecare redus, o rezisten bun la uzare i tendin mic la gripare, o ntreinere foarte uoar, o funcionare silenioas i o nsemnat economie de lubrifiant. Pot lucra fr nici o ungere suplimentar mii de ore, respectiv o perioad de mai muli ani.

Fig.2 Soluii constructive pentru cuzinei poroi autolubrifiani 1 - buc sinterizat mbibat n ulei; 2 - inel de psl mbibat n ulei Utilizri: lagre mai puin ncrcate ale automobilelor, avioanelor, mainilor - unelte i ale mainilor agricole; lagrele mainilor textile i ale industriei alimentare, ale motoarelor electrice de mic putere, ale mainilor de birou i aparatelor de mecanic fin, precum i toate lagrele magnetofoanelor, casetofoanelor, mainilor de splat rufe, usctoarelor de pr, aparatelor electrice de ras, ale altor aparate i maini cu larg utilizare. Filtre i electrozi poroi sinterizai Filtrele sunt produsele sinterizate de mare porozitate, utilizate pentru filtrarea diferitelor lichide i gaze. Au o porozitate fin i uniform, reglabil dup dorin ntre limite foarte largi (25...50 %). Sunt fabricate din pulberi de bronz cu granule sferice, iar pentru utilizri deosebite, din pulberi de oel, de oel inoxidabil, monel, nichel, wolfram, molibden etc. Electrozii poroi au devenit de nenlocuit n fabricarea bateriilor de acumulatoare i a pilelor electrice moderne. Sunt fabricai sub form de plci subiri, din pulberi metalice de nichel i de argint. Piese feroase i neferoase sinterizate, pentru maini O mare varietate de piese de rezisten pentru construcia de maini i aparate sunt fabricate din pulberi metalice. La aceste produse sinterizate se aplic metode de mbuntire a preciziei i a rezistenei mecanice (utilizarea unor pulberi de calitate superioar, optimizarea tuturor parametrilor de presare i de sinterizare, dubl presare, calibrare, aliere, tratamente termice, infiltrare cu alt metal topit etc.). Piesele tipice sunt: buce, came, prghii, came cu sector dinat, roi dinate cilindrice i conice, roi de lan, palete, pistoane i segmeni de pistoane pentru motoare i compresoare, piese polare pentru mainile electrice etc. La proiectarea acestor piese trebuie s se in seama de particularitile tehnologiei metalurgiei pulberilor (figura 3).

Fig.3 Materiale de friciune din pulberi metalice Sunt materiale complexe, cu baza de fier, cupru sau bronz i conin pn la 35% componeni nemetalici (grafit, SiO2, Al2O3, carbur de siliciu, azbest etc.). Sunt utilizate la discurile frnelor i ambreiajelor moderne, de mare capacitate i cu volum (gabarit) ct mai redus. Asigur un coeficient de frecare ridicat, o bun conductivitate termic, o rezisten mare la uzare, un coeficient mic de dilatare i suport temperaturi foarte nalte. Aliaje dure sinterizate i plcue mineraloceramice Sunt fabricate de obicei din granule de carbur de wolfram i de titan, aglomerate de ctre cobaltul introdus ca liant la sinterizare, din pulbere de oxid de aluminiu, din policristale de diamant sau nitrur cubic de bor (figura 4).

Fig.4 4

Au o duritate deosebit de mare, o rezisten foarte mare la uzare i suport fr deteriorare temperaturi deosebit de ridicate, chiar peste 1000 oC. Utilizri: armarea sculelor achietoare, a sapelor de foraj, fabricarea matrielor de presare sau de deformare plastic, fabricarea tanelor de mare productivitate, a filierelor de trefilare, duzelor n instalaiile de sablaj, fabricarea balanelor, a instrumentelor de msur i control etc. n tabelul 1 se prezint comparativ, pentru mai multe materiale de scule achietoare, duritile acestora. Tabelul 1. Duriti ale unor materiale pentru scule achietoare Denumirea materialului Duritatea KNOOP [GPa] Scule din oel clit 7 Carburi metalice 1410 Carbur de wolfram (WC) 10 Mineralo-ceramice (Al2O3) 20 Carbur de titan (TiC) 24,7 Carbur de bor (B4C) 2 Nitrur cubic de bor (NCB) 4590 Diamant 65100 Materiale refractare sinterizate Aceste materiale trebuie s satisfac o serie de condiii foarte grele: temperatur de topire ct mai ridicat, proprieti mecanice bune, bun rezisten la oxidare, rezisten la ocuri termice, densitate mic. Materialele care satisfac aceste cerine severe, pot fi grupate n trei categorii: metale greu fuzibile ca W, Mo, Ta, Nb etc., precum i aliajele acestora; materiale refractare pe baz de carburi, boruri, nitruri, siliciuri i ali compui cu temperatura de topire foarte nalt; materiale pe baz de oxizi metalici greu fuzibili i liani metalici, cunoscui sub denumirea de cermei. Utilizri: filamentele, grilele, anozii i catozii din becuri, lmpi cu mercur, lmpi cu vapori de sodiu, tuburi fluorescente, tuburi electronice, tuburi pentru raze X etc; elementele de nclzire a cuptoarelor speciale pentru temperaturi foarte ridicate; duzele de ejectare a gazelor fierbini n motoarele cu reacie i sistemele de propulsie a rachetelor, respectiv navelor cosmice; paletele de turbine rezistente la gaze cu foarte nalte presiuni i temperaturi; electrozii neconsumabili pentru sudare (cu argon, la metoda arcatom etc.).

REZUMAT Materialele sinterizate se obin prin procedeele metalurgiei pulberilor. pot fi uor realizate proprieti specifice i noi asocieri ale acestora; piesele au o compoziie precis i uniform, cu o mare constan a proprietilor; pot fi obinute materiale i produse metalice care nu pot fi elaborate prin procedeele clasice; piesele sunt obinute fr ca metalele i aliajele s treac prin faza topit; rezistena materialelor sinterizate feroase este comparabil cu cea a fontelor cenuii, metalelor uoare i aliajelor lor.

MODULUL 5
OBIECTIVE Obiectivele capitolului constau n prezentarea general a materialelor compozite. Sunt prezentate proprietile principale, structura i organizarea intern, domeniile de utilizare. 4. MATERIALE COMPOZITE Materialele compozite sunt materiale cu proprieti anizotrope, formate din mai multe componente, a cror organizare i elaborare permit folosirea caracteristicilor celor mai bune ale componentelor, astfel nct materialul rezultat s posede proprieti finale generale, superioare componentelor din care este alctuit. Principalele proprieti ale materialelor compozite sunt: - densitate mic n raport cu metalele (compozitele din rini epoxidice armate cu fibre de Si, B i C au densitate sub 2 g/cm3); - rezisten sporit la traciune, la oc i abraziune (de exemplu, n tabelul 1 se prezint comparativ cinci materiale i lungimea la care se rupe o bar cu seciunea de 1 cm2 sub greutatea proprie); Tabelul 1. Compararea rezistenei la rupere pentru unele materiale Materialul Lungimea, [km] Oel 5,44 Titan 15,6 Aluminiu 19,95 Sticl 24,6 Fibre de carbon 78,8

- coeficient de dilatare foarte mic n comparaie cu metalele; - durabilitate mare n funcionare (n aceleai condiii de funcionare, 1 kg de kevlar nlocuiete 5 kg de oel la o durat de funcionare echivalent); - capacitate mare de amortizare a vibraiilor (de circa 3 ori mai mare dect Al); - siguran mare n funcionare (ruperea unei fibre dintr-o pies fabricat din materiale compozite nu constituie amors de rupere imediat a piesei); - rezisten ndelungat la ageni atmosferici (oxidare, coroziune etc.); - stabilitate chimic i termic la temperaturi nalte (fibrele de kevlar, teflon, hyfil pn la 0 500 C iar fibrele ceramice de tip SiC, S3N4 i Al203 pn la 1400 0C); - n procesul de elaborare nu solicit instalaii complexe i consumuri energetice mari n comparaie cu materialele metalice. Avnd n vedere proprietile deosebite ale materialelor compozite, acestea se utilizeaz n numeroase domenii: - domeniul construciei de maini (lagre figura 1, rotoare de compresoare centrifugale, palete de ventilatoare, biele, scule achietoare, scule pentru deformri la rece sau la cald etc.); - domeniul aerospaial (structuri de aeronave figura 2, componente ale motoarelor funcionnd n regim termic ridicat, sisteme de frnare etc.); - domeniul transportului naval ( structuri pentru ambarcaiuni sportive i nave uoare, elemente puternic solicitate ale motoarelor etc.); - domeniul transportului rutier (caroserii pentru autovehicule, sistemul de alimentare cu combustibil, panoul de comand figura 3, sistemul de frnare etc.); - domeniul electronicii i electrotehnicii (componente pasive piese diverse pentru imprimante, conductoare, conectoare, componente active capsule pentru circuite integrate etc.); - domeniul medical (proteze), casnic etc.
1

Fig.1 Lagre (bronz+grafit)

Fig.2 Profiluri pt. suprastructuri (poliester+fibre de sticla)

Fig.3 Panou de bord Ford Explorer (termoplaste+fibre de sticl)

Un material compozit este alctuit din: matrice materialul de ranforsare. Matricea constituie n general liantul n care sunt impregnate materialele de ranforsare. Rolul su este de a prelua i a transmite solicitrile materialului de ranforsare i a constitui mpreun cu acestea elementele de rezisten ale compozitului. Materialul de ranforsare este alctuit din fibre sau particule diverse (oxizi, nitruri, carburi, boruri etc.). Prin urmare, dup arhitectura lor intern, materialele compozite se pot clasifica astfel: - materiale compozite armate cu fibre (fig. 4., a); - materiale compozite disperse (fig.4, b); - materiale compozite stratificate (fig.4, c).

Fig.4 Materiale compozite 4.1. Materialele compozite armate cu fibre Matricea are rolul de a lega fibrele ntr-un tot unitar, de a le proteja mpotriva aciunii factorilor externi agresivi i de a asigura o serie de proprieti fizico chimice. n funcie de natura materialului, ea poate fi metalic, ceramic sau polimeric. Matricea metalic este realizat dintr-un aliaj cu baz de Ni sau Co, mbuntit prin aliere cu W, Mo, V, Al, Zr sau B, sau din metale pure ca Al, Ti, Ni, W, Mo etc. Matricea ceramic este realizat din Cr2O3 sau sticl. Avantajul acestui tip de matrice l constituie compatibilitatea fizic i chimic ridicat cu fibrele la temperatur nalt. Matricea polimeric este constituit din materiale termoplaste sau materiale termorigide. Dintre materialele termoplaste sunt mai des utilizate polietilena, polipropilena, ABS-ul (acrilonitril butadienstiren), policarbonaii, poliamidele, PTFE-ul ( politetrafluoretilena), iar dintre materialele termorigide, rinile epoxidice. Fibrele interioare au rolul de a prelua sarcinile mecanice la care este supus materialul, acionnd ca o barier n calea deplasrii dislocaiilor. Cele mai utilizate sunt fibrele metalice, ceramice, de carbon , de sticl, de bor, mixte etc.

Fig.5 Geometria compozitului i a elementului de ranforsare Principalele proprieti ale unor fibre utilizate la elaborarea materialelor compozite sunt prezentate n tabelul 2, iar principalele forme ale fibrelor i esturilor, n figurile 6 i 7.
4

Tabelul 2. Proprieti ale materialelor fibroase Greutatea Rezist. la rupere la Tipul fibrei specific traciune 3 [g/cm ] [daN/mm2] Carbon 1,50 245 B 2,34 300 W 19,4 405 Mo 10,2 215 Sticl 2,55 350 Oel special 7,7 420 SiC pe miez de W 4,09 210 B4C pe miez de W 2,36 235

Modulul de elasticitate E, [daN/mm] 21000 40000 42000 37000 7100 20000 49000 49000

Temperatura de topire, [0C] 3650 2300 3400 2620 700 1400 2690 2450

Fig.6 Tipuri de fibre

Fig.7 Tipuri de esturi Comportamentul mecanic al materialelor compozite unidirecionale se prezint n diagrama din figura 8.

Fig.8. Curba tensiune deformaie a unui compozit unidirecional Rezistena la rupere RC i modulul de elasticitate EC ale compozitului pot fi calculate utiliznd relaiile: RC = Vf Rf + Vm Em f, EC = Vf Ef + Vm Em, n care : V - % din volum; - alungirea la rupere; indicii c, f, m indic materialul compozit, fibra, respectiv matricea. Exemple: compozitul cu matricea din aluminiu i fibrele din B acoperite cu B4C (rezistena la rupere la ncovoiere de 90 daN/mm2, suport 107 cicluri de solicitri la eforturi de peste 80 % din rezistena la rupere), compozitul cu matricea din aluminiu i fibrele din sticl (rezistena 130400 daN/mm2, alungirea cca.5 %), compozitul cu matrice polimeric i fibre aramidice KEVLAR 49 (rezistena 130 daN/mm2 la o greutate specific de 1,38 g/cm3 ) etc. 4.2. Materiale compozite disperse. La aceste materiale, matricea este armat cu particule, dispersate uniform n masa materialului. Matricea are rolul de a prelua sarcinile mecanice, iar particulele disperse au rolul de a se mpotrivi propagrii dizlocaiilor, ridicnd astfel proprietile mecanice ale matricei. Matricea poate fi i n acest caz metalic, ceramic sau polimeric, iar particulele disperse pot fi oxizi (Al2O3, Cr2O3, MgO, SiO2, ZrO2), carburi (SiC, TiC), boruri (Cr3B2, TiB2, ZrB2), siliciuri (MoSi2), nitruri (TiN, Si3N4) etc. Principalele proprieti ale unor materiale de ranforsare sub form de particule utilizate pentru materiale compozite se prezint n tabelul 3.

