STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR

CAIET DE STUDIU I

11. Ce reprezinta celula elementara a unei retele cristaline?Celula elementara reprezinta cea mai mica grupare de atomi dintr-o retea cristalina, de forma

paralelipipedica, caracterizata de 6 parametri: trei laturi ale celulei - a, b, c şi cele trei unghiuri delimitate de acestea - α, β, γ.

12. Cate sisteme cristaline si tipuri de retele cristalografice a definit Auguste Bravais?7 sisteme cristaline si 14 tipuri de retele spatiale cristalografice

13. Care sunt retelele cristaline tipice materialelor metalice?CFC – cubic cu fete centrate; CVC – cubic cu volum centrat; HC – hexagonal compact;

14 Care sunt parametrii celulei elementare ai sistemului cubic?a=b=c; α=β=γ=90°

15. Ce reprezinta un plan de maxima densitate in atomi?Planele cu cel mai mare număr de atomi (plane de maximă densitate in atomi)

16. Determinati N – numarul de noduri pe celula - pentru reteaua cristalina CVC.

N = ni +Nf +

Nc = 1 +0

+8

= 22 8 2 8

17. Calculati gradul de compactitate al retelei cristaline CFC.

η =volumul atomilor care participa la celula

=volumul celulei

Gradul de compactitate - η, calculat pentru reţeaua cubică cu feţe centrate, cu ajutorul relaţiei (1.1), are valoarea de 74 %.

18. Comparati gradul de compactitate al retelei CVC cu cel al retelei CFC.Gradul de compactitate - η al reţelei cubic cu volum centrat, calculat cu ajutorul relaţiei (1.1), are

valoarea de 68%, deci mai mică decat cea a reţelei cubic cu feţe centrate (74 %).

19. Cum sunt dispusi atomii in reteaua HC?Dacă raportul c/a este egal cu (8/3)1/2 = 1,6330 atunci a′ devine egal cu a.O asemenea structură

devine "ideal compactă", avand numărul de coordinaţie - Nc - egal cu cel al reţelei CFC, adică 12.

20. Care sunt modificarile alotrtopice ale fierului?In cazul metalelor de tranziţie, de exemplu fierul, influenţa structurii electronice asupra căldurii

specifice Cp devine la fel de importantă ca şi vibraţia atomilor din reţea. Seitz a presupus că trecerea la 912°C a fierului α cu structura CVC, in fier γ cu structura CFC, se datorează temperaturii caracteristice Debay, care este mai scăzută pentru Fe - γ decat pentru Fe - α. Dar, in jurul temperaturii de 1300°C, căldura specifică a Fe - α este mai mare decat cea a Fe - γ şi, astfel, la atingerea temperaturii de 1400°C are loc revenirea la structura CVC.

21. Descrieti tipurile de defecte punctiforme e retea cristalina.1 - vacanţele (noduri ale reţelei cristaline fără nici un atom)2 - atomi interstiţiali (atomii ce se află interpuşi intre nodurile reţelei cristaline)3 - atomi de impuritate de substituţie (atom de impuritate ce substituie un atom al metalului de bază)4 - atomi de impuritate interstiţial (atom de impuritate dispus in interstiţiile reţelei cristaline)

22. Ce defect punctiform are o energie de formare mai mare: vacanta sau atomul interstitial?Energia de formare a unei vacanţe este de ordinul a 1 eV, iar energia de formare a unui atom

interstiţial este de ordinul a ~ 3 eV, fapt explicabil prin aceea că un atom interstiţial duce la o distorsionare mai accentuată a reţelei decat o vacanţă.

1

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR

23. In ce conditii pot interactiona intre ele dislocatiile marginale?Modul de interacţiune intre dislocaţiile existente intr-un cristal poate cuprinde următoarele variante:

Dislocaţiile marginale de semne diferite, din acelaşi plan de alunecare, se vor atrage, astfel incat apropierea lor va duce la scăderea distorsiunilor reţelei cristaline. Cand extraplanul superior (dislocaţie marginală pozitivă, simbolizată cu ⊥) va coincide cu extraplanul inferior (dislocaţie marginală negativă, simbolizată cu T), cele două dislocaţii se anulează reciproc, se anihilează. Dislocaţiile marginale de acelaşi semn, din acelaşi plan de alunecare, se resping, situandu-se la distanţe mari una faţă de alta. Dislocaţiile marginale de semne diferite din plane de alunecare adiacente, se vor atrage. Dislocaţiile de acelaşi semn se grupează in "pereţi de dislocaţii”.

25. Ce influenta au defectele de retea cristalina asupra proprietatilor unui material metalic (limita de curgere si rezistenta mecanica)?

Un metal se poate durifica prin blocarea dislocaţiilor.

26. Ce sunt blocurile in mozaic?Cercetările structurale de microscopie a metalelor au arătat faptul că grăunţii dintr-un policristal nu

sunt monolitici, monocristale perfecte, ci sunt compuşi din subgrăunţi (blocuri in mozaic), cu un unghi de dezorientare intre ei foarte mic, de ordinul minutelor.

27. Ce intelegeti prin limita coerenta de graunte?Limita dintre grăunţi reprezintă o zonă de trecere foarte ingustă, cu grosimea de aproximativ 5-10

distanţe interatomice

29. Definiti solutiile solide interstitiale.Soluţiile solide interstiţiale se formează prin pătrunderea atomilor componentului solubil in interstiţiile

reţelei cristaline a componentului de bază (solventul).

30+33. Enuntati regulile Hume-Rothery de solubilitate nelimitata a unei solutii solide.1 Dacă diferenţa dimensională a atomilor elementelor ce formează aliajul depăşeşte 14 - 15%,

atunci solubilitatea in stare solidă va fi limitată. (34)2 Cea de-a doua condiţie de formare a soluţiilor solide nelimitate este existenţa aceluiaşi tip de

reţea cristalină pentru ambii componenţi, adică condiţia de izomorfism.3 Caracterul electrochimic al elementelor componente să fie acelaşi.4 Concentraţia electronică.

34. Ce aspect microscopic au compusii intermetalici?Compuşii intermetalici prezintă in general la microscop forme aciculare, lamelare sau poliedrice, cu

caracter idiomorf (cu simetrie exterioară)

35. Care este deosebirea intre o solutie solida omogena si una neomogena ?a) soluţie solidă omogenă cu grăunţi alotriomorfi, asemănători cu cei ai metalului pur,

structură de echilibru ce se obţine insă numai la răciri foarte lente;b) soluţie solidă neomogenă, cand răcirea se face mai repede (fapt curent in practica

industrială) rezultand cristale neomogene, cu aspect caracteristic dendritic (dendron - copac, in limba greacă)

36. Care sunt categoriile de compusi de tip geometric ?Compuşii de tip geometric se formează pe baza factorului geometric (diferenţa dintre razele atomice

ale componenţilor). Din această grupă fac parte fazele Laves, fazele Sigma şi fazele Hagg (sau compuşi interstiţiali). Dacă diferenţa atomică este mare, se formează compuşii interstiţiali. Dacă

2

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELORdimensiunile atomice sunt relativ apropiate, se formează fazele Laves şi fazele Sigma.

38. Care sunt caracteristicile generale ale unui compus chimic ?- Respectă o formulă chimică- Reţeaua cristalină formată diferă de cea a elementelor participante

40.. Cum sunt valorile proprietatilor mecanice de rezistenta pentru un compus chimic?Compusul chimic este o faza dura si fragila.

41.Scrieti compozitia chimica a aliajului de cuzineti de tip Babbit.83%Sn, 11%Sb, 6%Cu

42. Ce sunt amestecurile mecanice?Amestecurile mecanice – (sau agregatele cristaline) sunt structuri eterogene, formate din două sau mai multe faze. Acestea se numesc eutectice, dacă se formează prin solidificare direct din topitură, sau se numesc eutectoide, dacă s-au format prin transformare in stare solidă dintr-o soluţie solidă.

43. Cum definiti plasticitatea unui material?Plasticitatea, adică capacitatea materialelor metalice de a suferi o deformare plastică semnificativă

inainte de rupere, este una dintre cele mai importante proprietăţi ale acestora.

