Lucrarea 1

Studiul constituenţilor metalografici tipici

Materialele metalice- se împart:

-metale: solidificare o singură fază- element pur (metal pur)

ex. Faza este alcătuită:atomi de Cu sau atomi de Fe

- aliaje: un numar mai mare de faze

Introducerea de elemete de aliere (EA) în metalul de bază prin schimbarea

compoziţiei chimice se determină schimbări în structura aliajelor apar constituenţi

metalografici tipici.

Studiul acestor constituenţi metalografici tipici se realizează cu microscopul

metalografic.

Proprietăţile aliajelor depind de:

- forma a constituenţilor în masa metalului de bază.- distribuţia - raporturile cantitative

Aliajele – amestecuri obţinute din topirea a două sau mai multe metale.

Sisteme de aliaje – totalitatea aliajelor alcătuite din aceeaşi componenţi, în proporţii

diferite.

Faza: parte omogenă din sistem, are aceeaşi compoziţie chimică şi aceeaşi stare în

toată masa ei şi este delimitată de celelalte părţi omogene.

Constituenţii metalografici – după numărul fazelor se împart în:

- monofazici (o singură fază) metal pur soluţie solidă omogeni compus chimic

1

- bifazici (din cel puţin 2 faze) amestec mecanic eterogen

Fig. 1. Aspecte caracteristice ale constituenţilor metalografici:a – metal pur slab atacat;b – metal pur puternic atacat;c – soluţie solidă omogenă;d – soluţie solidă neomogenă (segregaţie dendritică);e – compus intermetalic;f – eutectic (eutectoid) lamelar sau globular (ledeburita)

1. Metalul pur

- metalele pure: se topesc şi se solidifică la temp. Constante

au plasticitate - ridicată

au duritate şi rezistenţă - scăzută

conductibilitate termică şi electrică - bună

- metalul pur se prezinta la microscop: grăunţi alotriomorfi (fără simetrie exterioară)

2

- la atac slab – se pun în evidenţă numai limitele grăunţilor

- la atac puternic – grăunţii apar coloraţi diferit ca urmare a orientării lor diferite

-In cazul unei structuri de turnare: - grăunţii au limitele sinuoase (vezi fig. Cu pur turnat)

-In cazul unei structuri de recoacere:- grăunţii au formă poliedrică cu limite drepte (vezi

fig. Cu pur deformat plastic şi recopt)

- In cazul unui metal – cu reţea C.F.C., deformat plastic la rece şi apoi recopt grăunţi

maclaţi ( benzile de maclare apar datorită tensiunilor interne, prin deplasarea unei părţi din

cristal, simetric unul faţă de celălalt) microscop maclele apar sub forma de benzi cu

laturile paralele, colorate diferit de restul cristalului, datorită orientării lor diferite. (fig b)

Metale pure: a) structura fierului pur b) structura cuprului pur deformat plastic la rece şi recopt

2. Soluţiile solide

Soluţiile solide: sunt amestecuri obţinute prin dizolvarea unui metal în altul

-metalul – ce se dizolvă se numeste DIZOLVAT

- cel care constitue metalul de bază se numeste SOLVENT

Soluţiile solide: se notează literele alfabetului grecesc: α , β , γ

În cazul oţelurilor- au denumiri proprii:

-soluţie solidă α = ferită

- soluţie solidă γ = austenită

3

Soluţiile solide: faţă de metalele pure, ele se topesc şi se solidifică într-un interval

de temperatură

la concentraţii reduse a elementului dizolvat - proprietăţi

asemănătoare cu a metalelor pure

cu ↑ concentraţiei elementului dizolvat

- ↑duritatea şi rezistenţa mecanică

- plasticitatea ↓ de substituţie

după modul de încorporare se deosebesc soluţii solide: de interstiţie

incomplete

complexe

Soluţii solide

de substituţie se formează: atomii unui dizolvat B înlocuiesc o parte din atomii din

reţeaua metalului solvent A

după modul de ordonare avem:

soluţii solide de substituţie ordonate – atomii sunt înlocuiţi

în mod ordonat

soluţii solide de substituţie neordonate – atomii sunt înlocuiţi

în mod aleatoriu

- dacă atomii de B sunt mai mari decât atomii de A are loc lăţirea reţelei

- atomii de B sunt mai mici decât atomii de A loc restrângerea reţelei

nu orice elemete pot forma între ele soluţii solide de substituţie.