Tabelul 3. Proprieti ale unor materiale disperse Greutatea Rezistena la Modulul de Temperatura de Tipul fibrei specific, rupere, elasticitate E, topire, 3 2 [g/cm ] [daN/mm ] [daN/mm] [0C] Al2 O3 3,96 2100 43000 2040 Be O 2,85 1400 35000 2570 Si C 3,18 2100 70000 2690 B4 C 2,52 1400 49000 2450 Si N4 3,18 1400 38500 1900 Grafit 1,7 2800 72000 3870 De exemplu, compozitul pe baz de siliciu (materialul de ranforsare) i cordierit (pulberi de MgO, Al2O3, i SiO2 matricea) se caracterizeaz printr-o conductivitate termic sczut, rezisten mecanic nalt i stabilitate nalt la oxidare, compozitul pe baz de rin epoxidic i rin poliesteric (matricea) i ferit (materialul de ranforsare) se caracterizeaz prin rigiditate ridicat, caracteristici mecanice de amortizare i stabilitate chimic bune etc. 4.3. Materiale compozite stratificate Sunt obinute prin aplicarea, la suprafaa materialului de baz, a unui strat din alt material. Aplicarea acestui strat din alt material cu proprieti diferite de cele ale materialului de baz se realizeaz cel mai des prin turnare, sudare sau laminare. Principalul avantaj al acestor materiale este de ordin conomic i de ordin calitativ, deoarece prin utilizarea lor se economisesc importante cantiti de materiale scumpe sau deficitare, mbuntindu-se, n acelai timp, calitile produselor i mrindu-se durata lor de funcionare n condiiile unor performane ridicate. Cteva exemple de asemenea materiale compozite sunt: - duraluminiul, cu rezisten ridicat la rupere, placat cu aluminiu pur, cu rezisten ridicat la coroziune; - oeluri carbon, ieftine, placate cu oeluri de scule cu duritate ridicat i rezisten la uzare sau cu oeluri inoxidabile rezistente la coroziune; - plcuele din oxid de aluminiu placate cu nitrur de titan (utilizate pentru prile active ale sculelor achietoare) etc. n afar de materialele compozite bicomponente, prezentate mai sus, se utilizeaz i compozite tricomponente (tip sandwich). De exemplu, pentru mpiedicarea difuziunii carbonului dintr-un oel n altul, se poate interpune prin placare un strat de nichel, care nu permite difuziunea prin el a carbonului. Tot un material tip sandwich este prezentat n figura 9. El este alctuit din dou plci subiri din metal (de exemplu aluminiu, titan sau oel), ntre care se gsete o structur tip fagure, din material mai dur (duraluminiu sau aliaj de titan), rezultnd un material compozit deosebit de rezistent i rigid. n figurile 10 i 11 se prezint structura unui material compozit utilizat la confecionarea compact discurilor utilizate pentru stocarea datelor.

Materialele compozite sunt materiale cu proprieti anizotrope, formate din mai multe componente, a cror organizare i elaborare permit folosirea caracteristicilor celor mai bune ale componentelor, astfel nct materialul rezultat s posede proprieti finale generale, superioare componentelor din care este alctuit.

Fig.9. Material compozit tip sandwich

ETICHET

LAC PROTECTOR

ALUMINIU

POLICARBONAT 99%

Fig. 10 Structura unui CD

Fig.11 Discul din policarbonat nainte de metalizare

8

MODULUL 6
OBIECTIVE Obiectivele capitolului constau n prezentarea general a proceselor de coroziune i a metodelor de protecie mpotriva acestora. Sunt prezentate apoi grupele principale de materiale rezistente la coroziune.

5. MATERIALE REZISTENTE LA COROZIUNE 5.1. Coroziunea metalelor i aliajelor. Coroziunea metalelor const n distrugerea spontan, parial sau total, a acestora, n urma unor reacii chimice, biochimice sau electrochimice survenite n cursul interaciunii cu mediul nconjurtor. Coroziunea are efecte dintre cele mai nefaste, datorit ei pierzndu-se anual mari cantiti de metale. Unele aprecieri consider c, n general, din ntreaga cantitate de oel produs anual n lume, cca. 30 % se transform n rugin, ca urmare a proceselor de coroziune. Coroziunea se clasific dup mai multe criterii, i anume: dup natura agentului agresiv: - coroziune uscat (ce implic reacii n gaze la temperaturi ridicate); - coroziune umed (ce presupune prezena umiditii sau a unui lichid). dup mecanismul coroziunii: - coroziune chimic; - coroziune biochimic; - coroziune electrochimic. dup aspectul exterior al metalului corodat: - coroziune generalizat (este afectat ntreaga suprafa a metalului); - coroziune localizat (sunt atacate doar zone, respectiv suprafee mici): - coroziune localizat macroscopic (coroziunea punctiform - pitting, selectiv, galvanic etc.); - coroziune localizat microscopic (coroziunea intercristalin sau fisurant sub tensiune). Coroziunea general de suprafa (figura 1) se manifest prin atacarea suprafeei metalului, de obicei n mod uniform, dar i neuniform, sub form de pete. Pelicula format este pasiv din punct de vedere chimic fa de agentul coroziv i astfel metalul de baz devine anticoroziv prin pasivare.

Fig.1. Coroziune general de suprafa Coroziunea punctiform (prin ciupituri - pitting) se manifest (figura 2) prin atacarea numai n anumite puncte a suprafeei metalului. Atacul progreseaz n adncime, provocnd orificii adnci, care pot duce la perforare. Aceast form de coroziune este periculoas deoarece este greu de supravegheat.

Fig.2. Coroziune punctiform Coroziunea selectiv (figura 3) se manifest prin atacarea numai a unui constituent sau prin dizolvarea soluiilor solide, din care un component se separ iari ca metal. Un exemplu frecvent, i n acelai timp periculos, de astfel de coroziune este, dezincarea alamei.

Fig.3. Coroziune selectiv Coroziunea intercristalin (figura 4) se manifest printr-un atac produs de-a lungul limitelor grunilor cristalini, consecina fiind o deteriorare a structurii, urmat de scderea rezistenei materialului metalic. n cazuri extreme se produce o dezagregare a constituiei metalului, acesta transformndu-se n pulbere. In cazurile uoare, coroziunea intercristalin se manifest prin apariia de fisuri, cel mai frecvent cu ocazia unor operaii de deformare plastic a metalelor.

Fig.4. Coroziune intercristalin Coroziunea fisurat sub tensiune (figura 5) poate s apar sub efectul unor tensiuni remanente existente n metal i ea se produce la punerea lui n exploatare chiar n medii puin agresive.

Fig. 5. Coroziune fisurant sub tensiune 5.2 Metode de protecie mpotriva coroziunii Protecia mpotriva coroziunii reprezint totalitatea msurilor care se iau pentru a feri materialele metalice sau nemetalice, folosite la construcia mainilor i instalaiilor, de aciunea distructiv a mediului nconjurtor. Diferitele metode de protecie contra coroziunii se prezint n figura 6. Metode de protecie contra coroziunii Protecie activ
Evitarea coroziunii

Protecie pasiv
Meninerea la distan a substanelor agresive Straturi de protecie i acoperiri artificiale

Influenarea mediului coroziv

Alegerea corespunztoare a materialului i formei piesei

Fig. 6. Metode de protecie mpotriva coroziunii

a) Protecia anticoroziv prin schimbarea compoziiei. Materialele obinuite, supuse procesului de coroziune, se vor nlocui cu materiale rezistente la coroziune, dintre cele prezentate n cap. 5.3. b) Protecia anticoroziv prin proiectare. Proiectarea trebuie s in cont de toate condiiile impuse de procesul tehnologic ale crui maini i instalaii se proiecteaz, de proprietile fizice i mecanice ale materialelor, de acoperirile de protecie corespunztoare (acolo unde sunt necesare), de metodele de asamblare, uurina de fabricare i de preul de cost. Exemplul 1: In proiectarea pieselor trebuie s se evite pe ct posibil cavitile orizontale, crestturile, i zonele n care umiditatea poate fi reinut (figura 7).

Fig.7. Reducerea coroziunii prin proiectare corect Exemplul 2: Coroziunea prin contact sau galvanic apare n cazurile n care metalele cu poteniale de electrod diferite sunt legate ntre ele iar conductivitatea electric este asigurat de existena unui electrolit (chiar i umiditatea condensat din atmosfer). Se va acorda o atenie deosebit proiectrii subansamblurilor din cupluri de materiale cum sunt: aluminiu oel (figura 8), aluminiu - font, aluminiu - aliaje de cupru, oel - cupru, oel - alam, oel - plumb etc.

Fig.8. Prevenirea coroziunii prin contact c) Protecia anticoroziv prin acoperiri. In multe cazuri nu este justificat utilizarea unui aliaj scump, rezistent la coroziune, ci se poate utiliza un material obinuit, care ns va trebui protejat contra coroziunii prin acoperiri (procedee pasive). Schematizat, metodele anticorozive prin protecie pasiv se prezint n figura 9.
Oxidare

Acoperiri anorganice

Fosfatare

Imersie la cald

Protecia anticoroziv pasiv

Metalizare Acoperiri metalice Difuzie

Placare

Acoperiri nemetalice

Vopsire, emailare

Fig. 9. Metode anticorozive prin protecie pasiv

Acoperirile cu pelicul de oxizi sunt posibile att n cazul materialelor metalice feroase ct i n cazul celor neferoase. Acoperirile cu pelicule de fosfai (fosfatrile) constau n formarea pe suprafaa metalului de protejat, a unor fosfai stabili, foarte greu solubili n ap. Acoperirile prin imersie la cald sunt posibile numai dac exist posibilitatea ca ntre cei doi parteneri s se poat forma aliaje (de ex. zincul i aluminiul se aliaz cel mai uor cu oelul). Acoperirile prin metalizare sunt procedee termo-mecanice de acoperire a unei suprafee metalice cu un alt metal. Metalul care se depune se topete la flacra unui arztor i se pulverizeaz cu ajutorul unui fluid sub presiune pe suprafaa care trebuie metalizat. Metalele cele mai frecvent utilizate pentru metalizare sunt zincul, plumbul, aluminiul, staniul, cuprul i aliajele sale, molibdenul, nichelul i oelurile inoxidabile. Acoperirile prin difuzie termic constau n mbogirea suprafeei unui metal obinuit cu alte metale mai stabile din punct de vedere chimic. Cromizarea (depunerea cromului prin difuzie) permite creterea rezistenei la coroziune a pieselor din oel i confer acestora o mai mare stabilitate la temperaturi ridicate. Alitarea (depunerea aluminiului prin difuzie) se aplic pieselor din oel, cupru sau alam, crescnd rezistena acestora la oxidare. erardizarea (depunerea zincului pe oel sau font prin difuzie) duce la obinerea unor straturi protectoare cu grosimi de 0,020,07 mm , rezistente la coroziune i cu o duritate cuprins ntre 250300 HV. Acoperirile prin placare reprezint o metod eficient de protecie a unui material suport cu un alt material rezistent la coroziune. Materialele placate se realizeaz sub form de table, benzi, evi etc. Acoperirile cu straturi de email se folosesc mult n industria chimic deoarece prezint o foarte ridicat rezisten la coroziune fa de mediile agresive cele mai diverse. Emailul este o combinaie aderent, de natur anorganic, sticloas, pe baz de silicai, avnd urmtoarele caliti: aderen la suportul metalic, rezisten la oc termic i mecanic, lipsa porilor, rezisten chimic n soluii acide i alcaline. Acoperirile cu lacuri i vopsele reprezint unul dintre cele mai vechi mijloace de protecie anticoroziv a suprafeelor metalice i nemetalice. Lacurile i vopselele sunt suspensii de pigmeni anorganici sau organici, naturali sau sintetici i diferite materiale de umplutur ntr-un liant al crui component principal este o substan peliculogen. Aceasta poate fi uleiul sicativ, o rin natural sau sintetic. Din punct de vedere al mecanismului de protecie conferit, acoperirile cu lacuri i vopsele se pot mpri n dou categorii: - vopsele active ce conin pigmeni capabili s inhibe coroziunea; - vopsele pasive care exercit doar o aciune de ecranare (izolare a suprafeei metalice).