44. Care este principalul mecanism structural de deformare plastica?Alunecarea, principalul mecanism structural de deformare plastica a unui material metalic, se

realizează ca urmare a mişcării dislocaţiilor in cristal, proces care nu afectează arhitectura cristalografică

46. Care este diferenta intre ruperea ductila si ruperea fragila a unui material metalic?Ruperea fragilă are loc prin rupere prin forfecare, cand suprafaţa de rupere este perpendiculară la

componenta normală a tensiunii Ruperea ductilă are loc prin alunecare, sub acţiunea tensiunilor tangenţiale. Suprafaţa de alunecare

este dispusă sub un unghi de 45° faţă de direcţia principalelor tensiuni normale.

47. Descrieti aspectul fisurii si schema de rupere a unui material metalic in cazul unei ruperi ductile si respectiv fragile.

Pentru ruperea fragilă, unghiul de deschidere al fisurii este ascuţit (fisură ascuţită), iar deformarea plastică in jurul suprafeţei de rupere lipseşte aproape integral (figura 5.5,a). In cazul ruperii ductile fisura are un unghi mare de deschidere (fisură teşită), suprafaţa de rupere fiind caracterizată de o puternică deformare plastică.

Figura 5.5 – Aspectul fisurii şi schema de rupere (secţiune perpendiculară pe suprafaţa de rupere): a) fragilă; b) ductilă;

48. Definiti ruperea ductila a unui material metalic.Ruperea ductilă are loc prin alunecare, sub acţiunea tensiunilor tangenţiale. Suprafaţa de alunecare este dispusă sub un unghi de 45° faţă de direcţia principalelor tensiuni normale.

49. In functie de ce parametru se face delimitarea intre deformarea plastica la rece si deformarea plastica la cald?

Temperatura de recristalizare

50. Care sunt modificarile structurale care apar la ecruisarea unui material?

3

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELORPrin deformare, grăunţii işi schimbă forma şi orientarea, formand o structură texturată cu o orientare

preferenţială a cristalelor. Grăunţii cu orientări diferite se rotesc şi se dispun cu axele de maximă densitate in atomi de-a lungul direcţiei de deformare.

52. In ce consta procesul de coalescenta a grauntilor unui material, la incalzirea acestuia in cadrul recristalizarii?

Creşterea subgrăunţilor o dată cu creşterea duratei de menţinere sau creşterea temperaturii de încălzire. (contopirea subgrăunţilor şi schimbarea orientării cristalelor)

53. Care sunt cele doua etape ale recristalizarii propriu-zise?“Recristalizarea primară” reprezintă procesul de formare de noi grăunţi echiaxiali. Noii grăunţi se

formează la limita blocurilor in mozaic sau a vechilor grăunţi, adică acolo unde reţeaua este cel mai puternic deformată prin ecruisare. Din punct de vedere termodinamic, procesul de recristalizareprimară este eficient deoarece la trecerea metalului deformat intr-o stare mult mai stabilă are loc scăderea energiei libere. Ca urmare, in urma recristalizării primare ecruisarea metalului dispare, iar proprietăţile se apropie de cele corespunzătoare stării iniţiale. Densitatea de dislocaţii revine, de asemenea, la valoarea iniţială.

Creşterea ulterioară a temperaturii duce la al 2-lea stadiu al procesului – “recristalizarea cumulativă”, ce constă in creşterea noilor grăunţi formaţi. O mare cantitate de grăunţi dimensional mici au o mare rezervă de energie superficială. Prin creşterea grăunţilor, suprafaţa totală a interfeţei acestora scade, fapt ce facilitează trecerea metalului intr-o stare mult mai stabilă. Forţa motrice a acestei etape de creştere a grăunţilor este tocmai scăderea energiei superficiale.

54. Cum variaza proprietatile mecanice in functie de gradul de deformare plastica aplicat unui material metalic?

Cu creşterea gradului de deformare, proprietăţile mecanice ce caracterizează rezistenţa la deformare (σp 0,2, σm, HB) cresc si are loc o durificare prin deformare, iar capacitatea de deformare plastică (δ, ψ) scade.

55. Ce reprezinta textura unui material metalic?Orientarea cristalografică preferenţială a grăunţilor de-a lungul direcţiei de deformare se numeşte

textura materialului.

56. Definiti procesul de ecruisare a unui material metalic.Durificarea materialului sub acţiunea deformării plastice se numeşte ecruisare.

57. Care sunt formele de cristalizare ale fierului? CVC, CFC

58. Care este limita de solubilitate a carbonului in Feα?0,002%

59. Ce este austenita?Austenita (A) este soluţia solidă interstiţială de carbon in Fe γ. La 1147° C austenita poate dizolva 2,11

%C, iar la 727° C – 0,8 %C.

60. Descrieti transformarea prin care se formeaza perlita.Perlita (P) – eutectoidul sistemului Fe – Fe3C – este amestecul mechanic de ferită şi cementită ce

conţine 0,8 %C.

61. Care sunt caracteristicile grafitului?Grafitul cristalizează in sistem hexagonal, este un material moale şi are o rezistenţă scăzută. Rezistenţa

grafitului creşte odată cu creşterea temperaturii: la 20° C rezistenţa Rm = 20 MPa, iar la 2500° C grafitul este mai rezistent decat toate metalele refractare.

62. Care este temperatura de topire a fierului?1536 °C.

63. Care faza are o stabilitate structurala mai mare: cementita sau grafitul?grafitul

4

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR

64. Enumerati fazele care se formeaza in sistemul Fe-carbon.Fierul este un metal gri – argintiu ce aparţine grupei a VIII-a a sistemului periodic, având masa

atomică de 55,85, densitatea de 7,86 g/cm3 şi temperatura de topire de 1536 C. Fierul pur obţinut încondiţii de laborator conţine mai puţin de 0,0001 % impurităţi, iar fierul de puritate tehnică în jur de 0,1 – 0,15% impurităţi. Rezistenţa mecanică a fierului de puritate tehnică este mică, de 250 MPa, pentru o δplasticitate, în schimb, relativ ridicată - δ = 50%, ψ = 80%.

Fierul, în stare solidă, se poate afla în două forme polimorfe: CVC (cubic cu volum centrat) şi CFC (cubic cu feţe centrat). Conform schemei de variaţie a energiei libere (figura 90) rezultă că în intervalul de temperaturi 910°C – 1392°C cea mai mică energie liberă şi cea mai mare stabilitate o are Fe γ cu reţea cristalină CFC.

Sub temperatura de 910° C şi deasupra temperaturii de 1392° C este stabil Fe α cu reţea CVC.Modificarea de temperatură înaltă a fierului α este denumită uneori Fe δ deoarece este paramagnetică şi nu feromagnetică ca Fe α, deşi din punct de vedere cristalografic nu se deosebesc.Curba de răcire înregistrează două transformări polimorfe şi una magnetică (figura 91).

Transformarea magnetică de la 768° C nu este legată de modificări ale reţelei cristaline sau de recristalizări, ci de modificări ale straturilor electronice interioare şi exterioare ale atomilor care duc la variaţii ale proprietăţilor magnetice.

Carbonul aparţine grupei a IV-a din sistemul periodic al elementelor. Carbonul se întâlneşte în natură sub două forme: diamant şi grafit. Masa atomică a carbonului este 12, densitatea grafitului de 2,25 g/cm3 şi temperatura de topire de 3500° C. Grafitul cristalizează în sistem hexagonal, este un material moale şi are o rezistenţă scăzută. Rezistenţa grafitului creşte odată cu creşterea temperaturii: la 20° C rezistenţa Rm = 20 MPa, iar la 2500° C grafitul este mai rezistent decât toate metalele refractare.

Carbonul formează cu fierul soluţii solide interstiţiale. Solubilitatea carbonului în fier depinde de forma sa cristalografică. Diametrul interstiţiilor reţelei cristaline CVC este mult mai mic decât diametrul interstiţiilor din reţeaua CFC. De aceea Fe α este capabil să dizolve carbon în cantităţi mici, în timp ce solubilitatea carbonului în Fe γ este mult mai mare.

În sistemul Fe – C se pot întâlni următoarele faze: faza lichidă, soluţia solidă pe bază de Fe α (ferită), soluţia solidă pe bază de Fe γ (austenită), compusul chimic Fe3C (cementită) şi grafit.

Ferita (F) este soluţia solidă interstiţială de carbon în Fe α. La 727° C solubilitatea carbonului în Fe α are valoarea maximă, de 0,02 %; la 20° C carbonul este solubil în Fe α în proporţie de 0,006%. Proprietăţile feritei sunt apropiate de cele ale fierului pur.