Condiţiile: pt. formarea sol. solide de substituţie (în orice proporţie a elemetelor A şi B)

- reţea cristalină identică la ambii componenţi

- diferenţa între razele atomice a componenţilor sub 8 %

- elementele să fie apropiate prin natura lor electrochimică (învecinate în tabelul

periodic)

4

Soluţii solide de substituţie

Soluţii solide: c) structura unei alame α turnate

Soluţii solide

de interstiţie diametrul atomilor de B mai mic decât al atomilor A (pt. a putea patrunde)

condiţia - pt. formarea acestui tip este ca raportul dintre raza atomică a

metalului dizolvat B şi raza atomică a metalului solvent A să nu

depăşească 0.59

ex: azotul şi carbonul au capacitatea de a pătrunde în spaţiile libere din

reţeaua de bază a Fe, formând soluţii solide de interstiţie ale Fe α sau γ

cu carbonul sau ale Fe α cu azotul

Soluţie solidă de interstiţie

5

Soluţii solide: d) structura unei alame α deformate la rece şi recoapte

Soluţia solidă incompletă prezintă o reţea cristalină incompletă, adică în unele noduri ale

reţelei lipsesc atomii elementului solvent.

Soluţia solidă complexă este o combinaţie între soluţia solidă de substituţie şi cea de

interstiţie. Reţeaua acestei soluţii solide este cea proprie elementului solvent, iar atomii

dizolvanţi apar atât în nodurile reţelei cât şi în spaţiile internodale.

3. Compuşii chimici sau intermetalici

Au compoziţii chimice bine determinate, exprimate prin formule chimice (Fe3C,

Mg2Si, Cu2O)

Apare la microscop sub formă de cristale idiomorfe (forme regulate)

- Compusul SnSb - apare sub formă de cristale idiomorfe pătratice- Cu3Sn - aspect de steluţe-Cu2O - albastru cu aspect de floricele

6

4. Amestecul mecanic

în amestecul mecanic sau agregatul cristalin metalele componente formează un

amestec de cristale. (nu formează nici amestec fizic=soluţii solide)

(nu formează nici combinaţii chimice=compuşi chimici)

amestecurile mecanice pot fii de două feluri:

amestec mecanic eutectic

(format: două faze solide din cristalizarea topiturii (la temp. De solidificare cea mai scăzută) şi compoziţii fixe)

amestec mecanic eutectoid

(format: prin transformarea în stare solidă prin descompunerea unei soluţii solide la temp. şi compoziţie fixă în două faze solide diferite de prima)

Proprietăţile fizice şi tehnologice depind de proprietăţile diferitelor faze conţinute în

amestec. Ele se topesc şi se solidifică la temperatură constantă

microscop – apare sub formă lamelară sau globulară a unui component pe fondul celuilalt component

Amestec mecanic:

e) structura unui amestec mecanic eutectic – cupru dezoxidat

f) structura unui amestec mecanic eutectoid – perlită (oţel 0,77 %C)

7

Aspectul schematic a structurii microscopice a materialelor monofazice:a – metal pur b – soluţie solidă neomogenă

Aspectul schematic a structurii microscopice a unor aliaje binare bifazice:a – aliaj format din soluţie solidă sau metal pur şi o mică cantitate de amestec mecanicb – aliaj format din reţea de metal pur sau soluţie solidă şi amestec mecanic

Aspectul schematic a structurii microscopice a unor aliaje binare bifazice:a- aliaj format din soluţie solidă şi cristale secundare aciculareb- aliaj format din cristale de soluţie solidă şi cristale globulare

8