5.3 Materiale anticorozive a) Oeluri inoxidabile anticorozive. Convenional, se numesc oeluri inoxidabile aliajele Fe-C-Cr, care conin cel puin 12 % Cr i au o participare sub 0,1 % C. Coninutul de min. 12 % Cr confer oelurilor proprietatea de a se acoperi cu un strat pasiv din oxizi de crom, foarte aderent, dens, impermeabil i puin solubil. Utilizri: scuturi pt. turbine cu abur, supape (corp, tije, scaune) buloane, uruburi, piulie, accesorii pentru pompe, arbori i elice pentru nave, cuzinei, accesorii aeronautice, arcuri, decoraiuni, instrumente chirurgicale, rulmeni, lame de brbierit, bile de rulmeni, piese turnate pentru instalaii chimice i menajere etc. b) Aliaje de nichel Nichelul este stabil la aciunea chimic a numeroase medii ca: atmosfer, gaze de ardere, ap dulce i srat, acizi organici i anorganici, soluii alcaline sau neutre. In general, aliajele cu baz de Ni sunt utilizate ca materiale anticorozive (pentru instalaii de rcire, recipiente de reacie, pompe, ventile, conducte, arcuri, colivii .a. n industria chimic, petrolier, a construciilor de maini etc.) att datorit pasivrii lor uoare ct i caracteristicilor lor mecanice ridicate. c) Fonte anticorozive Rezistena maxim la coroziune se obine, n cazul fontelor cenuii, prin aliere nalt cu elemente ca: 1121 % Ni, 711 % Cu, 3035 % Cr, 1018 % Si, 1925 % Al. Din aceast categorie fac parte fontele denumite Nirezist, Nicrosilal, Anticlor, Ferosilid, Sormait .a. Se utilizeaz pentru confecionarea prin turnare a unor piese cu perei subiri pentru pompe, reactoare, condensatoare, ventile, armturi etc. d) Aluminiu i aliaje de aluminiu. Aluminiul de puritate tehnic (min. 99,5 %) prezint o mare rezisten la coroziunea atmosferic (n medii industriale, coninnd bioxid de sulf, negru de fum, praf), la aciunea apei pn la 180 0C i fa de o serie de ageni chimici (acizi, hidroxid de amoniu etc), datorit formrii pe suprafaa metalului a unui strat subire (submicronic) i aderent de oxizi. El este utilizat ndeosebi pentru confecionarea rezervoarelor, conductelor i robinetelor n industria alimentar i petrolier. Aliajele se utilizeaz pentru confecionarea de panouri, accesorii, conducte, rezervoare n construcia de maini, alimentar, armturile i carcasele de maini navale etc. e) Magneziu i aliaje de magneziu. Comportarea la coroziune a magneziului, dei inferioar aluminiului, este bun i este hotrtor influenat de prezena unor elemente de aliere (pn la 2 % Mn, 8 % Al i 3 % Zn).

f) Titan i aliaje de titan. Titanul, acoperindu-se spontan cu o pelicul protectoare de oxid, are o foarte bun rezisten la aciunea coroziv a apei de mare, a mediilor oxidante (acid azotic), a clorurilor umede i a acizilor organici. Prezena unor elemente de aliere (2030 % Mg, 9 % Ta, 0,01 % Pt etc.) mbuntete rezistena la coroziune n diferite medii. Aliajele de Ti se utilizeaz pentru diferite arcuri (n locul oelurilor inoxidabile), palete, discuri, piese diverse n industria construciilor de maini, chimic, petrolier etc. g) Cupru i aliaje de cupru. Cuprul are o rezisten ridicat la coroziune, care se transmite i aliajelor bogate n Cu (alame, bronzuri). Stabilitatea ridicat fa de aciunea coroziv a apei, a mediului atmosferic etc. combinat cu conductivitatea termic ridicat fac ca aceste materiale s fie folosite la transmiterea cldurii (pentru condensatoare, schimbtoare de cldur, prenclzitoare, rcitoare), la confecionarea de recipieni, armturi, arcuri, evi, conducte etc. Alamele coninnd 6090 % Cu posed o anticorozivitate (n atmosfer, ap de mare etc.), similar celei a cuprului, fiind larg utilizate pentru armturi, schimbtoare de cldur, tuburile condensatoarelor, evile fierbtoarelor etc. (CuZn20 , CuZn30). Bronzurile cu Sn, deformabile, sunt folosite ca benzi pentru furtunuri metalice, evi, conducte (CuSn2, CuSn4Pb4Zn4), piese din industria chimic (CuSn4, CuSn6), iar cele turnate, pentru piese de maini rezistente la coroziune (carcase, statoare i rotoare de pompe, armturi - CuSn10). h) Plumb i aliaje de plumb. Plumbul i datoreaz deosebita sa rezisten la coroziune capacitii de formare la suprafaa lui a unor pelicule dense i aderente de diveri compui de Pb. El rezist bine la aciunea acidului sulfuric, fosforic, cromic, mediului atmosferic umed sau cu coninut de bioxid de carbon, apei de mare, soluiilor alcaline diluate. Plumbul nu rezist ns n acizii: clorhidric, acetic, fluorhidric, azotic, formic, precum i n soluiile alcaline concentrate. Aceste materiale se utilizeaz pentru evi, conducte, plci de acumulator, anozi insolubili n bi galvanice etc.

MODULUL 7
OBIECTIVE Obiectivele capitolului constau n prezentarea general a produselor sintetice macromoleculare, denumite materiale plastice. Sunt prezentate att materialele termoplaste, ct i cele termorigide, evideniindu-se proprietile i domeniile principale de utilizare.

7. MATERIALE PLASTICE Prin mase plastice se neleg de obicei produsele sintetice macromoleculare, care pot lua forma dorit folosindu-se proprietatea comun plasticitatea. Indiferent de categoria n care se ncadreaz, masele plastice au cteva caracteristici generale prezentate n continuare: - greutate specific redus, n general sub 1,8 g/cm3, datorit faptului c elementele componente (n principal H i C) au masa atomic redus; - rezisten la ncovoiere, ntindere i compresiune bune; - stabilitate chimic remarcabil fa de majoritatea mediilor agresive; - coeficient de dilatare specific mare datorit legturilor Van der Waals (legturi slabe) dintre catene i conformaiei acestora; - inflamabilitate (n marea majoritate a cazurilor) i stabilitate termic reduse datorit faptului c sunt substane organice; din acelai motiv pot fi degradate de microorganisme (biodegradabilitate); - porozitate reglabil (structur cu pori nchii sau deschii); - prelucrabilitate simpl; - conductivitate electric nul i conductivitate termic mic; - proprietile lor sunt afectate de radiaiile din spectrul vizibil, de ultraviolete i de radiaiile ionizante care pot rupe legturile dintre catene i/sau dintre monomeri modificnd astfel structura iniial prin reducerea gradului de polimerizare; - aspect estetic (produse colorate n mas, translucide sau transparente); - cost sczut. Pentru evidenierea calitilor deosebite ale maselor plastice, n tabelul 7.1 se prezint, comparativ, cteva proprieti ale unor metale frecvent utilizate n tehnic i ale unui termoplast (NYLON 66). Clasificarea materialelor plastice dup comportarea la nclzire se poate face astfel: - materiale plastice termoplaste - supuse nclzirii, pot fi prelucrate prin diferite procedee. Produsele pot fi supuse la numeroase topiri sau nmuieri ulterioare, fr a suferi transformri chimice. - materiale plastice termorigide - se nmoaie prin nclzire, putnd fi prelucrate, iar apoi se ntresc ireversibil, deoarece moleculele sufer transformri chimice.

Tabelul 7.1 Compararea proprietilor materialului NYLON 6.6 i ale unor metale Proprieti U.M. Metale NYLON 6.6 caracteristice Oel Al Mg Unifilar 30% 30% fibre de fibre de sticl carbon Greutate g/cm3 7,8 2,8 1,8 1,14 1,37 1,28 specific Rezisten la daN/mm2 50 20 22,5 8 18 24 traciune Rezisten la daN/mm2 50 12 10 10 26 35 ncovoiere Modul de daN/mm2 2,10 0,70 0,50 0,03 0,09 0,20 x ncovoiere 104 Alungire la % 25 8 10 3 4 traciune Solicitare la daN/mm2 42 11 15 0,60 2 5 traciune Coeficient de 10-6 / K 14 22 25 80 30 20 dilatare liniar

7.1. Mase plastice termoplaste a) Polietilen (PE) Materialele pe baz de polietilen se pot prezenta n dou stri: lichide vscoase pentru lubrifiere sau solide translucide pentru formare. Principalele proprieti rezisten chimic excelent la majoritatea substanelor agresive, conductivitate electric nul, non-toxicitate, flexibilitate. Utilizri: roi dinate, izolaii electrice etc. b) Polipropilen (PP) Este un material mai dur i mai rigid dect polietilena. De asemenea, n comparaie cu polietilena, are rezisten la traciune, modul de elasticitate, rezisten la cldur, rezisten la flexiune i rezisten la ageni chimici mai mari, absorbia de ap redus, proprieti dielectrice comparabile. Utilizri: piese diverse de maini, izolaii electrice, folii pentru ambalaje, fitinguri etc. c) Policlorur de vinil (PVC) La temperatura atmosferic este dur i rigid, dar are tendina de a se descompune prin expunere la lumin puternic. Proprietile mecanice i electrice sunt bune, are rezisten deosebit la ageni chimici, este rezistent la foc (se autostinge), are rezisten mare la ocuri mecanice etc. Utilizri: piese diverse de maini, izolaii electrice, conducte, fitinguri, rezervoare n industria chimic etc. d) Politetrafluoretilen (PTFE) Politetrafluoretilena este complet inert din punct de vedere chimic, are un

coeficient de frecare foarte sczut (0,04), nu este inflamabil, putnd fi utilizat ntrun interval de temperaturi de la 200 la +300 0C. Utilizri: lagre de alunecare, corpuri de pompe, tije de supape, garnituri, cilindri, cuve, garnituri la mbinri etc. e) Polistiren (PS) Este un material fragil i transparent, avnd, la temperatura mediului, proprieti asemntoare sticlei. Este un foarte bun izolator electric i are o rezisten chimic bun la majoritatea acizilor. Poate fi uor expandat obinndu-se spume rigide. Utilizri: echipamente electrice, piese pentru refrigeratoare i containere alimentare, spume rigide pentru izolri i ambalaje. Copolimerul acrilonitril-butadien-stiren (ABS) ranforsat cu fibre de sticl se utilizeaz pentru caroserii de automobile, carcase pentru aparate telefonice sau imprimante, piese diverse pentru maini etc. Printre alte proprieti ale ABS se numr i rigiditatea i rezistena la oc, care permit realizarea de piese cu grosimi mici, rezisten la uzur i la ptare fa de uleiuri, lacuri, detergeni, luciul bun la suprafa, rezistena la cldur, stabilitatea dimensional, uurina de prelucrare. f) Polimeri acrilici (polimetacrilat de metil .a.) Polimetacrilatul de metil este un material transparent (92 % transmisie de lumin), dur, rigid, rezistent la ocuri, rezistent la majoritatea substanelor chimice, dar este atacat de aceton, petrol i derivaii acestuia. Utilizri: lagre de alunecare (adaosurile de 510 % grafit, talc, ZnO2 BaSO4 micoreaz coeficientul de frecare pn la 0,030,06), parbrize de automobile sau avioane, panouri pentru construcii etc. g) Poliamid (PA - naylon) Nylonul (NYLON 6.6, NYLON 10, NYLON 11 etc.) este un material dur, rezistent la abraziune, flexibil, rezistent la ocuri, coeficient de frecare mic (0,15 uscat i 0,06 lubrifiat), rezisten bun la majoritatea substanelor chimice, dar are tendin de absorbie a apei, ceea ce i micoreaz duritatea i rezistena la ocuri. Utilizri: angrenaje fr lubrifiant, colivii de rulmeni, lagre cu alunecare, fitinguri, conducte, piese pentru pompe, izolaii electrice etc. h) Poliesteri (nesaturai) Din grupa poliesterilor fac parte politereftalatul de butilen (PBT), politereftalatul de etilen-glicol i politereftalatul tereftalat (PMTP). Se caracterizeaz prin proprieti mecanice, electrice i termice bune, coeficient de frecare redus (0,16). Utilizri: lagre cu alunecare, carcase pentru maini i aparate, fibre de ranforsare pentru materiale compozite. i) Policarbonai Policarbonaii se caracterizeaz prin rezisten mecanic ridicat, rezisten la