Austenita (A) este soluţia solidă interstiţială de carbon în Fe γ. La 1147° C austenita poate dizolva 2,11 %C, iar la 727° C – 0,8 %C.

Şi în ferită şi în austenită se pot dizolva multe elemente de aliere ce formează soluţii solide de substituţie şi care modifică puternic proprietăţile. În plus, alierea poate modifica substanţial temperature limitelor de existenţă a acestor faze.

Cementita (cem) – carbura de fier Fe3C conţine 6,67 %C. Temperatura de topire a cementitei este de 1252° C, iar duritatea acesteia este foarte mare, de 800 HB, putând zgâria cu uşurinţă sticla. Cementita este foarte fragilă, are o plasticitate aproape nulă, o reţea ortorombică cu o împachetare densă a atomilor.La încălzire cementita se dizolvă conform următoarei reacţii:Fe3C → 3Fe + Cgrafit

65. Ce faza este mai dura: austenita sau cementita?Cementita duritatea acesteia este foarte mare, de 800 HB, putand zgaria cu uşurinţă sticla

66. Care este influenta ledeburitei asupra proprietatilor de turnare a fontelor?Lipsa ledeburitei din structura oţelurilor face ca plasticitatea acestora să fie mai mare şi deci să poată

fi prelucrate prin deformare plastică. Pe de altă parte, prezenţa in structura fontelor a ledeburitei uşor fuzibile, face ca proprietăţile de turnare ale acestora să fie considerabile.

67. Ce este ledeburita?Ledeburita (Led) – eutecticul sistemului Fe – Fe3C – reprezintă amestecul mecanic dintre austenită şi

cementită şi conţine 4,3 %C.

68. Ce este perlita?Perlita (P) – eutectoidul sistemului Fe – Fe3C – este amestecul mecanic de ferită şi cementită ce

conţine 0,8 %C.

69. Ce continut de carbon pot avea otelurile si ce continut de carbon pot avea fontele albe?

5

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELORotelurile intre 0 – 2,11%C;fontele albe intre 2,11 – 6,67%C;

70. In ce conditii termodinamice se formeaza grafitul intr-o fonta cenusie?Grafitizarea reprezintă procesul de formare a grafitului in timpul cristalizării sau răcirii aliajelor Fe-

C. Grafitul se poate forma atat din fază lichidă, la solidificarea fontei, cat şi din fază solidă.

71. Care sunt factorii de care depinde grafitizarea fontei?Grafitizarea fontei depinde de următorii factori:

- existenţa in fontă a unor centri de grafitizare- viteza de răcire- compoziţia chimică a fontei

72. Care sunt structurile posibile ce se pot forma in masa metalica de baza intr-o fonta cenusie?Structura masei metalice de bază determină duritatea fontei. Astfel, masa metalică poate fi:

• perlitică, cand 0,8 %C se află sub formă de cementită, iar restul sub formă de grafit;• ferito-perlitică, cand cantitatea de carbon sub formă de cementită este mai mică de 0,8 %;• feritică

74. Prin nodulizarea grafitului ce se intampla cu proprietatile mecanice de rezistenta ale fontei: cresc sau scad?Pe măsura rotunjirii formaţiunilor de grafit, rolul lor negativ de predispunere la fisurare scade, iar proprietăţile mecanice ale fontei cresc. Forma nodulară a grafitului se obţine cu ajutorul modificatorilor precum SiCa, FeSi, Al, Mg.

75. Descrieti tratamentul de recoacere prin care o fonta alba este transformata structural intr-o fonta maleabila.

Fontele maleabile se obţin din fonte albe cărora li se aplică un tratament termic de recoacere de grafitizare (de maleabilizare) şi nu se supun deformării plastice. Grafitul din fontele maleabile are forma de fulgi aglomeraţi in nişte formaţiuni numite „cuiburi”.

76. Cum este rezistenta la uzura prin frecare si abraziune a fontelor cenusii?Fontele cenuşii au o comportare bună la uzare prin frecare şi uzare prin abraziune (determinată de

prezenţa unor particule dure, străine). Astfel, rezistenţa la uzare a fontelor cenuşii perlitice cu grafit lamelar fin este superioară fontelor maleabile şi oţelurilor, fiind inferioară doar fontelor călite, cu structură martensitică. In general, pentru o rezistenţă la uzare ridicată, fonta cenuşie trebuie să aibă o structură perlitică, grafit lamelar fin şi uniform distribuit, formaţiuni disperse de eutectic fosforos şi o cantitate minimă de ferită sau, in cazul frecării uscate, se pot folosi fonte complet feritice cu grafit interdendritic.

77. Care sunt formele caracteristice de grafit care se pot forma intr-o fonta cenusie?lamelar, nodular si “in cuiburi”

78. Care sunt modificatorii nodulizanti cu ajutorul carora se obtine o forma nodulara a grafitului?SiCa, FeSi, Al, in special Mg.

79. Care este valoarea minimă a rezistenţei la rupere la tracţiune în N /mm2 pentru o fonta cenusie cu rezistenţă mecanică ridicată?

13.3. 300-400 N / mm2

87. Cum variaza proprietatile mecanice ale unui otel in functie de concentratia de carbon din compozitie?Odată cu creşterea conţinutului de carbon, creşte duritatea şi rezistenţa mecanică a oţelurilor, iar

plasticitatea scade.

CAIET DE STUDIU II

1. In ce constă un tratament termo-mecanic?Presupune combinarea acţiunii termice cu deformarea plastică; Acestea se impart in: TTM pentru aliaje ce se supun imbătranirii; Acestea includ:

- TTM de temperatură scăzută (TTMTS),

6

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR- TTM de temperatură inaltă (TTMTI),- TTM preliminar şi- TTM combinat de temperatură joasă şi ridicată.

TTM pentru oţeluri ce se călesc la martensită; Acestea includ:- TTM de temperatură scăzută (TTMTS),- TTM de temperatură inaltă (TTMTI),- TTMI izotermic,- TTM cu deformare in timpul transformării perlitice,- TTM preliminar

2. In ce constă un tratament termo-chimic?tratament termo-chimic (TTC) – presupune combinarea acţiunii termice cu acţiunea chimică; Se imparte in următoarele trei grupe:

imbogăţire difuzivă cu nemetale – cuprinde:o cementare,o nitrurare,o cianurare (nitro-cementare),o borizare,o oxidare.

imbogăţire difuzivă cu metale – cuprinde:o alitare,o cromizare,o silicizare,o imbogăţire cu alte metale.

eliminare difuzivă a elementelor – cuprinde:o dehidrogenare,o decarburare.

3. Care este diferenţa intre o recoacere şi o călire?Tratamentul termic, numit recoacere, constă in incălzirea materialului metalic ce se află intr-o stare in

afară de echilibru, cu scopul de a-l adduce intr-o stare cat mai aproape de echilibru. Răcirea după recoacere este foarte lentă şi se face cu cuptorul.

Starea de aliaj călit se caracterizează prin instabilitate structurală. Procesele ce apropie această structură de starea de echilibru se pot desfăşura şi la temperatura camerei şi se accelerează puternic la incălzire.

4. Care sunt variantele recoacerii de ordinul I ? recoacere de omogenizare – scopul principal al acestui tratament termic este acela de a elimina

segregaţiile interdendritice (neomogenităţi chimice); recoacere de recristalizare – este tratamentul termic aplicat unui aliaj deformat plastic cu scopul de a-l

recristaliza; recoacere de detensionare – este tratamentul termic prin care principalul proces este acela de a

elimina total sau parţial tensiunile interne;

5. Definiţi cele două categorii de căliri? călirea fără transformare polimorfă – constă in incălzirea metalului sau aliajului pană la temperatura

de dizolvare a fazei secundare in exces, menţinerea la această temperatură cu scopul obţinerii unei soluţii solide suprasaturate omogene şi răcirea rapidă a acesteia pentru obţinerea aceleiaşi soluţii solide suprasaturate la temperature camerei. Ca urmare, se obţine o structură metastabilă. Acest tip de călire se aplică aliajelor Al – Cu (duraluminuri).

călirea cu transformare polimorfă - constă in incălzirea metalului sau aliajului mai sus de temperatura de transformare fazică cu răcire rapidă ulterioară pentru obţinerea unei structuri metastabile. Acest tip de călire se aplică aliajelor Fe-C (oţelurilor). După călire, in oţel se formează o soluţie solidă suprasaturată de carbon in Fe α, numită MARTENSITĂ.