ocuri i flexibilitate chiar la temperaturi de -150 0C, termostabilitate pn la 135 0C, transparen, ductilitate mare, rezisten chimic la ap, acizi, soluii de sruri, grsimi, uleiuri, hidrocarburi benzenice, absorbie mic de ap. Utilizri: componente din ntreruptoare i panouri electrice, mnere pentru scule, piese pentru imprimante sau maini de scris, fire de ranforsare pentru materiale compozite etc. j) Poliacetali Au proprieti mecanice i fizice apropiate de ale metalelor i aliajelor uoare, coeficient de frecare sczut, rezisten la traciune i abraziune bune, rezisten la ocuri mecanice, absorbie mic de ap (sub 0,9 %), flexibilitate mare (comportare asemntoare unui resort din oel). Utilizri: diverse piese pentru construcia de maini, autovehicule, aparatur electrocasnic, roi dinate pentru contoare etc. k) Elastomeri (cauciuc poliizoprenic, acrilic, nitrilic, siliconic etc.) Elastomerii sunt materiale care au modul de elasticitate cu valori mari i i pot modifica dimensiunile n limite largi, revenind ns la dimensiunile iniiale imediat dup ncetarea aciunii deformatoare. Ei pot fi clasificai n patru grupe: - grupa R, coninnd polimeri nesaturai (cauciuc natural sau poliizoprenic, copolimer stiren-butadien, copolimer izobutilen-izopren, polibutadien, cloropren sau neopren, cauciuc nitrilic sau copolimer butadien-acrilonitril); - grupa M, coninnd polimeri saturai (copolimer etilen-propilen, cauciuc acrilic, polietilen clorosulfonat, polimer fluorocarbonic, polifluoroelastomer); - grupa U, coninnd poliuretani (de tip poliesterici sau de tip polieterici); - grupa Q, coninnd cauciuc siliconic. Utilizri: curele de transmisie de toate tipurile (trapezoidale, late, dinate), benzi transportoare, garnituri hidraulice i pneumatice, anvelope i camere pentru anvelope etc. l) Alte materiale termoplaste Polisulfone (polisulfona PS, polieter-sulfona PES, poliaril-sulfona PAS), poliuretani, copolimeri olefinici, celulozice (acetat de celuloz, acetobutirat de celuloz, azotatul de celuloz sau nitroceluloza, etil celuloz etc.) etc. n tabelul 7.2 se prezint sintetic, comparativ, principalele proprieti fizicomecanice ale unor materiale plastice termoplaste. 7.2. Mase plastice termorigide a) Polimeri fenolici (fenoplaste) Grupa fenoplastelor cuprinde mai multe tipuri de polimeri fenolici:
a.1.) Polimeri fenol-formaldehidici (bachelite), utilizai ca rini pentru turnare, stratificare etc., prafuri de presare n diveri aditivi, materiale de umplutur, spume fenolice.

Tabelul 7.2 Principalele proprieti fizico-mecanice ale unor materiale plastice termoplaste. Material Polietilen Polipropilen Policlorur de vinil PTFE Polistiren Polimeri acrilici Poliamide Poliesteri Policarbonai Poliacetali Elastomeri Densitate [g / cm3] 0,9 0,9 1,4 2,1 1,1 1,18 1,13 1,3 1,3 1,371,43 0,961,26 Rezistena la traciune [daN/mm2] 0,11,6 2,74,0 2,46,2 1,72,8 3,5,4 5,07,5 7,0 5,2 5,97,0 6,27,0 40300 Modul de elasticitate [daN/mm2] x10-4 0,120,14 0,51,9 2,44,1 3,56,2 2,83,5 2,73,5 3,2 2,6 2,22,4 6,27 Temperatur maxim de utilizare, [0C] 70 110 65 300 (de la 200) 90 60 150 140 140 120 130 (de la -40)

Caracteristicile principale ale produselor formate din fenoplaste sunt: rezisten mecanic bun, rigiditate, stabilitate dimensional, rezisten la cldur (80159 0 C), rezisten la umezeal i multe medii chimice agresive. a.2.) Polimeri fenol-formaldehidici modificai, avnd proprieti i aplicaii specifice. De exemplu, modificai cu cauciuc, ofer rezisten la oc, modificai cu poliesteri, amelioreaz supleea i solubilitatea n fenoli etc. a.3.) Polimeri fenol-furfurolici, avnd rezisten bun n mediu coroziv i caracteristici dielectrice superioare. a.4.) Rini fenolice, caracterizate prin proprieti electrice superioare, ct i prin rezistene mecanice, termice i chimice foarte bune. b) Poliamine (aminoplaste) Principalele poliamine industriale sunt: b.1.) Carbamidele, care se caracterizeaz prin rezisten la oc, la cldur i la flacr, rigiditate i luciu al suprafeei, rezisten la ageni chimici, proprieti mecanice i electrice bune. b.2.) Melaminele, cu rezisten la oc, la cldur i la flacr, rigiditate i luciu al suprafeei, proprieti dielectrice bune chiar la temperaturi ridicate, rezisten bun la ap fierbinte i la ageni chimici etc. b.3.) Melaminele modificate prin introducerea de alcooli, celuloz etc. c) Poliesteri termorigizi (saturai) Poliesteri nesaturai (termoplastici) se transform n poliesteri termorigizi prin reacii de reticulare cu monomeri de tipul stiren, metilmetacrilat etc. Proprietile principale ale acestor poliesteri sunt: caracteristici dielectrice bune, transparen, rezisten la un numr mare de ageni chimici, posibilitatea prelucrrii prin tehnologii multiple. Utilizri: rini ignifuge, piese diverse armate cu fibre de sticl, rezervoare, conducte, piese electrotehnice etc.

d) Polimeri epoxi Se utilizeaz dou mari clase de polimeri epoxi: rini epoxi i copolimeri epoxi. Rinile epoxi se caracterizeaz prin adezivitate foarte mare fa de multe materiale, utilizndu-se sub form de rini de turnare, adezivi i amestecuri, lacuri din rini epoxi pure sau modificate, pulberi pentru acoperiri. Piesele diverse turnate din rini epoxi au proprieti mecanice i electrice bune, ntrirea realizndu-se la temperatura ambiant sau la temperaturi de la 40 la 100 0C. Adezivii i masticurile confer urmtoarele proprieti: meninerea rezistenei la lipire pn la circa 90 0C, contracie mic (sub 4 %), rezisten bun la ageni chimici, adezivitate foarte bun n special fa de metale. Lacurile din rini epoxi ader bine la suport, au proprieti mecanice i flexibilitate bune, au rezisten la uzur satisfctoare. Rinile epoxi ranforsate cu materiale ca hrtie, fibre sau esturi de sticl, carbon etc., se remarc prin adezivitate bun, contracie mic la ntrire, rezisten la oboseal, proprieti electrice i mecanice bune. Copolimerii epoxi se utilizeaz n special n domeniul adezivilor i acoperirilor, remarcndu-se printr-o mare rezisten la oc, o mrire considerabil a rezistenei peliculei i o coborre a temperaturii de tranziie vitroas. Printre aceste produse se remarc copolimerii epoxi-poliuretanici, epoxisiliconici etc. Utilizri: adezivi, masticuri, pulberi pentru acoperiri, piese diverse armate cu fibre etc. e) Poliimide Principala caracteristic a poliimidelor o constituie rezistena mare la cldur: unele produse i pstreaz proprietile mecanice i electrice pn la 500 0C. e.1.) Poliimidele aromatice au temperatura de utilizare ntre 100 i +250 0C, iar prin adaosuri de umpluturi (grafit, bronz, fibre de sticl etc.) se mbuntesc unele proprieti specifice (coeficientul de frecare, coeficientul de dilatare termic, stabilitatea dimensional). Utilizri: piese ale motoarelor cu reacie, generatoare cu aburi, izolatori termici, comutatoare, suporturi pentru bobine etc. e.2.) Poliesterimidele sunt polimeri cu rezisten la temperaturi ridicate i cu aplicaii speciale, n particular n domeniul aerospaial. f) Alte materiale termorigide Poliuretani termorigizi, polimeri alchidici, polimeri siliconici, polimeri alilici etc.

n tabelul 7.3. se prezint sintetic, comparativ, principalele proprieti fizicomecanice ale unor materiale plastice termorigide.

Tabelul 7.3. Principalele proprieti fizico-mecanice ale unor materiale plastice termorigide. Material Densitate Rez. la Rez. la Temperatur [g / cm3] traciune compresiune, max. de utilizare, [daN / mm2] [daN/mm2] [0C] Polimeri fenolici 1,8 3,5-13,5 11,5-18 260 Poliamine 1,45-2 3,5-7 17-30 200 Poliesteri termorigizi 1,1-2 4,2-42 9-34 170 Polimeri epoxi 1,1-2 2,8-70 10-48 260 Poliimide 1,3-1,9 7,3-9 23,5-29 260 (chiar 500)

MODULUL 8 OBIECTIVE Obiectivele capitolului constau n prezentarea general a proceselor de frecare generatoare de uzare. Sunt prezentate proprietile principale, structura i organizarea intern, domeniile de utilizare ale materialelor rezistente la uzare.

8. MATERIALE REZISTENTE LA UZARE Majoritatea pieselor de maini cu rol funcional deosebit sunt scoase din uz datorit uzrii suprafeelor de contact aflate n micare relativ (n frecare). Frecarea este un fenomen complex care are drept consecine att procesul termic cu pierdere de energie (cldur), ct i procesul uzrii. Cele mai frecvente cazuri de frecare se ntlnesc sub urmtoarele aspecte: a) ntre dou suprafee metalice: prin alunecare - uscat (discurile de friciune ale cuplajelor, frnelor etc.); - lubrificat (fusurile arborilor i osiilor n cuzinei etc.); prin rostogolire - uscat (roi pe cale de rulare etc.); - lubrificat (rulmeni, roi dinate etc.); b) ntre o suprafa metalic i alta nemetalic: prin alunecare - uscat (organe de lucru ale mainilor de prelucrat solul); - umed (transportoare elicoidale pentru materiale umede); prin rostogolire - uscat (concasoare cu flci, cu valuri etc.); - umed (mori cu bile, cu ciocane etc.); c) ntre suprafee metalice i diferite fluide: cu gaze uscate (turbine cu gaze de ardere) sau umede (turbine cu aburi); cu lichide (pompe, turbine hidraulice etc.). Dup rolul funcional al cuplei, frecarea dintre elementele ei poate fi privit ca: - duntoare, datorit nclzirii i uzrii care conduc la deteriorarea i, n final, la scoaterea din uz a reperelor subansamblului de frecare (la lagre, angrenaje, cuple piston-cilindru), sau datorit ntreinerii unor vibraii (micarea sacadat ce apare la ghidajele mainilor-unelte); - util, dei este nsoit, de asemenea, de nclzire, uzare i vibraii (la cuplaje, frne, mbinri cu pene, variatoare i prese cu friciune etc.). 8.1. Materiale rezistente la uzare La alegerea unui material urmnd a fi exploatat n condiii de uzare, trebuie s fie ndeplinite urmtoarele condiii eseniale: comportare bun la frecare, fr predispoziie la gripare sau alte forme de uzare distructiv, bun conductivitate termic, rezisten la uzare i la efecte termice, modul de elasticitate redus, valori corespunztoare ale coeficientului de frecare, pre de cost acceptabil etc. a.) Oeluri rezistente la uzare Oelurile carbon de construcie cu C 0,4 % sunt utilizabile (mai ales din considerente economice) - dar numai n cazul unor solicitri reduse. Oelurile carbon cu 0,40,6 % C posed - alturi de bun rezisten i tenacitate - o comportare superioar i la uzare.

La frecarea - uzarea n condiii mai severe, bune rezultate dau oelurile cu pn la 11,3 % C. Rezistena la uzare a oelurilor poate fi substanial mbuntit prin: tratamente termice sau termochimice: clirea superficial (cu flacr de gaz, prin inducie sau scufundare n bi de sruri), cementare, nitrurare (cianurare, carbonitrurare) i unele metalizri prin difuzie (cromizare, silicizare, borizare). prezena adaosurilor de aliere, ndeosebi a manganului, siliciului i cromului. Utilizri: matrie i poansoane, saboi, ci de rulare, mainilor miniere i terasiere etc. b.) Fonte rezistente la uzare Fontele sunt, n general, materiale mai favorabile pentru suprafee de frecare dect oelurile, datorit att prezenei grafitului (lamelar sau globular), ct i structurii lor neomogene. Ca atare, ele sunt corespunztoare pentru cuple de frecare greu solicitate. Dintre fontele cenuii, cea mai bun comportare la uzare o au cele cu masa de baz perlitic lamelar. Comportarea la uzare a fontelor este influenat substanial de prezena elementelor nsoitoare sau de aliere. c.) Aliaje dure rezistente la uzare Aliajele dure sinterizate, coninnd o cantitate mare de carburi (WC, TiC, TaC) pe lng lianii metalici (din grupa fierului, de obicei Co) - n general larg utilizate pentru scule achietoare, i gsesc ntrebuinare i pentru o serie de repere crora li se pretinde rezisten la uzare (spre exemplu la sarcini dinamice, prin oc sau oscilante). De asemenea utilizate, i n acelai timp mai ieftine, sunt materialele (sinterizate) compuse, de tip Fero-Titanit, coninnd pn la 50 % n volum carburi ntr-o matrice din oel. d.) Materiale pentru acoperiri rezistente la uzare mbuntirea comportrii la uzare prin acoperire cu straturi antiuzare, depuse prin galvanotehnie, prin sudare de ncrcare sau prin metalizare prin pulverizare este indicat a se realiza cnd este necesar protejarea suplimentar contra unei uzri intensive a materialelor. Materiale de depunere: Cr, Ni, oeluri cu C (0,40,8 %), aliaje Ni-Cr-B-Si etc. 8.2. Materiale antifriciune Pentru asigurarea unei funcionri corespunztoare i durabilitii cuplelor de alunecare n frecare (lagre i cuzinei figura 8.5), materialele pentru astfel de aplicaii trebuie s posede: un coeficient de frecare ct mai mic, tendin redus spre gripare, rezisten ct mai ridicat la uzare, conformabilitate (deformabilitate plastic), capacitate mare de rodare, rezisten suficient (la compresiune, oboseal), duritate, stabilitate la coroziune provocat de uleiuri, conductivitate termic (pentru disiparea cldurii produse de frecare). n general ns materialele antifriciune pentru diferite cuple de frecare de alunecare corespund funcional dac au structuri eterogene (formate din mai muli constitueni cu proprieti diferite): faz moale, cu funcie antigripant; faz dur. Astfel, sintetic, din punct de vedere al structurii lor, aliajele antifriciune pot fi ( figura 8.1.): a) cu matrice moale i incluziuni dure (aliaje "albe" de Sn i Pb); b) cu matrice (semi)dur i incluziuni moi (aliaje de Cu i de Al);

c) (cvasi)eutectice.

Fig.8.1. Reprezentarea schematic a structurii portante a materialelor metalice antifriciune Principalele tipuri de materiale pentru lagre i cuzinei se prezint n tabelul 8.1. Tabelul 8.1. Materiale antifriciune Denumirea E [GPa] la 20-100oC materialului [103mm/m.gra STAS - Marca d] HB la max. [W/ grd] 20/100oC T (limit) [oC] Fonte Fonte cu grafit nodular antifriciune STAS 6707-79 Fgn A1 Fgn A2 Fonte maleabile antifriciune STAS 6707-79 Fm A1 Fm A2 160180 911 4047 260/ 200 190/ 140 160180 300 911 15 4758 12 217/ 180 197/ 150 300 12/ 5 12/ 5 10 15 4 4 12,5/ 5 8,5/ 5 (Pm) static (Pm) dinamic [MPa] V [m/ s] VmPm [Mpa.m/ s]

15 12

Aliaje pe baz de Cu, Pb, Sn, Al (bronzuri) Aliaj Cu-Zn 105 1920 2438 STAS 95-80 CuZn38Pb2Mn2 90/ 83 52 19 Aliaj Cu-Al STAS 198/2-81 CuAl9Fe3T CuAl10Fe3T 110 100/ 95 250 1819 76 250 2748 22

Aliaj Cu-Sn STAS 197/2-1976 CuSn14; CuSn10Zn2; CuSn9Zn5 etc. Aliaj Cu-Pb STAS 1512-80 CuPb25 CuPb10Sn10 etc Compoziie de lagr pe baz de Sn STAS 202-80 a) Y - Sn 83 b) Y - Sn 80 c) Y - Sn 89 Compoziie de lagr pe baz de Pb STAS 202-80 a) Y - PbSn 10 b) Y - PbSn6Sb6 c) Y - PbSn6Cd d) Y - PbSn5 e) Y - Pb98 Compoziie de lagr pe baz de Al STAS 202-80 Y - AlSb5 Sinterizate pe baz de Cu Cu - Sn Cu - Pb - Sn Sinterizate pe baz de Fe Fe - C (grafit) Fe - Cu Politetrafloretilen (PTFE, teflon)

112 60/ 55

17,518,4 37 250

3150 25

10 15

7580 32/ 20 70/ 65

1819,2 76/ 52

2035 1522

8 10

230240 Aliaje pe baz de Sn, Pb, Al 50 20,522 1828 24 ...28/10 47 15 100 30 1638/ 1422 2325 24 100 15,520 1012

60 15

612 812

70 28 45/ 2536

2024 150

2030 15

4 6

200 Materiale sinterizate 24 1516 3538/ 2830 45 2540/ 2032 40 60 1213 35

1224 6

2 4

1224 6

3 5

60 Materiale nemetalice 0,35...0,63 100250 i 1,2 armat) 0,250,45 56/ 23 100

4 0,51

5 6

Poliamid (de joas presiune)

0,71,2 712

120150 0,310,51 60 1435 0,30,35 90 2,46,6 810 100450

10 6 613 58 5 3,5

12 6 15 15 1 <1

Textolit

40 20

Grafit

921 1,51,8

8.3. Materiale de friciune Creterea continu a vitezelor i a forelor impun cerine tot mai ridicate fa de eficacitatea i sigurana n exploatare ale sistemelor de frnare i de transmisie (cuplare) i implicit, fa de materialele de friciune (lucrnd n general n regim uscat) care le echipeaz. Materialele de friciune trebuie s posede: coeficient de frecare suficient de mare, uzare ct mai redus stabilitatea acestor caracteristici n timp, la variaii n limite ct mai largi ale ncrcrii i implicit temperaturii. Aliajele metalice compacte (fonte, oeluri i foarte rar, neferoase) sunt limitat utilizabile ca materiale de friciune, coeficientul lor de frecare scznd accentuat (figura 8.2.), iar uzarea intensificndu-se odat cu creterea temperaturilor de lucru.

Fig.8.2. Variaia cu temperatura a coeficientului de frecare al fontei cenuii pe oel

a.) Fonte de friciune Sunt mai rar utilizate (saboii de frnare ai vehiculelor de cale ferat, tamburii de frnare ai autovehiculelor). b.) Materiale de friciune sinterizate Materialele de friciune sinterizate pe baz de fier sunt indicate n cazul unor ncrcri mari pentru cuple funcionnd n regim de frecare uscat. Ele sunt substanial mai ieftine

comparativ cu cele pe baz de bronz, au o rezisten superioar la uzare i o stabilitate mai ridicat la temperaturi nalte (pn la 8001100oCC), fiind confecionate sub form de garnituri (fig.8.3). Utilizri: cuplajele i frnele utilajelor terasiere, macaralelor, utilajelor agricole, frnele roilor de avion, cuplajele i frnele mainilor - unelte, ale mainilor de prelucrare a hrtiei etc. Materialele de friciune sinterizate pe baz de bronz, comparativ cu cele pe baz de Fe, au o conductivitate termic superioar, proprieti mecanice (inclusiv duritate) mai sczute, care ns provoac o uzare mai redus a suprafeelor conjugate, chiar i la ncrcri mai mari. Ele i-au gsit utilizare corespunztoare la cuplajele care - lucrnd fie uscat, fie n ulei - dezvolt cantiti mari de cldur ce trebuie rapid disipate. Utilizarea larg a acestor materiale pentru cuplaje cu ulei se extinde la maini-unelte, maini de prelucrare neachietoare, cuplaje automate pentru autovehicule, vehicule speciale, tractoare, nave, excavatoare etc. Materiale de friciune cermetice au un coninut mare, peste 50 % n volum, de componeni nemetalici (ceramici, ca oxizi -SiO2, Al2O3, silicai) i liant metalic (Fe, Ni, aliaje de Cu), coninnd deseori i alte adaosuri ca metale cu punct de fuziune sczut, sulfai, sulfuri, carburi, grafit. Acestea au refractaritate ridicat i o bun rezisten la uzare. Coeficientul de frecare este cuprins ntre 0,30,7 putnd suporta temperaturi de lucru pn la 1000 oC i chiar mai mult. Cermeii sunt fragili i din acest motiv se folosesc sub form de pastile presate n cupe metalice, acestea fiind apoi nituite pe materialul suport (fig.8.4). Ei se utilizeaz n construcia cuplajelor i frnelor foarte puternic ncrcate i care, din motive constructive, trebuie s aib gabarit i greutate reduse (spre exemplu frnele trenurilor de aterizare ale avioanelor).

Fig.8.3. Forme de garnituri pt. cuplaje

Fig.8.4. Pastile cermetice pt. cuplaje

Fig.8.5. Produse din materiale antifriciune

MODULUL 9 OBIECTIVE Obiectivele capitolului constau n prezentarea aspectelor generale referitoare la alegerea materialelor n construcia de maini. Sunt prezentate apoi criteriile principale utilizate la alegerea materialelor: - criteriul funcional - criteriul tehnologic - criteriul economic.

ALEGEREA MATERIALELOR 9.1. ASPECTE GENERALE In etapa concepiei unui produs se aleg materialele din care se execut acesta, n majoritatea cazurilor existnd posibilitatea de a alege ntre mai multe materiale. O alegere judicioas reclam cunotine temeinice ale regimului de ncrcare din exploatare i ale comportrii mecanice a diferitelor mrci de materiale. O proiectare economic reclam ns i utilizarea materialului celui mai ieftin, cu caracteristice minime, de durat sau de rezisten la solicitri variabile (ciclice), fapt ce se reflect n final n costul produciei. CONCLUZIE: n practica industrial se urmrete nu att utilizarea maxim, ci utilizarea optim a materialelor, ceea ce se poate realiza numai printr-o colaborare ntre elaborator, proiectant i tehnolog. Etapele principale de urmat n alegerea unui material corespunztor sunt indicate schematic n figura 9.1. Analiza problemei

Cerinele privind proprietile fizice i mecanice ale materialului cutat

Proprietile fizice i mecanice ale materialului disponibil

Cerinele nu pot fi satisfcute

Cerinele pot fi satisfcute parial sau total

Cercetri de dezvoltare pentru elaborare de noi materiale

Cercetri pentru perfecionare de tehnologii noi

Stabilirea materialului optim d.p.d.v. funcional, tehnologic i economic

Fig.9.1 Etapele urmrite la alegerea unui material

 Totalitatea cerinelor, att n ceea ce privete funcionarea, exploatarea ct i prelucrarea formeaz matricea de proprieti. Ea trebuie s cuprind cerinele n form de proprieti msurabile pentru a putea alege materialul cel mai corespunztor dintre cele disponibile. Alegerea propriu-zis a materialului se va efectua prin compararea matricei de proprieti cerute cu matricea proprietilor materialelor disponibile. 9.2. CRITERII UTILIZATE LA ALEGEREA RAIONAL A MATERIALELOR INDUSTRIALE Cele mai importante criterii utilizate la alegerea raional a materialelor sunt: - criteriul funcional; - criteriul tehnologic; - criteriul economic. 9.2.1. CRITERIUL FUNCIONAL Criteriul funcional trebuie s aib n vedere tipul solicitrilor (ntindere, compresiune, ncovoiere, torsiune), modul de acionare a sarcinilor n timp (static sau dinamic) precum i condiiile de funcionare (temperaturi joase, nalte etc.). Referindu-ne la tipul solicitrii, reamintim c unele materiale au caracteristici diferite (rezistene admisibile diferite) atunci cnd se trece de la o solicitare la alta: ntindere, compresiune etc. De exemplu, fontele au valori mari ale rezistenei la compresiune, ns valori mici ale rezistenei la ntindere. Alte materiale au aceleai caracteristici pentru grupe diferite de solicitri; de exemplu oelul are aceeai rezisten admisibil pentru ntindere, compresiune, ncovoiere. Reamintim c modurile de solicitare n timp, tipice, sunt: - cazul I, solicitare static; - cazul II, solicitare prin ciclu pulsant; - cazul III, solicitare prin ciclu alternant simetric. Pentru diferite materiale, rezistenele admisibile scad de la cazul I la cazul III, lucru justificat pe baza fenomenului de oboseal a materialului. n cadrul condiiilor de funcionare, temperaturile nalte sau joase determin comportri diferite ale materialelor fa de comportrile la temperatura mediului ambiant, aspect care de asemenea trebuie luat n considerare. Un exemplu de aplicare a criteriului funcional la alegerea unui material este studierea influenei solicitrii de ncovoiere asupra batiului unei maini-unelte. Studierea comparativ a elasticitii, rezistenei la ncovoiere i a rezistenei la traciune a fontei i a oelului au dus la concluzia c utilizarea oelului laminat n construciile sudate ale batiurilor duce la economii importante de material. Cele expuse mai sus se demonstreaz pe un caz simplu lund o grind dreptunghiular solicitat la ncovoiere (figura 9.2). Relaia efortului unitar la ncovoiere va fi:

de unde rezult volumul Va corespunztor efortului unitar la ncovoiere admisibil, a, adic: 2