6. Care este diferenţa intre recoacerea de ordinul I şi recoacerea de ordinal II?Recoacerea, pentru care incălzirea şi menţinerea aliajului metalic se face cu scopul de a-l aduce intr-o

stare cat mai aproape de echilibru pe baza indepărtării neomogenităţilor chimice, eliminării tensiunilor interne

7

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELORşi recristalizării, se numeşte recoacere de ordinul I. Aplicarea acestui tip de tratament termic nu presupune transformări fazice. Acesta se poate aplica oricărui tip de aliaj şi metal.

Recoacerea, pentru care incălzirea se efectuează la temperature superioare temperaturilor de transformare fazică, cu răcire lentă ulterioară pentru obţinerea unei structuri de echilibru, se numeşte recoacere de ordinul II.

8 Care este definiţia tratamentului de revenire al oţelurilor ?Tratamentul termic ce constă dintr-o incălzire a aliajului călit la temperaturi inferioare celor de transformare fazică (sub Ac1), cu scopul de a aduce structura la o stare cat mai apropiată de cea de echilibru, se numeşte revenire. Revenirea reprezintă operaţia ce se aplică după călirea oţelurilor (călire cu transformare polimorfă).

9 Ce reprezintă recoacerea de ordinul I ?Recoacerea, pentru care incălzirea şi menţinerea aliajului metalic se face cu scopul de a-l aduce intr-o stare cat mai aproape de echilibru pe baza indepărtării neomogenităţilor chimice, eliminării tensiunilor interne şi recristalizării, se numeşte recoacere de ordinul I. Aplicarea acestui tip de tratament termic nu presupune transformări fazice. Acesta se poate aplica oricărui tip de aliaj şi metal.

10. Care sunt temperaturile de incălzire pentru recoacerea de omogenizare ?Incălzirea pentru recoacerea de omogenizare se efectuează la temperaturi ridicate deoarece la aceste

temperaturi procesele de difuziune sunt cel mai intense, procese care stau la baza omogenizării chimice a oţelului. Pentru oţeluri aliate, temperatura de recoacere este indicată de obicei in intervalul 1050 – 1250 °C.

11. In ce condiţii se aplică recoacerea de recristalizare? Pentru oţelurile carbon (0,08 – 0,2 %C) care se supun laminării, matriţării, trefilării, temperatura de

recoacere este cuprinsă in intervalul 680 – 700 °C. Pentru oţelurile hipereutectoide aliate Cr sau Cr-Ni, recoacerea de recristalizare se aplică intre 680 –

740 °C timp de 0,5 – 1,5 ore.

12. Cum definiţi recoacerea completă ?De aceea, recoacerea completă se aplică de regulă cu scopul de a finisa granulaţia (de a micşora

granulaţia). In plus, prin recoacere completă se indepărtează două neajunsuri ale structurii oţelului hipoeutectoid – structura de tip Wiedmansttatten şi structura in şiruri.

13. Cum definiţi recoacerea izotermă ?Recoacerea izotermă – se aplică pentru imbunătăţirea prelucrabilităţii oţelurilor aliate. Aceasta constă

din incălzirea cu 30 – 50 °C mai sus de Ac3 (ca şi la recoacerea completă), o răcire relativ rapidă pană la temperature sub Ar1 (de obicei 660 – 680 °C), o menţinere izotermă la această temperatură pentru obţinerea unei structuri perlitice de echilibru şi răcirea ulterioară in aer

14. Ce reprezintă recoacerea de sferoidizare ?Pentru recoacerea de sferoidizare intervalul de temperaturi pentru recoacere este destul de ingust –

750-780 °C: pentru oţelurile apropiate de compoziţia eutectoidă, intervalul de recoacere este cel mai ingust (740 – 750 °C). In scopul obţinerii unor carburi globulare pentru oţelurile aliate hipereutectoide, acestea se pot incălzi la temperaturi mult mai inalte şi intrun interval mult mai larg (770 – 820 °C). După recoacerea de sferoidizare, oţelurile eutectoide sau hipereutectoide au o bună prelucrabilitate prin aşchiere.

15. Care este diferenţa intre normalizare şi recoacere ?Dacă la recoacere răcirea se efectuează în aer, atunci această recoacere se numeşte normalizare.Astfel, normalizarea ca operaţie intermediară este analoagă recoacerii. Dar cum normalizarea este mai avantajoasă decat recoacerea, ea este preferabilă dacă obiectivul propus este acelaşi.

16. Cum este rezistenţa mecanică a unui oţel după normalizare faţă de recoacere ? Explicaţi.RECOACEREA reprezintă tratamentul termic, in cursul căruia are loc incălzirea pieselor sau

semifabricatelor pană la temperatura necesară, menţinerea la această temperatură şi răcirea lentă ulterioară cu cuptorul, in scopul obţinerii unei structuri omogene, de echilibru, detensionate şi mai puţin dure.

La NORMALIZARE, oţelul se incălzeşte la temperaturi cu 30 – 50 °C mai sus de linia GSE (figura 2.1) şi se răceşte in aer. Răcirea mai rapidă decat in cazul unei recoaceri normale asigură o răcire mai rapidă a austenitei. De aceea, la normalizare se obţine un eutectoid mult mai fin (sorbită) şi un grăunte eutectoid mult mai fin. In plus, la normalizare se inhibă parţial formarea fazelor in exces (ferita in oţelul hipoeutectoid şi

8

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELORcementita in oţelul hipereutectoid) şi, ca urmare, se formează un cvasieutectoid. Drept rezultat, rezistenţa oţelului după normalizare este mai mare decat după recoacere.

17. In ce condiţii se aplică normalizarea ca tratament termic final ?Normalizarea se utilizează şi ca tratament termic final pentru oţeluri hipoeutectoide cu carbon mediu sau ridicat, dacă solicitările ulterioare ale oţelurilor sunt moderate şi nu este necesară aplicarea călirii şi revenirii inalte.

18. Se aplică normalizare oţelurilor cu carbon mediu?Da

19. Pentru oţelurile cu carbon scăzut ce se aplică: normalizarea sau recoacerea?In cazul oţelurilor cu carbon scăzut este aplicată des normalizarea şi nu recoacerea, deoarece

subrăcirea austenitei nu are efect asupra structurii (perlita este foarte puţină şi nu contează dacă aceasta este lamelară sau sorbitică, proprietăţile mecanice rămanand practic neschimbate).

20. Care sunt tipurile de recoaceri de ordinul II ?Recoacerile de ordinul II se clasifică in următoarele tipuri:

recoacerea completă recoacerea incompletă recoacere izotermă

21. Cum definiţi recoacerea de detensionare?Recoacerea de detensionare – se aplică cu scopul eliminării tensiunilor interne in exces, ce se

formează in material la forjare, turnare, sudare, tensiuni capabile să provoace fisurarea sau ruperea materialului. Principalul proces ce are loc la recoacerea de detensionare este relaxarea parţială sau integrală a tensiunilor interne.

24. Care este diferenţa intre o transformare cu difuzie şi una fără difuzie?

În această diagramă se pot delimita următoarele zone:1) domeniul austenitei stabile (pentru oţeluri ce conţin 0,8%C, mai sus de Ac1)2) domeniul austenitei subrăcite3) domeniul de început, dar nu şi de sfârşit al transformării A P4) domeniul transformării încheiate A P5) domeniul de început, dar nu şi de sfârşit al transformării martensitice (între Ms – Mf)6) domeniul martensitic (sub Mf)Domeniul dispus la stânga curbei de început de descompunere a austenitei (zona austeniteisubrăcite) defineşte lungimea perioadei de incubaţie, ce caracterizează stabilitatea austenitei subrăcite.Odată cu creşterea subrăcirii, stabilitatea sa scade rapid, atingând un minim (pentru un oţel eutectoid înjur de 550° C), ca apoi să crească din nou.În funcţie de gradul de subrăcire al austenitei, se deosebesc trei domenii de temperatură atransformării:- domeniul perlitic (subrăcire până la 500 °C)- domeniul martensitic (subrăcire sub Ms – pentru un oţel eutectoid sub 240 °C)- domeniul transformării intermediare (bainitice) – subrăcire pentru un oţel eutectoid în intervaluldintre 500 şi 240 CÎn concluzie, caracteristicile principale ale transformării martensitice sunt:

9

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR- transformarea se produce fără difuziune- cristalele care se formează sunt dispuse după o anumită orientare cristalografică- transformarea se produce la răcire continuă în intervalul de temperaturi Ms şi MfPrincipala caracteristică a martensitei este duritatea şi rezistenţa mecanică mare, care cresc odată cucreşterea conţinutului de carbon în oţel. Rezistenţa mecanică temporară a martensitei cu carbon scăzut(0,025 %C) este de 1000 MPa, iar pentru martensita cu 0,6 – 0,7 %C este de 2600 – 2700 MPa. Dar, cucreşterea conţinutului de carbon din martensită, creşte şi susceptibilitatea de rupere fragilă. Martensita, ceconţine mai mult de 0,35 – 0,4 %C, are o rezistenţă scăzută la formarea şi propagarea fisurilor, şi deasemenea valori scăzute ale rezilienţei K1c.