P l 6 3 P l2 = 4 b h2 2 V h
3P l = bhl 2 ai h

V a =

n general, se pot lua n calcul urmtoarele valori: aiOL = 3 daN/mm2 i aiFc = 1 daN/mm2

h l b

Fig.9.2 Model pentru aplicarea criteriului funcional

Pentru grinda considerat, deformaia cauzat de solicitarea P este: 3 4

Y=

Pl

4 Ebh 3

P l 4 EV h 2

i explicitnd volumul corespunztor deformaiei admisibile se obine: 2 2

P l VYa = 4 EYa h

= bhl

Dac se prezint grafic variaia volumelor Va i VYa n funcie de raportul 12/h, pentru oel avnd modulul de elasticitate E = 2,2 x 104 daN/mm2 i pentru font avnd E = 1,1 x 104 daN/mm2, se obine diagrama din figura 9.3. Grinda considerat va fi raional dimensionat atunci cnd sunt utilizate deopotriv rezistena materialului, caracterizat prin ai, ct i rigiditatea caracterizat prin deformaia Ya. Soluia optim se afl n punctul de intersecie a celor dou curbe: o dreapt care trece prin origine i o parabol cu vrful n origine. V 10 Font 8 6 4 2 Oel 0

l2/h

Fig.9.3. Variaia volumelor Va i VYa

Punctul optim n sistemul considerat are coordonatele mai mari (3,9) pentru font, iar pentru oel acestea sunt mai mici (2,2). Deci n cazul utilizrii oelului volumul este de 4,5 ori mai mic dect n cazul utilizrii fontei, ceea ce duce la economii de material de peste 50 %. 9.2.2. CRITERIUL TEHNOLOGIC Criteriul tehnologic are n vedere proprietile materialelor utilizate, proprieti care trebuie s asigure rezistena materialului la solicitrile la care va fi supus. Proprietile materialelor pot fi: a) proprieti de exploatare; b) proprieti tehnologice. a) Proprietile de exploatare au cptat aceast denumire din cauz c ele reprezint acele nsuiri ale produsului care asigur comportarea lui corespunztoare n exploatare. Astfel, un arc trebuie s fie elastic, un cuzinet trebuie s aib o rezisten ridicat la uzur, etc. Proprietile de exploatare cuprind: - proprieti mecanice; - proprieti fizice; - proprieti chimice. Proprietile mecanice (rezistena la rupere, duritatea, tenacitatea, plasticitatea, elasticitatea) sunt acele nsuiri ale materialului care fac ca el s se opun forelor mecanice exterioare (traciune, ncovoiere, oc, oboseal, fluaj etc.), fr a se rupe sau a se deforma. Cea mai important proprietate de exploatare pentru materialele metalice este rezistena la rupere prin traciune r, msurat conform SI n [daN/mm2]. S-a stabilit c odat cu creterea rezistenei la rupere prin traciune are loc o intensificare a uzurii sculelor achietoare, o scdere a vitezei de achiere (figura 9.4), precum i o mrire a energiei specifice de achiere (figura 9.5).

Vas [m/min] 250

150

50

100

200 r [daN/mm2]

Fig.9.4. Influena rezistenei la rupere asupra vitezei de achiere

WC

[daNm / cm3] 200 150

100

20

40

60

80

r [daN/mm2]

Fig.9.5. Influena rezistenei la rupere asupra energiei specifice de achiere De asemenea, creterea rezistenei la rupere a materialului determin mbuntirea rugozitii suprafeei prelucrate, precum i o cretere a temperaturii n zona de achiere. Duritatea este rezistena opus de un material la ptrunderea din exterior a unui corp de form bine stabilit, numit penetrator. Reamintim c exist mai multe metode de msurare a duritii, cele mai utilizate fiind: - metoda Brinell (mrimea amprentei lsat la suprafaa materialului de o bil de oel clit, HB); - metoda Rockwell (adncimea de ptrundere a unei bile de oel clit, HRB, sau adncimea de ptrundere a unui con de diamant, HRA sau HRC); - metoda Vickers (amprenta lsat de o piramid din diamant cu unghi la vrf de 136o, HV); - metoda Shore (nlimea la care sare o bil din oel clit lsat s cad pe suprafaa piesei, HS); In cazul oelurilor, creterea duritii materialului prelucrat determin o micorare a valorii indicatorului de prelucrabilitate, o mrire a eforturilor de achiere, precum i o mbuntire a rugozitii suprafeelor achiate (figura 9.6).

Rmax [m] 30 v = 10 m/min 18 v = 57 m/min

6 160 200 240 280 320 [HB]

Fig.9.6. Influena duritii asupra rugozitii suprafeelor Cea mai important proprietate elastic a materialelor este modulul de elasticitate E, msurat n [daN/mm2]. Pentru oel, de exemplu, acesta este n medie E = 2,1 104 daN/mm2, curba caracteristic la traciune fiind rectilinie. Caracteristicile de plasticitate reflect capacitatea materialului de a se deforma plastic fr a se rupe. Ele se exprim n mod obinuit prin alungirea la rupere , care se msoar n procente. In general, odat cu creterea alungirii la rupere are loc o mbuntire a prelucrabilitii prin achiere a oelurilor. Caracteristica de tenacitate a materialului exprim capacitatea lui de a absorbi o anumit cantitate de energie fr a se rupe. Ea se exprim prin gtuirea Z, msurat n %, n cazul n care forele exterioare se aplic static sau prin reziliena KCU, msurat n daN/cm2, n cazul n care solicitarea se efectueaz prin oc. Pentru oeluri s-a constatat c odat cu creterea gtuirii specifice Z se nregistreaz de obicei o ameliorare a prelucrabilitii prin achiere i, n general, o mrire a forelor de achiere. In ceea ce privete reziliena, odat cu creterea rezistenei la rupere prin oc are loc o mrire a lucrului mecanic specific la achiere. Proprietile fizice sunt acelea care trebuie s dubleze, n multe situaii, proprietile mecanice ale materialelor. Printre cele mai importante proprieti fizice sunt: densitatea i greutatea specific, conductivitatea termic, dilatarea la nclzire, conductivitatea i rezistivitatea electric, proprietile magnetice. Densitatea materialului, de exemplu este esenial n cazul aparatelor de zbor, conductivitatea termic, la sculele achietoare, conductivitatea electric la conductoarele electrice, rezistivitatea la rezistoarele instalaiilor de nclzire electric etc. Conductivitatea termic reprezint proprietatea unui material de a conduce fluxul caloric. O conductivitate termic sczut a materialului nseamn de exemplu, o evacuare dificil a cldurii din zona de achiere, o concentrare important de cldur la nivelul vrfului sculei achietoare, ceea ce va conduce la o uzur mai rapid a acesteia. Astfel se ntmpl, de exemplu, la achierea unor oeluri inoxidabile, care au conductivitate termic la 20 oC de numai 0,0350,065 fa de oelurile carbon obinuite, care au conductivitatea termic de 0,140.

Temperatura de topire reprezint o caracteristic fizic extrem de important pentru utilizatori. Materialele feroase i neferoase se gsesc ntr-o gam extrem de larg de valori ale temperaturii de topire: - materiale foarte uor fuzibile (Tt < 100 oC); - materiale uor fuzibile (100 oC < Tt < 500 oC); - materiale fuzibile (500 oC < Tt < 1000 oC); - materiale greu fuzibile (1000 oC < Tt < 1800 oC); - materiale refractare (1800 oC < Tt < 2500 0C); - materiale nalt refractare (Tt > 2500 oC). Rezistivitatea electric este o proprietate deosebit de important n multe domenii ale tehnicii, materialele putndu-se clasifica din acest punct de vedere n urmtoarele grupe: - materiale foarte bune conductoare ( < 3 cm); - materiale bune conducttoare ( < 10 cm); - materiale slab conductoare ( > 10 cm); - materiale rezistive (20 cm < < 50 cm); - materiale nalt rezistive ( >50 cm). Proprietile chimice. Dintre proprietile chimice ale materialelor cea mai mare importan pentru industria constructoare de maini o prezint rezistena la coroziune. Aceasta reprezint proprietatea unui material de a nu-i modifica proprietile sub aciunea chimic exercitat la suprafaa corpurilor de ctre aer, ap sau de unele substane chimice. b) Proprietile tehnologice ale materialului sunt acele nsuiri care le fac capabile de a fi prelucrare prin anumite procedee tehnologice (turnare, forjare, sudare, achiere etc.). In funcie de procedeul tehnologic de prelucrare la care se preteaz materialul respectiv, proprietile tehnologice au denumiri specifice: Turnabilitate sau capacitate de turnare, care exprim capacitatea materialului de a se topi i de a umple spaii nguste. De exemplu, fonta se toarn mai bine dect oelul, fiindc este un material eutectic (cu temperaturi de topire mai sczute), are o contracie mic, o capacitate mic de dizolvare a gazelor, umple mai bine formele. Forjabilitate, care exprim capacitatea materialului de a fi deformat plastic la cald sau la rece. De exemplu, oelul carbon este mai forjabil dect oelul aliat, energia necesar fiind ns aproape egal. Ductilitate, care exprim capacitatea materialului de a fi tras n fire subiri, fr a se rupe. De exemplu, din 1 g de aur se poate trage un fir de 2,4 km lungime. Sudabilitate, care reprezint capacitatea unui material de a se suda. La materialele feroase, elementul determinant pentru sudabilitate este carbonul. In figura 9.7 se arat cum variaz sudabilitatea oelurilor n funcie de coninutul n carbon echivalent. Pentru stabilirea coninutului de carbon echivalent se utilizeaz relaia:

Ce = %C +

% Mn %Cr % Ni % Mo %Cu % P + + + + + + 0,0024 t 6 5 15 4 13 2

n care t = grosimea materialului n [mm].

Fig.9.7 Influena coninutului de carbon asupra sudabilitii oelurilor Sudabilitate

10

Sudare oxiacetilenic

Sudare cu arc electric

Ia

Ib 0,5

II

III

%C

Achiabilitate, care reprezint nsuirea materialului de a putea fi prelucrat prin procedee de achiere (strunjire, frezare, burghiere etc.). ntruct procesul formrii achiilor este influenat de un numr nsemnat de factori (procedeul de prelucrare, materialul i geometria sculei, regimul de achiere, condiiile de rcire etc.), comportarea la achiere a materialelor nu poate fi caracterizat pe baza unui criteriu general valabil i cu posibiliti de exprimare valoric. In figura 9.8 sunt prezentate, comparativ, achiabilitile unor materiale utilizate curent n construcia de maini (etalon sunt oelurile inoxidabile martensitice, cu achiabilitate 100 %).
M a t e r i a l

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

50

100

150

200 Achiabilitate, %

Fig.9.8. Achiabilitatea unor materiale

1. Oeluri inoxidabile feritice 2. Oeluri inoxidabile martensitice 3. Oeluri inoxidabile austenitice 4. Oeluri pentru automate 5. Oeluri carbon 6. Oeluri aliate

7. Fonte 8. Oeluri pentru scule 9. Aliaje refractare 10. Aliaje de cupru 11. Aliaje de aluminiu

O proprietate tehnologic foarte important, n cazul multor materiale, este capacitatea materialului de a se trata termic precum i comportarea lui la tratamentul termic. Tratamentele termice nu numai c pot schimba proprietile de exploatare (duritate, rezisten, plasticitate etc.) dar pot modifica i proprietile tehnologice ale materialelor, fcndu-le prelucrabile prin anumite procedee tehnice.
9.2.3 CRITERIUL ECONOMIC In toate etapele de proiectare, la alegerea materialului mai trebuie avut n vedere i criteriul economic, urmrindu-se costul materialului i faptul c este sau nu este deficitar. In funcie de caracterul produciei (de mas, de serie mare sau mic), raportul dintre costul materialului i cel al prelucrrii, variaz. y n producia de mas, datorit automatizrii i mecanizrii proceselor de producie, costul prelucrrii devine mic fa de cel al materialului. Cu toate acestea, este nerecomandabil s se ncerce reducerea cheltuielilor de producie prin folosirea unor materiale mai ieftine, de calitate inferioar, deoarece rezultatele mecanizrii i automatizrii produciei sunt condiionate de utilizarea unor materiale omogene, att dimensional ct i din punctul de vedere al proprietilor tehnologice. y n producia de serie mic, ponderea materialului n costul piesei este mic n raport cu costul prelucrrii, acesta din urm nglobnd munca de cea mai nalt calificare. In aceste condiii se constat c este rentabil s se foloseasc, cnd este cazul, materiale mai costisitoare, dar de calitate superioar. Pentru a aprecia dac este convenabil nlocuirea unui material cu un alt material, mai scump dar cu caliti superioare, se poate utiliza relaia:

X = 100
unde: 100

D S C (1 + ) 100 D C C

D - este creterea relativ, procentual, a duratei de funcionare a produsului; D C 100 - este creterea relativ, procentual, a costului de material; C
S - reprezint cheltuieli pentru introducerea materialului respectiv; C - reprezint costul materialului. Dac: X > 0, prin materialul utilizat se realizeaz o economie; X = 0, costul este egal; X < 0, costul este mai ridicat.

MODULUL 10
OBIECTIVE Obiectivele capitolului constau n prezentarea principalelor materiale pentru construcia sculelor: - achietoare - pentru deformare plastic la rece - pentru deformare plastic la cald. Sunt prezentate proprietile cele mai importante, simbolizarea i domeniile de utilizare.

MATERIALE I TRATAMENTE PENTRU SCULE Alegerea materialelor pentru confecionarea sculelor este dominat de analiza a numeroi factori dintre care cei mai importani sunt: - proprietile materialului care se prelucreaz; - tipul operaiei executate cu aceste scule i performanele mainii-unelte folosite; - modul de rcire a sculei i natura fluidului de rcire; - mrimea i geometria sculei; - prelucrabilitatea i comportarea la tratamentul termic a materialului sculei; - preul de achiziie al materialului pentru scul, preul de cost al sculei i durabilitatea acesteia. Marea diversitate a condiiilor n care lucreaz sculele atrage dup sine o multitudine de proprieti de ntrebuinare i tehnologice pentru materialele destinate confecionrii lor. Sintetizate, aceste proprieti sunt urmtoarele: - duritate ridicat la temperatura de lucru; - rezisten la uzur; - tenacitate. La aceste trei proprieti fundamentale, comune tuturor tipurilor de scule, se pot aduga i altele care pot cpta o importan mai mare sau mai mic, n funcie de natura sculei: - rezisten la ocuri mecanice; - durabilitate; - termostabilitate; - comportare bun n timpul tratamentelor; - prelucrabilitate prin achiere i deformare; - rezisten la coroziune. In funcie de operaiile pe care le execut n cadrul procesului tehnologic de producie, sculele pot fi clasificate astfel: - scule pentru achiere; - scule pentru deformare plastic la rece (ambutisare, extrudare, refulare, ntindere etc.) sau tiere (tanare, perforare, debavurare etc.); - scule pentru deformare plastic la cald (forjare, matriare, laminare etc.). A. Scule pentru achiere Materialele din care se pot executa sculele achietoare sunt: oeluri carbon de scule, oeluri aliate pentru scule, oeluri rapide, carburi metalice, materiale mineralo-ceramice, materiale superdure.

1. Oelurile carbon de scule (OSC 7, OSC 8, OSC 8M, OSC9, OSC 10, OSC 11, OSC 12, OSC 13 - STAS 1700-80) au un coninut de carbon ntre 0,61,4 % i nu conin elemente de aliere (de exemplu, simbolul OSC 10 corespunde unui oel carbon pentru scule avnd concentraia masic medie de carbon %Cm = 1,0 %). Cu aceste scule se poate achia cu viteze de circa 20 m/min fr a depi temperatura de 200250 oC. Utilizri: OSC7 - scule supuse loviturilor i ocurilor (ciocane de forjare la cald, ciocane de lctuerie, baroase, matrie pentru oeluri moi sau mase plastice, cpuitoare, dli, urubelnie, vrfuri de strung, foarfece de mn pentru table, poansoane pentru oel moale, burghie pentru materiale puin dure, instrumente chirurgicale neascuite, scule de tmplrie); OSC13 - scule care nu sunt supuse la lovire i care au o duritate deosebit i muchii de tiere foarte ascuite (instrumente chirurgicale, cuite pentru prelucrarea metalelor, brice, scule de trefilare, burghie, dli, scule pentru prelucrarea pietrelor dure, pile, cuite pentru achiere cu viteze mici etc.). Tratamentele termice care pot fi aplicate sunt: a) nainte de prelucrarea sculelor: recoacere de normalizare, recoacere de nmuiere. b) dup prelucrarea sculelor: clire martensitic (eventual clire la temperaturi sczute) urmat de o revenire joas (la t = 150...200 0C). Pentru a evita fisurarea n cazul sculelor cu forme complicate se recomand clirea n trepte, respectiv clirea n ap i apoi n ulei, iar dup revenire, rcirea n aer. Tratamentele de mai sus se aplic sculelor care au aceleai caracteristici pe toat lungimea lor. In cazul sculelor cu coad, executat dintr-o singur bucat cu partea activ, se recomand aplicarea urmtorului ciclu de tratament: - clire global; - revenire numai pentru coad n baie de sruri, pn la duritatea de 3040 HRC; - clire a prii active; - revenire global a sculei la duritatea necesar prii active. In tabelul 1 se prezint principalele domenii de utilizare, n funcie de marca de oel, a oelurilor carbon de scule. Tabelul 1. Principalele domenii de utilizare a oelurilor carbon de scule Marca Principalele domenii de utilizare oelului OSC7 Scule supuse loviturilor i ocurilor, care necesit o tenacitate mare i duritate suficient: ciocane de forjare la cald, ciocane de lctuerie, baroase, matrie pentru oeluri moi sau mase plastice, cpuitoare, dli, urubelnie, vrfuri de strung, foarfece de mn pentru table, poansoane pentru oel moale, burghie pentru materiale puin dure, instrumente chirurgicale neascuite, scule de tmplrie, scule de modelat, furci pentru maini agricole, coase, seceri, cleti patent, burghie etc. OSC8 Scule care se supun la lovituri i necesit tenacitate mare i duritate mijlocie: matrie pentru forme simple, cuite i foarfece pentru metale moi, scule de tmplrie, scule pneumatice, perforatoare, punctatoare, dornuri de mn, scule pentru fabricarea uruburilor i cuielor, burghie pentru materiale cu duritate mijlocie, matrie cu dimensiuni mici pentru materiale plastice., scule de tiere i ndoire la cald, cleti pentru srm, dli pentru mnuit i cioplit piatr etc. OSC8 Fierstraie circulare sau band pentru lemn, cuite de rindea, dli pentru crbune, M dli pentru cioplirea pietrelor, srme pentru nalt rezisten, matrie pentru injectat mase plastice, piese de uzur la maini agricole. OSC10 Scule care nu sunt supuse la lovituri puternice i brute, care necesit oarecare tenacitate i au tiuri: filiere, burghie pentru roci dure, flci pentru bacuri, prese,

matrie pentru monede, scule pentru fabricarea uruburilor i acelor, scule pentru extrudare, scule pentru achiat metale moi, inele de tras, inele de ambutisare, dornuri etc., cuite de tiat cauciuc, calibre de forme simple, fierstraie mecanice, dli pentru ciocane pneumatice etc. OSC11 Scule supuse la ocuri mici care necesit tiuri ascuite: role de roluit materiale metalice, filiere, freze, burghie, calibre, fierstraie pentru metale, articole de menaj, matrie pentru ambutisat, scule de achiat metale moi. OSC13 Scule care nu sunt supuse la lovire i care au o duritate deosebit i muchii de tiere foarte ascuite: instrumente chirurgicale, cuite pentru prelucrarea metalelor, brice, scule de trefilare, burghie, dli, scule pentru prelucrarea pietrelor dure, pile, cuite pentru achiere cu viteze mici etc. 2. Oelurile aliate pentru scule (200 Cr 120 sau C 120, 97 Mn Cr W1 sau M V W 14, 105 Cr W 20 sau C W 20, 150 V Mo Cr 120 sau V Mo C 120. 55 Mo Cr Ni 15 sau Mo C N 15, 39 V Mo Cr 53 sau Mo V C 50.10 etc. STAS 3611 - 88) sunt oeluri slab aliate cu un coninut de carbon de 0,81,4 %. Viteza economic de achiere cu aceste scule este de 40 m/min, putnd fi ntrebuinate pn la temperaturi de 350 oC. Toate oelurile aliate pentru scule sunt caracterizate prin prezena cromului, care influeneaz pozitiv clibilitatea, rezistena la uzare i stabilitatea dimensional. Utilizri: 90VMn20 - scule de precizie nedeformabile (filiere, calibre, abloane, matrie, tane pentru prelucrri la rece); 57VMoCrNi17 - scule pentru forjare i presare la cald (matrie mari care lucreaz n condiii foarte grele). Tratamentul termic const, ca i n cazul oelurilor carbon de scule, n clire martensitic (se face cu rcire n ulei sau n jet de aer) urmat uneori de clire la temperaturi sczute), dup care se execut o revenire joas (la t = 150...200 0C). In tabelul 2 se prezint principalele domenii de utilizare a oelurilor aliate pentru scule. Tabelul 2. Principalele utilizri ale mrcilor de oel aliat de scule. Marca oelului 90VMn20 Principalele domenii de utilizare Scule de precizie nedeformabile: filiere, calibre, abloane, matrie, tane pentru prelucrri la rece. 105MnCrW11 Scule pentru prelucrri la rece: tarozi, freze, alezoare, bacuri de filiere, burghie, broe, scule de tiere, plci de tiere, cuite fine profilate, scule pentru prelucrarea lemnului, matrie mici pentru mase plastice, cuite pentru tierea hrtiei, instrumente de msurat. 117VCr6 Scule pentru prelucrri la rece: tarozi, burghie, alezoare, extractoare, temuitoare, scule pneumatice, scule de poansonare i gravare. 100VMoCr52 Scule foarte rezistente la uzur, pentru deformri plastice la rece. 155MoVCr11 Scule nedeformabile de mare productivitate, cu stabilitate dimensional, 5 foarte rezistente la uzur, cu tenacitate ridicat: tane cu sensibilitate la rupere, ferstraie pentru metale, tane de ndoit, cuite de foarfece pentru tiere la rece, matrie de debavurat, scule pentru rulat filete, scule puternic solicitate pentru prelucrarea lemnului, scule pentru extruziune. 165VWMoCr1 Scule nedeformabile de mare productivitate, cu stabilitate dimensional, 15 foarte rezistente la uzur i cu tenacitate ridicat: freze, filiere, tarozi, mandrine, broe. 205Cr115 Scule nedeformabile cu clibilitate redus, rezistente la uzur, care nu lucreaz la ocuri sau lovituri puternice, cu tenacitate ridicat: matrie, poansoane, dornuri de tragere, scule de laminare la rece i forjare la cald, calibre, scule de extrudare.

90VCrMn20 105CrW20 45VSiCrW20 31VCr5 31VMoCr29

36VSiWMoCr 53 39VSiMoCr52 40VSiMoCr52 55MoCrNi16 55VMoCrNi1 6 55VMoCrNi1 7 57VMoCrNi1 7 30VCrW85

Scule pentru tiere (cuite industriale, tane, matrie, scule pentru poansoane, scule achietoare, scule pentru ambutisare adnc sau poansoane, instrumente de msurat. Scule pentru prelucrri la rece: tarozi, bacuri de filiere, burghie, broe. Scule rezistente la oc, buterole, dli pneumatice, tane, matrie pentru prelucrri la rece. Scule cu utilizri bine precizate: chei fixe i scule de mn, freze melc. Scule pentru prelucrri la cald: matrie i subansamble de matrie, scule pentru fabricarea de uruburi i nituri, scule pentru maini de forjat radial, scule supuse la solicitri mari la extruziune pentru prelucrarea aliajelor de cupru (buce, matrie de presare). Scule pentru deformri plastice la cald: matrie pentru extruziunea la cald a neferoaselor. Scule pentru deformri plastice la cald: matrie i subansamble de matrie pentru turnarea sub presiune a metalelor uoare. Scule pentru deformri plastice la cald: matrie i subansamble de matrie, matrie pentru turnarea sub presiune a metalelor uoare, scule de presare prin extruziune (dornuri, mandrine la presele de extruziune). Scule pentru forjare i presare la cald: matrie mari, matrie pentru injectat mase plastice, nicovale mari, cilindri de laminor. Scule pentru forjare i presare la cald: nicovale, matrie pentru ciocane medii i mici. Scule pentru forjare i presare la cald (matrie de dimensiuni mari care lucreaz n condiii foarte grele, suport matrie, poansoane pentru extruziune), matrie pentru injectat mase plastice, nicovale, cilindri de laminor. Scule pentru forjare i presare la cald: matrie mari care lucreaz n condiii foarte grele. Scule pentru deformri plastice la cald: matrie i dornuri pentru lucru la temperaturi de maximum 700 oC, foarfeci i cuite pentru tiat la cald, scule de refulare la cald, elemente de matrie pentru turnare sub presiune.

3. Oelurile rapide pentru scule (Rp 1, Rp 2, Rp 3, Rp 4, Rp 5, Rp9, Rp 10, Rp 11 STAS 7382 - 80) sunt oeluri nalt aliate. Elementele de aliere dau oelurilor rapide o rezisten mare la temperaturi ridicate, astfel nct sculele din aceste oeluri i pstreaz duritatea pn la temperaturi de 600 oC. Acest lucru permite prelucrarea cu viteze de achiere de 23 ori mai mari dect n cazul oelurilor carbon de scule. Utilizri: Rp 1 - scule pentru achiere rapid, puternic solicitate la uzur i la temperatur (freze, cuite de strung etc.); Rp 10 - scule achietoare cu regimuri de achiere uoare n materiale cu duritate mic (burghie, scule de filetat, freze). Tratamentele termice al oelurilor rapide constau din recoacere, clire (eventual sub 0 o C), revenire i tratamente termochimice. Pentru ridicarea performanelor sculelor cu tiuri din oeluri rapide pot fi utilizate diferite tratamente termochimice, cel mai utilizat fiind nitrurarea. Diagrama tratamentului termic final pentru oelurile rapide este prezentat n figura 1.