25. Cum variază morfologia perlitei cu viteza de răcire aplicată ?Perlita, sorbita şi troostita reprezintă structuri de aceeaşi natură – amestecuri mecanice de ferită şi cementită şi se disting intre ele doar prin gradul de dispersie. Cu creşterea gradului de dispersie a lamelelor de cementită, creşte duritatea şi rezistenţa oţelului. Plasticitatea cea mai ridicată o au oţelurile cu structură sorbitică. Troostita, care se formează la temperaturi mai scăzute de transformare, se caracterizează printr-o plasticitate mult mai scăzută (valori ale lui δ şi ψ mai mici). Perlita, sorbita şi troostita se numesc structuri perlitice.

26. Cum influenţează Cr viteza critică de călire ?Viteza critică de călire depinde de stabilitatea austenitei şi este determinată de compoziţia oţelului. Cu

cat este mai mare stabilitatea austenitei, ca urmare a alierii oţelului (cu cat sunt deplasate mai la dreapta curbele TTT), cu atat mai mică este viteza critică de călire pentru obţinerea unei structuri integral martensitice.

27. Explicaţi cum influenţează compoziţia chimică poziţia curbelor TTT?Toate elementele de aliere, inclusive carbonul, deplaseaza spre dreapta curbele de descompunere prin

difuzie TTT, deci micsoreaza vitezele critice de calire.Cauze: Prezenta elementelor de aliere face ca procesele de difuzie prin care se formeaza fazele noi (F, cem) sa fie mai lente, deci perioadele de incubatie se maresc.

28. Explicaţi cum influenţează granulaţia austenitică poziţia curbelor TTT?Cresterea grauntelui de austenita duce de asemenea la deplasarea spre dreapta a curbelor de descompunere prin difuzie din diagrama TTT, deci la scaderea Vcrs.Cauze: Cu cat grauntii de austenita sunt mai mari, aria totala a limitei de graunte unde vor germina fazele noi va fi mai mica si perioadele de incubatie mai lungi.

29 Care sunt factorii care influenteaza pozitia curbelor de descompunere prin difuzie din diagrama TTT?Compoziţia chimică şi granulaţia austenitică;

30. Ce reprezintă viteza critică de călire ?Viteza de răcire minimă, la care intreaga austenită subrăcită pană la Ms se transformă in martensită, se numeşte viteză critică de răcire (de călire) – Vk

31. Care sunt tipurile de structuri perlitice ce se pot forma într-un oţel ?Structurile perlitice ce se pot forma intr-un oţel sunt: perlita, sorbita şi troostita.

32. Ce este martensita in oţeluri ?Martensita reprezinta o soluţie solidă suprasaturată interstiţială de carbon în Fe α.

33. Ce inţelegeţi prin grad de tetragonalitate al martensitei ?Din cauza suprasaturării in carbon, reţeaua martensitei este puternic deformată şi in loc de cubică

capătă o formă tetragonală (TVC) in care raportul perioadelor reţelei diferă puternic de valoarea 1, adică c/a ≠ 1. Cu cat este mai mare cantitatea de carbon cu atat gradul de tetragonalitate al martensitei este mai mare

34. De ce la călire piesa din oţel poate crăpa ?Creşterea volumului specific la formarea martensitei reprezintă una din principalele cauze de apariţie

la călire a tensiunilor interne mari ce provoacă deformări ale piesei şi apariţia de fisuri de călire.

35. Care este cauza pentru care martensita este dură ?

10

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELORMartensita are o duritate foarte mare (≈ 65 HRC) şi in acelaşi timp fragilitate. Duritatea mare a

martensitei apare ca urmare a deformării reţelei cristaline şi deci a tensionării puternice a acesteia datorită carbonului dizolvat şi a ecruisării. Aceasta din urmă se datorează creşterii de volum la transformarea austenitei in martensită, avand ca urmare o creştere a densităţii de dislocaţii in martensită la nivelul unui oţel deformat plastic la rece, adică de 1010 – 1012 cm-2.

36. Cum variază temperaturile Ms şi Mf in funcţie de gradul de aliere a unui oţel ?Toate elementele de aliere dizolvate în austenită, cu excepţia cobaltului şi aluminiului, coboară

temperaturile Ms şi Mf.

37. Care este factorul care determină variaţia mărimii plachetelor de martensită ?Dimensiunile cristalelor de martensită, indiferent de morfologie, se determină in funcţie de

dimensiunea grăuntelui iniţial de austenită. Cu cat aceştia din urmă sunt mai mari, cu atat mai mari vor fi cristalele de martensită. Prima plachetă de martensită are lungimea corespunzătoare intregii dimensiuni a grăuntelui de austenită in care se formează. Cristalele, care se formează ulterior la temperaturi mai scăzute vor avea lungimi mai mici

39. Care sunt caracteristicile principale ale transformării martensitice ?Caracteristicile principale ale transformării martensitice sunt:

transformarea se produce fără difuzie cristalele care se formează sunt dispuse după o anumită orientare cristalografică transformarea

40. Care este structura cristalina a martensitei ?Tetragonal cu volum centrat.

41. Care este morfologia caracteristică martensitei ?Martensita prezintă o morfologie aciculara.

42. Care este diferenţa dintre călirea completă şi călirea incompletă ?In funcţie de temperatura de încălzire se disting:

călirea completă călirea incompletă.

La călirea completă incălzirea se efectuează cu 30 – 50 °C mai sus de Ac3 sau Acem. După călire, se obţine martensită cu o oarecare cantitate de austenită reziduală.La călirea incompletă oţelul este incălzit cu 30 – 50 °C mai sus de Ac1, dar sub Ac3 sau Acem. In acest caz, in stare incălzită structura oţelului hipoeutectoid constă din austenită şi ferită, iar a oţelului hipereutectoid din austenită şi cementită secundară. La răcirea rapidă de la călire, austenita se transformă in martensită, a cărei duritate depinde de conţinutul de carbon din oţel

43. Ce este austenita reziduală ?Oţelurile hipereutectoide sunt utilizate de regulă la obţinerea de scule aşchietoare sau pentru deformare. De aceea, principala lor caracteristică trebuie să fie duritatea. Această duritate, după călirea completă, scade dacă creşte considerabil cantitatea de austenită reziduală din structura martensitică. Această austenită este cu atat mai multă cu cat cantitatea de carbon care se dizolvă in austenită la incălzire, este mai mare.

44. Care sunt temperaturile de incălzire pentru călire ce se aplică oţelurilor ?

La călirea completă incălzirea se efectuează cu 30 – 50 °C mai sus de Ac3 sau Acem. După călire, se obţine martensită cu o oarecare cantitate de austenită reziduală.

11

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELORLa călirea incompletă oţelul este incălzit cu 30 – 50 °C mai sus de Ac1, dar sub Ac3 sau Acem. In acest

caz, in stare incălzită structura oţelului hipoeutectoid constă din austenită şi ferită, iar a oţelului hipereutectoid dinaustenită şi cementită secundară. La răcirea rapidă de la călire, austenita se transformă in martensită, a cărei duritate depinde de conţinutul de carbon din oţel.

45. Ce este călibilitatea unui oţel ?Călibilitatea unui oţel reprezintă adancimea de pătrundere a zonei călite in piesă. Călibilitatea nepătrunsă este condiţionată de faptul că la călire piesa se răceşte mai rapid la suprafaţă şi mai lent in miez. Distribuţia vitezei de răcire in secţiunea piesei arată faptul că la suprafaţă viteza de răcire este maximă, iar in centru este minimă

48. Enumeraţi principalele procedee de călire utilizate în practică.Călire directă, călire intreruptă (in 2 medii), călire in trepte, călire izotermă, călire cu autorevenire, călire in frig, călire superficială.

49. Care sunt factorii care influenţează călibilitatea unui oţel ?Compoziţia chimică şi mediul de răcire.

50. De ce este necesară revenirea ?Revenirea oţelului constă din incălzirea oţelului călit pană la o temperatură sub punctul Ac1, pentru ca

oţelul să treacă intr-o stare mult mai stabilă şi pentru a se obţine un nivel acceptabil de plasticitate şi tenacitate, păstrand un nivel ridicat al rezistenţei mecanice.

51. Explicaţi procesele structurale care au loc in fiecare etapă de revenire.I – prima etapa are loc in intervalul de incălzire de pană la 200 °C. Din martensită se formează particule fine de carburi (de tipul Fe2,4C – carburi ε). In acelaşi timp, tetragonalitatea reţelei scade. Se formează o structură de martensită revenită.II – etapa II - In intervalul de incălzire 200 – 300 °C are loc descompunerea austenitei reziduale, care se transformă intr-un amestec de soluţie solidă suprasaturată α şi particule de carburi metastabile, adică martensită revenită.III – etapa III - Cand temperatura atinge 300 – 400 °C, carbonul in exces iese in intregime din reţeaua soluţiei solide α şi formează Fe3C – cementita. La 400 °C oţelul este format din particule fine de ferită şi cementită, structură numită troostită de revenire.IV – etapa IV - La incălzirea pană la 600 °C are loc coalescenţa carburilor şi recristalizarea integrală a martensitei (dispariţia integrală a morfologiei de martensită in şipci). Ca urmare, oţelul capătă o structură sorbitică.

52. Ce este sorbita ?Perlita, sorbita şi troostita reprezintă structuri de aceeaşi natură – amestecuri mecanice de ferită şi

cementită şi se disting intre ele doar prin gradul de dispersie. Cu creşterea gradului de dispersie a lamelelor de cementită, creşte duritatea şi rezistenţa oţelului. Plasticitatea cea mai ridicată o au oţelurile cu structură sorbitică.

53. In ce situaţie se obţine o rezistenţă mecanică mai mare: la revenirea joasă sau la cea inaltă ?Revenirea joasă – se aplică intre 150 – 200° C. Scopul revenirii joase este scăderea tensiunilor interne şi o oarecare scădere a martensitei fragile prin păstrarea durităţii ridicate şi a rezistenţei la uzură a pieselor. Structura oţelului după revenire joasă este formată din martensită de revenire.Revenirea înaltă - se aplică intre 550 – 650° C. Scopul revenirii inalte este acela de a atinge o imbinare optimă intre proprietăţile de rezistenţă, de plasticitate şi de tenacitate. Structura oţelului in acest caz este formată din sorbită de revenire, avand cementita globulară. Domeniul de utilizare al revenirii inalte il reprezintă oţelurile de construcţii, precum şi piesele supuse la tensiuni puternice şi solicitări la şoc.

54. In ce constă fragilitatea de revenire ?La anumite temperaturi şi răciri lente, in oţeluri poate sa apara fragilitatea de revenire.La răcirea lentă, la limita de grăunte se formează o multitudine de carburi fine, fosfuri, nitruri, care

provoacă fragilitate. La răcire mai rapidă, aceste particule nu se mai formează.

55. Ce reprezintă tratamentul termic de îmbunătăţire?Tratamentul termic ce constă din călire şi revenire inaltă se numeşte imbunătăţire.

12

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR56. Care sunt tipurile tehnologice de revenire ?

Tipurile de revenire sunt: revenirea joasă, revenirea medi şi revenirea inaltă.

57. Care este principalul proces structural care are loc la revenirea unui oţel ?Eliminarea carbonului in exces din martensită sub formă de carburi.

66. Cum variază afinitatea elementelor de aliere faţă de fier ?Dacă se analizează cu ajutorul diagramelor binare fier – element de aliere cum influenţează elementele de

aliere asupra lărgirii domeniului γ (austenită aliată) sau, invers, asupra micşorării domeniului γ şi respective creşterea domeniului α (ferită aliată), atunci elementele de aliere pot fi impărţite in următoarele două mari grupe:

Gama-gene – cele care măresc domeniul γ şi fac posibilă, dacă dispare cu totul domeniul α, obţinerea de austenită aliată la temperature camerei, caz in care se numesc oţeluri austenitice. In această categorie intră Ni, Mn, Co, Cu, C, N. Alfa-gene – cele care măresc domeniul α şi fac posibilă obţinerea de ferită aliată, oţelurile numindu-se feritice. In această categorie intră Cr, Si, Al, Mo, V, Ti, W, Nb, Zr.

Dacă alierea oţelului presupune o combinaţie de elemente gama-gene şi alfa-gene, atunci oţelurile vor conţine şi austenită şi ferită aliate, iar oţelurile se vor numi ferito-austenitice.

67. Cum se manifestă efectul gama-gen al nichelului ?Gama-gene – cele care măresc domeniul γ şi fac posibilă, dacă dispare cu totul domeniul α, obţinerea

de austenită aliată la temperature camerei, caz in care se numesc oţeluri austenitice. In această categorie intră Ni, Mn, Co, Cu, C, N.

68. Cum se manifestă efectul alfa-gen al cromului ?Se observă faptul că principalele elementele de aliere cresc duritatea feritei. Cromul şi mai ales

nichelul practic nu micşorează tenacitatea oţelului. Nichelul scade puternic pragul de tranziţie ductil-fragil.In plus, nichelul, cromul, manganul şi alte cateva elemente care se dizolvă in austenită, cresc stabilitatea

acesteia la răcire, crescand astfel călibilitatea oţelului. Cele mai eficiente elemente de aliere in acest sens sunt nichelul şi cromul, prin introducerea simultană a acestora in structura oţelului, adică printr-o aliere complexă.

Acesta este motivul, de altfel, pentru care nichelul şi cromul reprezintă principalele elemente de aliere ale oţelurilor – creşterea călibilităţii, a rezistenţei şi tenacităţii.

Influenţa elementelor de aliere asupra proprietăţilor feritei lent răcite (normalizată) şi asupra temperaturii de tranziţie ductil-fragil.

a – duritatea; b – rezilienţă; c - temperatura de tranziţie ductil-fragil;

69. Enumeraţi elementele chimice carburigene utilizate pentru aliere ?Elementele carburigene reprezintă acele elemente care au o afinitate faţă de carbon mai mare decat cea a fierului. In funcţie de creşterea afinităţii faţă de carbon şi a stabilităţii carburilor formate, elementele carburigene se pot enumera după cum urmează: Fe – Mn – Cr – Mo – W – Nb – Zr – Ti.Cu cat este mai stabilă carbura, cu atat aceasta se va dizolva mai greu in austenită şi va precipita mai greu la revenire.

70. Care sunt clasele de oteluri clasificate după destinaţie ? oţeluri de construcţie (construcţii de maşini, construcţii civile) oţeluri de scule (pentru deformare plastică la rece, pentru tăieri, pentru instrumente de măsurat) oţeluri cu proprietăţi fizice şi chimice speciale (rezistente la coroziune, refractare, electrotehnice, cu proprietăţi magnetice speciale, criogenice etc).

71. Cum se clasifică oţelurile după cantitatea de element de aliere?

13

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR slab aliate, ce conţin pană la 2,5 % elemente de aliere; mediu aliate, ce conţin intre 2,5 şi 10 % elemente de aliere, înalt aliate, ce conţin peste 10% elemente de aliere.

72. Care este principalul avantaj al prezentei carburilor intr-un otel?Duritatea otelului.

73. Care este principalul element gamagen in oteluri ?Nichelul.

74. Ce indică diagrama Schaffler ?Structura otelurilor inoxidabile este redata de diagrama Schaffler, care este construita avand doua coordonate variabile - % Ni echivalent si % Cr echivalent - cu urmatoarele formule de calcul in % gr.:

Creq = (Cr) + 2(Si) + 1.5(Mo) + 5(V) + 5.5(Al) + 1.75(Nb) + 1.5(Ti) + 0.75(W)Nieq = (Ni) + (Co) + 0.5(Mn) + 0.3(Cu) + 25(N) + 30(C)Diagrama Schaffler care indica, in functie de % Nieq si % Creq, structurile care se formeaza in

otelurile inoxidabile aliate cu Cr, Ni si alte elemente alfagene sau gamagene cu actiune similara cromului sau nichelului.