Fig. 1. Diagrama tratamentului termic final pentru oelurile rapide In tabelul 3 se prezint principalele domenii de utilizare a oelurilor rapide pentru scule. Tabelul 3. Domeniile de utilizare a oelurilor rapide pentru scule Marca Principalele domenii de utilizare oelului Rp 1 Scule pentru achiere rapid, puternic solicitate la uzur i la temperatur: freze, cuite etc. Rp 2 Scule de achiere cu viteze foarte mari pentru materiale foarte dure: freze, cuite etc. Rp 3 Scule de achiere cu viteze mari pentru materiale cu duritate ridicat: burghie, scule de filetat, freze, broe, cuite de strung etc. Rp 5 Scule de achiere cu randament satisfctor pentru materiale cu duritate ridicat: burghie, freze, tarozi, cuite etc. Rp 9 Scule achietoare supuse la uzur accentuat, n regim termic moderat: burghie, freze (oel rapid economic). Rp 10 Scule achietoare cu regimuri de achiere uoare n materiale cu duritate mic: burghie, scule de filetat, cuite, freze (oel rapid economic). Rp 11 Scule de achiere cu randament ridicat: freze, alezoare puternic solicitate, dornuri, poansoane i matrie pentru extrudare la rece. 4. Carburile metalice se pot utiliza la achierea materialelor metalice i nemetalice, cu viteze mari de achiere (cu peste 100 % mai mari dect n cazul sculelor din oel rapid). Acest lucru se datoreaz proprietilor generale, ca: duritate mare (peste 85 HRA), rezisten mare la uzur, o mare stabilitate termic (i pstreaz duritatea pn la temperaturi de peste 900 oC). Pe de alt parte ns carburile metalice prezint dezavantajul deteriorrii rapide n cazul prelucrrilor cu oc sau cu vibraii. Plcuele din carburi metalice pentru scule achietoare se clasific n trei grupe principale de utilizare (STAS 6374-80): - grupa P (marcaj cu culoare albastr) - pentru achierea materialelor feroase ce formeaz achii lungi (oel laminat, oel turnat, font maleabil);

- grupa M (marcaj cu culoare galben) - pentru feroase cu achii lungi sau scurte i neferoase (oel manganos, oel austenitic, oel pentru automate, font cenuie, font maleabil, metale neferoase etc.); - grupa K (marcaj cu culoare viinie) - pentru materiale feroase care formeaz achii scurte, materiale neferoase i materiale nemetalice (font cenuie, maleabil, oel aliat, neferoase, materiale plastice, lemn etc.). 5. Materialele mineralo-ceramice sunt compuse din Al2O3 sau din Al2O3 cu amestecuri din carburi sau metale. In funcie de compoziie se disting trei tipuri: a) materiale mineralo-ceramice pure (plcue albe), formate din 99,7 % Al2O3 i infime adaosuri de alte substane menite s favorizeze sinterizarea; b) materiale metalo-ceramice (cermei), formate din amestecuri de Al2O3 i diverse metale; c) materiale carbido-ceramice (plcue cenuii), formate din amestecuri de Al2O3 cu TiC sau WC. Pentru achiere se utilizeaz tipurile a i c. Fixarea plcuelor mineralo-ceramice pe suport se poate face prin brazare sau prin fixare mecanic. Suporturile se execut din oeluri de mbuntire de nalt rezisten. In mod curent se utilizeaz mrcile 41MoCN11 sau 40C10, tratate termic la r = 95110 daN/mm2. Plcuele mineralo-ceramice sunt superioare celor din carburi metalice, printr-o rezisten mai mare la uzare i la temperaturi nalte (i menin proprietile pn la 1200 oC). In schimb, sunt mai fragile dect acestea utilizndu-se numai pentru finisare, la prelucrri fr ocuri i vibraii. Eficacitatea cea mai mare se obine la prelucrarea materialelor care posed o mare capacitate abraziv i o mic conductivitate termic, cum sunt fontele dure i materialele plastice. 6. Materialele superdure au ca element de baz diamantul (elementul cu duritatea cea mai mare cunoscut pn n prezent) sau nitrura cubic de bor. Aceste elemente pot fi naturale sau sintetice, iar ca form pot fi monocristale sau policristale. Folosirea diamantului i a NCB sub form de monocristale, datorit dimensiunilor reduse, este limitat; ea este economic doar la confecionarea sculelor abrazive. Pentru realizarea unor scule achietoare cu geometrie bine definit (cuite) se folosesc policristalele, sub form de plcu, sinterizate. Plcuele din policristale de diamant se utilizeaz pentru prelucrarea tuturor materialelor neferoase (metale, materiale plastice, lemn, beton, marmor etc.), iar cele din policristale de NBC pentru achierea feroaselor. Se recomand la prelucrri de semifinisare i finisare, cu viteze foarte mari (peste 800 m/min), putndu-se utiliza pn la temperaturi de 900 oC (cele cu diamant) i 1100 oC (cele cu NCB). B. Scule pentru deformare plastic la rece i tiere Aceste scule se fabric din: - oeluri carbon de scule (OSC 7, OSC 8, OSC 8M, OSC 9, OSC 10, OSC 11, OSC 12, OSC 13); - oeluri aliate (cel mai des sunt utilizate oelurile C 120 i VMoC 120). In unele construcii, sculele executate din oel au prile active executate din carburi metalice. Tratamentele termice ale sculelor pentru deformare la rece i tiere din oeluri carbon sunt: - recoacere de detensionare; - clire cu nclzire n bi de sruri i rcire n ap sau soluie de sod caustic; - revenire joas. Prin modul de executare a tratamentului (introducere unor anumite pri n nisip, a altora n bi de sruri, rciri diferite a diferitelor pri etc.) se realizeaz duriti diferite n

diferite zone ale sculei (de exemplu n cazul unui poanson, duritatea este 4044 HRC n zona cozii, 4851 HRC n partea de trecere i 5658 HRC la partea frontal). Tratamentele termice ale oelurilor aliate pentru scule de deformare la rece i tiere sunt urmtoarele: - recoacere de detensionare; - tratament termic primar: recoacere de nmuiere, mbuntire (clire + revenire nalt); - tratament termic final, cu trei variante: a) clire cu rcire n ulei i revenire joas; b) clire cu rcire n ulei i revenire medie, tripl; c) clire cu rcire n ulei sub zero grade i revenire. Pentru mrirea rezistenei la uzur a suprafeelor active se aplic diferite tratamente termochimice: nitrurare n gaz sau nitrurare ionic, borurare etc. Cele expuse mai sus sunt valabile pentru prile active ale sculelor pentru deformare plastic sau tiere. Corpurile acestor scule sunt realizate din alte materiale, mai ieftine: fonte cenuii, oeluri carbon etc. Acestea se execut prin turnare (fonte, oeluri) sau sudare (oeluri). C. Scule pentru deformare plastic la cald Condiiile tehnice pe care trebuie s le ndeplineasc aceste scule sunt de natur termic i mecanic. Matriele pentru forjare sunt solicitate timp scurt la compresiune, lovituri, ocuri iar matriele pentru presare, timp mai ndelungat la compresiune. Ca atare, matriele pentru presare trebuie s fie rezistente la temperatur i s posede bun conductivitate termic, iar matriele pentru forjare trebuie s aib nalt rezisten mecanic, tenacitate i duritate ridicat la temperatura de lucru. Pentru construcia acestor scule se utilizeaz oeluri, care se pot mpri n trei grupe: - grupa I - cuprinde oelurile carbon (0,50,7 % C; OSC 7) i oelurile slab aliate (MoCN15, VMoCn17). Se utilizeaz la confecionarea matrielor cu dimensiuni mari. - grupa II-a - cuprinde oelurile mediu aliate cu Cr, Mo, V, W i Si (MoVC 50.10, MoVC 50.15, MoVC 53). - grupa a III-a - cuprinde oelurile bogat aliate cu W, Cr i V (VCW 85). Se utilizeaz la matrie cu dimensiuni mai mici, puternic solicitate. In privina tratamentelor termice, pentru oelurile carbon din grupa I se recomand o recoacere de detensionare dup prelucrrile preliminare, iar apoi o mbuntire (clire + revenire nalt). La oelurile aliate se recomand o recoacere de detensionare dup prelucrrile preliminare, apoi o clire (prenclzire n trei trepte, rcire n dou medii, ulei-aer), urmat de o revenire dubl, cu rcire n aer. Trebuie remarcat c aceste oeluri nu rezist la fluaj, deci nu se pot folosi ca oeluri de construcie n condiii de temperaturi nalte de durat. Ele sunt supuse numai scurt timp i numai la suprafa la temperaturi ridicate. Temperatura scade mult spre interior, avnd n vedere i faptul c matriele sunt de obicei rcite.

MODULUL 11
OBIECTIVE Obiectivele capitolului constau n prezentarea principalelor materiale pentru construcia arborilor i axelor. Sunt prezentate proprietile cele mai importante, simbolizarea, domeniile de utilizare i tratamentele optime aplicate.

MATERIALE I TRATAMENTE PENTRU ARBORI I AXE Alegerea materialelor i a tratamentelor pentru arbori i axe se face n funcie de mai muli parametri, cei mai importani fiind: - tipul lagrelor (cu alunecare sau cu rostogolire); - rezistena materialului la ncovoiere, torsiune i oboseal; - viteza de uzur a suprafeelor de frecare i n primul rnd a fusurilor; - forma constructiv, dimensiunile (n special lungimea) i defectele posibile ca urmare a aplicrii tratamentelor. Principalele materiale folosite n construcia arborilor i axelor sunt: - oeluri carbon (OL 37, OL 42, OL 50, OL 60, - STAS 500-80); - oeluri carbon de calitate (OLC 25, OLC 35, OLC 45, - STAS 880-80); - oeluri aliate cu crom (15CN15, 13CN30, 41C10, 41MoC11, 50VC10); - oeluri turnate (28TMC12, 21TMC12); - fonte cu nalt rezisten (fonte modificate, fonte aliate). Executarea arborilor din oeluri aliate este justificat numai n cazul n care construcia impune acest lucru (pinioane executate corp comun cu arborele, figura 1) sau n cazul arborilor puternic solicitai, la care se pun i probleme de gabarit minim. In toate aceste cazuri prelucrarea arborilor trebuie realizat atent, ntruct creterea rezistenei la oboseal a oelului aliat este nsoit de o mrire a sensibilitii acestuia la concentrarea eforturilor.

Fig.1. Pinion executat corp comun cu arborele Asigurarea rezistenei la oboseal a arborelui i a rezistenei la uzare a fusurilor acestuia trebuie s se realizeze prin forma constructiv a arborelui i prin tratamente de suprafa mecanice, termice sau termochimice (figura 2) i numai n ultim instan prin folosirea oelurilor aliate.

Fig.2. Arbore cu fusuri tratate termic La arborii la care condiiile de rigiditate sunt determinante n alegerea dimensiunilor, ntrebuinarea oelurilor aliate este, n general, nejustificat, ntruct modulul de elasticitate este practic acelai pentru oelurile aliate i pentru cele nealiate. In practic se ntmpl frecvent ca seciunea arborelui s fie mai mare dect cea rezultat din calcule. Aceasta se datoreaz unor cerine de exploatare (spre exemplu, arborele principal trebuie s aib un alezaj pentru a permite trecerea piesei de prelucrat) sau tehnologice, ceea ce face ca eforturile din material s fie reduse. Ca urmare a acestui fapt, arborele poate fi confecionat dintr-un oel carbon de construcie sau chiar din font perlitic sau modificat. Pentru mrirea rezistenei la uzare, n cazul acestor arbori, suprafeele de frecare se mbrac cu buce din oeluri aliate cu duritate mare, tratate termic. Fontele cu nalt rezisten folosite n construcia arborilor cu dimensiuni mari sau a celor cu forme complicate ofer avantajul unor importante economii de material i manoper. Sensibilitatea mai redus la concentrarea eforturilor unitare i proprietatea de amortizare a vibraiilor reprezint, de asemenea, avantaje. Tratamentele termice care se pot aplica sunt cele cunoscute, recomandate i n funcie de calitile care se cer arborilor sau axelor. Pot fi utilizate: - pentru oelurile de cementare: recoacere de normalizare, recoacere + nitrurare, carburarea + clire + revenire joas, , cianurare + clire + revenire joas. - pentru oelurile de mbuntire: recoacere de nmuiere, recoacere de normalizare, clire superficial, clire dubl + revenire + nitrurare. Tratamentele termice ale arborilor cotii se aleg i se execut dup procedee distincte, n funcie de materialele din care s-au realizat semifabricatele. Tratamentele pot fi ncadrate n dou grupe distincte: - tratamente termice de nmuiere, executate naintea operaiilor de prelucrare mecanic prin achiere; - tratamente termice n cursul prelucrrilor, n scopul obinerii duritii superficiale prescrise, nainte i dup operaiile de rectificare i superfinisare. La semifabricatele realizate din font modificat sau aliat, se aplic, de obicei, o singur recoacere de nmuiere, naintea operaiilor de prelucrare mecanic. In cazul semifabricatelor din oeluri, se aplic un tratament de normalizare, nainte de operaiile de prelucrare mecanic, iar dup aceasta se aplic cementarea, nitrurarea, respectiv clirea.