Din diagrama Schaffler rezulta ca otelurile Cr-Ni inoxidabile sunt, din punct de vedere structural, de mai multe categorii:

oteluri feriticeoteluri austeniticeoteluri martensiticeoteluri cu structuri mixte, dintre care cel mai des utilizat este otelul duplex (A+F)

75. Care este cel mai cunoscut oţel inox austenitic ?Numite si oteluri crom-nichel (Cr-Ni), otelurile austenitice reprezinta oteluri cu combinaţia optimă din

punct de vedere al prelucrabilităţii, stabilităţii la coroziune şi proprietăţilor mecanice.

76. Ce inţelegeţi prin %Creq şi % Nieq ?%Creq = % Cr echivalent% Nieq = % Ni echivalent

cu urmatoarele formule de calcul in % gr.:Creq = (Cr) + 2(Si) + 1.5(Mo) + 5(V) + 5.5(Al) + 1.75(Nb) + 1.5(Ti) + 0.75(W)Nieq = (Ni) + (Co) + 0.5(Mn) + 0.3(Cu) + 25(N) + 30(C)

77. De ce au oţelurile rapide in structura lor primară ledeburită ?Otelurile ledeburitice (numite si oteluri rapide) sunt aliaje Fe-C-X in care X reprezinta un amestec de

elemente de aliere (Cr, W, Mo, V, Co) in cantitati ce depasesc 7%, alaturi de o concentratie ridicata de carbon (peste 0,6%C).

78. Descrieţi proprietăţile oţelurilor maraging.Prin calire se obtine o martensita (~30 HRC) care ulterior, prin imbatranire, elibereaza precipitate

disperse de compusi intermetalici de tipul Ni3Ti si Ni3Mo. Duritatea otelului creste astfel la 50-62 HRC.Dupa tratamentul termic de imbatranire, rezistenta mecanica de rupere la tractiune creste cu cca. 80%,

iar limita de curgere cu cca. 140% (1800-2000 N/mm2). Prezenta principalelor elemente de aliere Co, Mo, Ti, corelata cu alierea suplimentara cu Ti, Zr, Nb, Al conduce la obtinerea de caracteristici fizico-mecanice si structurale de exceptie si anume:

rezistenta mecanica ridicata asociata cu o foarte buna tenacitate;rezistenta la oboseala de cca. 3 ori mai mare decat la otelurile clasice inalt aliate;variatii dimensionale neglijabile la tratamentele termice;prelucrabilitate prin aschiere foarte buna ce poate fi efectuata la dimensiunile finale;

14

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELORsudabilitate ridicata;

Otelurile de tip maraging sunt utilizate preponderent in industria strategica (nucleara, aeronautica, aparare), precum si in industria mecanicii fine, petroliera, constructoare de masini.

79. Care sunt categoriile de oţeluri inoxidabile ? oţeluri austenitice, oţeluri feritice, oţeluri duplex

80. Care este principalul element de aliere ale oţelurilor Hadfield ? Manganul

81. De unde rezultă denumirea oţelurilor maraging ?Denumirea rezulta din cuplarea a doua cuvinte din engleza: “martensite” si “aging” – imbatranire.

90. Descrieţi principalele caracteristici ale cuprului pur?Principalele caracteristici şi proprietăţi ale cuprului sunt :

Temperatura de topire - 1085°C Densitatea – 8,9 g/cm3; Nu prezinta transformari polimorfe; Sistem de cristalizare – CFC; a = 3,6 A Concentratia volumica la solidificare – 2,1% Rezistenta la rupere (stare recoapta) – 22 N/mm2 Alungirea la rupere – 50% Temp. de recristalizare - 220°C Temp. de recoacere – 400-700°C Rezistenta la coroziune ridicata Conductibilitate termica si electrica mare

91. Care este solubilitatea maximă a Zn in cupru?Din punct de vedere structural alamele se impart in două categorii:

alame monofazice α (care au < 39%Zn) alame bifazice α +β (39-45%Zn)

92. Care sunt principalele tipuri de alame monofazice şi ce caracteristici principale au?Alamele monofazice α se deformează in mod obişnuit la rece şi se impart in următoarele categorii:

Tombac roşu (2-10%Zn) – cele mai plastice alame, cu rezistenţă mare la coroziune, utilizate sub formă de ţevi, bare, table, benzi, sarme; Tombac galben (10-20%Zn) – proprietăţi asemănătoare cu tombacul roşu Alama de cartuşe (30%Zn)

93. Descrieti principalele categorii de alame bifazice.Alamele bifazice (α+β), datorită prezenţei fazei β care micşorează plasticitatea la rece, se deformează in mod obişnuit la cald, intre 660 - 700°C. In această categorie se menţionează două tipuri de alame:

Alamele Muntz ( ~ 40%Zn), numite şi alame de monede, care prezintă dintre alame cea mai bună asociere de proprietăţi mecanice de rezistenţă şi plasticitate. Se utilizează, in afară de monede, la fabricarea de diverse profile pentru electrotehnică, piese strunjite, plăci de radiatoare, plăci de condensatoare. Alamele pentru turnătorie (30-40%Zn, 0,8-3%Pb, 1-1,5%Sn), care se utilizează pentru piese turnate cu solicitări scăzute, piese de ornament, colivii de rulmenţi

94. Ce influenţă are siliciul asupra structurii şi proprietăţilor unei alame?Siliciul introdus in compoziţia alamelor creşte proprietăţile de rezistenţă care se menţin ridicate şi la

temperaturi scăzute.Siliciul creşte fluiditatea la turnare, inlăturand pericolul de oxidare la turnare.Alamele cu 3%Si se utilizează la turnarea pieselor cu pereţi subţiri.Alamele cu siliciu au o rezistenţă bună la coroziune in apă dulce, petrol, benzină şi alcool.Alamele care au 3-4%Si şi 2-4%Pb prezintă o prelucrabilitate prin aşchiere foarte bună şi proprietăţi

antifricţiune. Se utilizează pentru fabricarea de lagăre şi bucşe.

15

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR95. Care este domeniul de aplicaţii al alamelor cu plumb?

Plumbul este insolubil in cupru şi se separă in structură sub forma unor mici formaţiuni globulare. Plumbul se introduce in alamele bifazice α+β pentru imbunătăţirea prelucrabilităţii prin aşchiere. Aceste alame se utilizează pentru piese antifricţiune.

96. Care din următoarele elemente chimice – aluminiul şi fierul – prezintă un echivalent in zinc mai mare şi cum explicaţi diferenţa ?

Capacitatea elementelor de aliere de a inlocui zincul in alame se exprimă prin “echivalentul in zinc – k” introdus de metalurgul francez Leon Guillet in 1920. Semnificaţia echivalentului k este următoarea: “1% de element de aliere are acelaşi effect structural ca şi k% Zn”.

In tabel este indicat echivalentul in zinc al princupalelor elemente de aliere utilizate pentru alamele speciale. In acest fel rezultă necesitatea calculului % Zn echivalent pentru alamele speciale.

Elementul chimic Si Al Sn Mg Pb Fe MnEchivalentul în zinc - k 10 6 2 2 1 0,9 0,5

97. Ce reprezintă echivalentul k în zinc dintr-o alamă?Semnificaţia echivalentului k este următoarea: “1% de element de aliere are acelaşi effect structural ca şi k

% Zn”.

98. Care sunt variantele structurale ale alamelor binare?Alamele binare sunt de două categorii: alame monofazice α şi alame bifazice (α+β).

99. Care este intervalul procentual de zinc utilizat pentru alamele binare?Cele mai utilizate compozitii Cu-Zn sunt cele cu zinc sub 45%.

100. Cum este influenţată structura bronzurilor de viteza de răcire?Structura bronzurilor depinde mult de viteza de racire. Astfel, cu cat viteza de racire este mai mare, cu

atat limita domeniului α se deplaseaza spre stanga, astfel incat in bronzuri cu 5-6%Sn se poate forma faza δ.

101. De ce in bronzuri apar segregaţii dendritice?Bronzurile au un interval mare de cristalizare, fapt ce produce segregatii dendritice accentuate si

porozitate dispersa in aliajele turnate.

102. Care sunt principalele proprietăţi ale bronzurilor binare? rezistenta mare la coroziune; rezistenta mare la uzura mecanica; adaosul de 0,3-1%P in bronzuri creste fluiditatea topiturii inainte de turnare, rezistenta mecanica si rezistenta la uzura prin frecare; adaosul de Zn micsoreaza intervalul de solidificare si mareste fluiditatea topiturii; adaosul de 0,3-0,4%Fe micsoreaza granulatia, crescand proprietatile mecanice de rezistenta; adaosul de 0,1-0,6%P (bronzuri fosforoase cu 6-14%Sn) creste proprietatile mecanice de rezistenta si rezistenta la coroziune in apa de mare (se utilizeaza la fabricarea de cuzineti si angrenaje in constructiile navale).

103. Care sunt principalele caracteristici ale bronzurilor cu Al? Au proprietati de turnare bune, interval mic de solidificare ce permite obtinerea de piese turnate cu compactitate ridicata. Caracteristici mecanice ridicate si rezistenta foarte buna la coroziune (datorita prezentei Al), superioare fata de majoritatea bronzurilor; Rezistenta foarte buna la coroziune in conditii atmosferice, in apa de mare, prevenind colonizarea diferitelor organisme marine; Rata de oxidare foarte scazuta la temperaturi ridicate, reactivitate scazuta la compusi cu sulf sau alti produsi de combustie; Bronzurile cu Al < 7% se prelucreaza usor prin deformare plastica la rece; Bronzurile cu Al intre 8-11% se prelucreaza prin deformare plastica la cald; Bronzurile cu Al intre 9-15% se utilizeaza pentru piese turnate;

Utilizari: semifabricate (table, benzi, bare, profile, tevi, sarme), piese forjate, piese turnate; cuzineti, scaune de supape, tije de pistoane, coroane dintate, flanse, elici navale

16

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELOR104. Care sunt principalele caracteristici ale bronzurilor cu Si?Sunt aliaje in care siliciul (Si intre 1,5-5%) este principalul element de aliere.

Rezistenta buna la coroziune, proprietati non-magnetice, cu aplicatii in industria marina; Sunt aproape la fel de dure ca si otelurile; Au proprietati de turnare foarte bune, cu fluiditate mare a topiturii; Au sudabilitate foarte buna; Nu produc scantei la lovire (utilizari pentru diferite pompe, boilere etc);

105. Ce faze structurale formează plumbul cu cuprul şi staniul?Niciuna, pentru că Pb este insolubil in cupru.

106. Care este procentul maxim de staniu utilizat în bronzuri ?15% Sn

107. Care este procentul maxim de staniu în bronzurile monofazice ?6% Sn

108. Cum se clasifică aliajele de Al din punct de vedere a compoziţiei chimice? In privinta aliajelor de turnatorie, cel mai important aliaj de Al de turnatorie este aliajul Al-Si, cu siliciu cuprins intre 4-13%Si care confera caracteristici de turnare foarte bune acestor aliaje. In ceea ce priveste densitatea scazuta a aliajelor de Al, cele mai usoare aliaje de Al sunt aliajele Al-Mg, utilizate in industria aerospatiala inca din anii ’40.

109. Care sunt mediile in care aliajele de Al au o rezistenţă la coroziune ridicată ?Aliajele Al-Mg, Al-Mg-Mn, Al-Mg-Si

rezista in medii corozive alkaline si sarate (apa de mare), la actiunea substantelor anorganice si in atmosfera umeda.

110. Care sunt principalele proprietăţi ale aliajelor de Al ? Aliajele de Al au valori ale limitei de curgere cuprinse intre 70-700 N/mm2. Spre deosebire

insa de majoritatea otelurilor, limita de curgere creste la temperaturi scazute, astfel incat aliajele de Al nu devin fragile, fiind utilizate de exemplu pentru fabricarea containerelor ce transporta azot lichid (-196°C). La temperaturi ridicate, insa, limita de curgere scade. La temperaturi de mentinere in jur de 100°C, efectul de scadere al rezistentei mecanice este atat de pronuntat incat sunt necesare masuri speciale de proiectare a structurii metalice.

Aluminiul are un coeficient de dilatare termica ridicat, de 23*10-6m/°C (dublu fata de cel al otelului). Aceasta caracteristica trebuie avuta in vedere la proiectare structurilor sudate.

Aluminiul prezinta o conductivitate termica si electrica ridicata (225,2 w/m°C pentru conductivitatea termica). Un conductor din aluminiu cantareste aproape jumatate fata de unul realizat din cupru, la aceeasi capacitate de transmitere a curentului electric. Sunt totusi probleme in utilizarea acestor conductori datorita coeficientului de dilatare ridicat si datorita slabei rezistente la coroziune galvanica.

Deformabilitatea deosebit de ridicata a aluminiului si a aliajelor de Al face ca acestea sa poata fi deformate plastic prin orice procedeu, atat la cald cat si la rece (table, benzi, sarme, profile extrudate, piese matritate sau ambutisate etc). Se pot obtine folii foarte subtiri de pana la 6μm, cu caracteristici mecanice de rezistenta foarte bune, comparativ cu hartia sau plasticul.

Rezistenta la coroziune a aluminiului si a aliajelor de Al este cunoscuta ca fiind ridicata. Din punct de vedere chimic, aluminiul are o mare afinitate fata de oxigen formand cu acesta o pelicula de Al2O3 (alumina) subtire si foarte aderenta, care impiedica continuarea oxidarii in adancime si care asigura o rezistenta la coroziune ridicata. Grosimea stratului de oxid format nu depaseste cateva sutimi de mm. Daca se distruge pelicula de oxid aceasta se poate reface instantaneu. Aluminiul prezinta cea mai buna rezistenta la coroziune in domeniul valorilor 4-6 pH (acizii folositi uzual au un pH cuprins intre 4 si 5). Aluminiul de puritate ridicata (min. 99,5%) prezinta o mare rezistenta la coroziune atmosferica in medii industriale ce contin dioxid de sulf si negru de fum. Rezista de asemenea la actiunea apei pana la 180°C si la o serie de agenti chimici, cum ar fi acizii organici, acidul azotic concentrat 80-90%, hidroxidul de amoniu, apa oxigenata. Aluminiul este atacat insa de acizii halogenati (fluorhidric, clorhidric), de acidul azotic diluat si acidul fosforic. De asemenea, este puternic atacat de alcali (hidroxid de sodiu, de calciu sau amoniac).

111. Care este compoziţia uzuală a unui duralumin ?

17

STUDIUL ŞI INGINERIA MATERIALELORCel mai reprezentativ aliaj de Al deformabil plastic la rece si durificabil prin precipitare este

duraluminul – Al-Cu-Mg-Mn (cu compozitia uzuala Al-4.4%Cu-1.5%Mg-0.6%Mn). Conform compozitiei chimice, acest aliaj corespunde, in diagrama de echilibru fazic Al-Cu, aliajelor

din zona curbei solvus, curba de precipitare din solutia solida α a compusilor chimici secundari Al2CuMg, Al2Cu, Al6CuMg4.

112. Explicaţi de ce duraluminul nu devine mai dur prin călire pentru punere in soluţie.Calirea pentru punere in solutie consta in incalzirea aliajului turnat in domeniul monofazic α, la

temperaturi superioare curbei solvus, si calirea ulterioara in apa prin care se suprima difuzia si precipitarea precipitatelor secundare rezultand doar o solutie solida suprasaturata.

Calirea nu duce la o durificare semnificativa precum calirea martensitica din oteluri, pentru ca elementele dizolvate in exces sunt de substitutie si nu interstitiale si deci distorsiunile elastice ale matricei sunt mici si durificarea neinsemnata. In stare calita, aliajul se deformeaza plastic foarte usor (optiune tehnologica pentru baterea niturilor, de exemplu).

113. Care este diferenţa intre imbătranirea naturală şi cea artificială?Imbatranirea dupa calire se poate produce:

natural, prin simpla mentinere la Tcam, artificial, prin incalzirea la temperaturi inferioare curbei solvus, prin care au loc procese de precipitare de faza secundara, cu efect durificator puternic.

114. Care este cel mai important aliaj de Al pentru turnătorie?Aliajul Al-Si denumit silumin.

115. Care sunt cele două etape ale tratamentului de durificare prin dispersie al unui duralumin ?Călirea pentru punere in soluţie şi imbătranirea.

116. Care este principalul domeniu de aplicaţii al aliajelor Al-Zn?Aliajele Al-Zn, aliate sau nealiate cu Mg, au rezistenţă mecanică foarte mare şi se utilizează in principal la structuri aerospaţiale.

18