0 IOAN CARCEA MATEI GHERGHE ALIAJE NEFEROASE DE TURNTORIE 1 PREFA ncontextualuneieconomiiglobalizatesepunetotmaiacut problema fabricaiei dup cele mai avansate cunotine i tehnologii deoarece piaa liber elimin rapid i fr scrupule pe toi cei care nu se ncadreaz n limiteledeeficienprivindraportulcalitate/pre.Dinacestmotiveste necesarcaliteraturatehnicdespecialitatesfiectmaiactualpentrua servicasursdeinformaiituturorcelorcareactiveaznnvmntul tehnic, n cercetare i n industrie. Performaneleeconomicenregistratenultimiledeceniiaufost posibiledatoritprogresuluitehnicdintoateramurileindustrialeicu precdere a celor din domeniul ingineriei materialelor. Se manifest o cerere dincencemaimaredematerialecuproprietispecifice,uneori semnificativdiferitedealecelorclasice,ceeaceimpuneutilizareade tehnologii i dotri tehnice moderne i cu destinaie special. Prezentalucraresedoreteafiutilingineriloritehnicienilordin seciile de turnare a metalelor i aliajelor, profesorilor, studenilor i elevilor dinnvmntultehnic,precumicercettorilordindomeniultiineii inginerieimaterialelor.Considermcesteprimalucrarendomeniul fabricaiei de piese turnate din aliaje neferoase care a aprut n noul context politic i economic al Romniei integrate n structurile europene. ncondiiileunuisistemeuropeanglobaldestandardizare,aunei piee total liberalizate pentru materii prime, materiale auxiliare, combustibili, energieetc.,daripentrupieseturnate,eventualtratatetermic,eboatesau prelucratelacotefinite,reuitavafinumaiacelorcareapliccelemai 2 avensate realizri ale tiinei i tehnicii.Trebuie reinut faptul c astzi este necesarsfabriciieftinidecalitate,ncondiiiecologicereglementate,s consumi ct mai puin energie i combustibili, s asiguri condiii optime de munc i via pentru angajai i s livrezi produse sigure, garantate din toate punctele de vedere. Pebazacelormairecentedatedinliteraturadespecialitateia experienei proprii, autorii prezint cele mai uzuale metale i aliaje neferoase de turntorie, precum i procesele fizico-chimice i tehnologiile de elaborare i turnare ale acestora. Vom fi recunosctori tuturor celor care ne vor transmite comentarii i observaii, sugestii i propuneri utile pentru mbuntirea materialului editat, n vederea unor noi apariii. Autorii 3 CUPRINS PREFA .................................................................................................................. 1 Cap.I. METALE SI ALIAJE NEFEROASE ............................................................. 7 1.1. METALE NEFEROASE ................................................................................ 7 1.2. ALIAJENEFEROASE ................................................................................ 14 1.2.1. Clasificarea aliajelor neferoase ............................................................. 15 1.2.2. Aspecte termodinamice ale sistemelor de aliaje neferoase ................... 17 1.3. SOLIDIFICAREA METALELOR I ALIAJELOR NEFEROASE ................ 27 1.4. PROPRIETI DE TURNARE ALE METALELOR I ALIAJELOR ..........31 CAP. II.PROCESE FIZICO-CHIMICE LA ELABORAREA I TURNAREA METALELOR I ALIAJELOR NEFEROASE ...................................................... 35 2.1. TOPIREA ..................................................................................................... 35 2.2. SURSE DE IMPURITI ........................................................................... 40 2.2.1. Interaciunea cu gazele .......................................................................... 40 2.2.2. Interaciunea cu cptueala cuptorului i zgura ..................................... 42 2.3. RAFINAREA METALELOR I ALIAJELOR ........................................... 44 2.4. FONDANI I PREALIAJE ....................................................................... 47 2.5. PRINCIPIILE ELABORRII ALIAJELOR NEFEROASE ........................ 52 2.5.1. Pregtirea arjei ..................................................................................... 52 2.5.2. Condiii de topire ................................................................................... 53 2.5.3. Controlul elaborrii ............................................................................... 54 CAP.III.MODIFICAREA STRUCTURII DE TURNARE A METALEOR I ALIAJELOR NEFEROASE .................................................................................... 57 3.1. CONSIDERAII ASUPRA CRISTALIZRII I SOLIDIFICRII ........... 57 3.2. PROCESE DE MODIFICARE A STRUCTURII DE TURNARE .............. 59 3.2.1. Clasificarea modificrii dup manifestare i structur .......................... 61 3.2.2. Clasificarea modificrii dup natura constituentului structural ............. 67 3.3. PROCEDEE DE MODIFICARE A STRUCTURII DE TURNARE ........... 79 3.3.1. Procedee fizico-chimice de modificare ................................................. 79 3.3.2. Procedee fizice de modificare ............................................................... 83 4 CAP.IV. CUPRUL I ALIAJELE CUPRULUI ...................................................... 93 4.1. CUPRUL ...................................................................................................... 93 4.2. ALIAJELECUPRULUI .............................................................................. 97 4.2.1. Clasificarea aliajelor cuprului ............................................................... 97 4.2.2. Bronzurile cu staniu .............................................................................. 98 4.2.2.1. Structura bronzurilor cu staniu ........................................................... 98 4.2.2.2. Proprietile bronzurilor cu staniu .................................................... 101 4.2.2.3. Mrci de bronzuri cu staniu .............................................................. 103 4.2.2.4. Elaborarea i turnarea bronzurilor cu staniu ..................................... 105 4.2.3. Bronzurile cu aluminiu ........................................................................ 110 4.2.3.1 Structura bronzurilor cu aluminiu ..................................................... 111 4.2.3.2. Proprietile bronzurilor cu aluminiu ............................................... 113 4.2.3.3. Mrci de bronzuri cu aluminiu ......................................................... 115 4.2.3.4. Elaborarea i turnarea bronzurilor cu aluminiu ................................ 117 4.2.4. Alamele de turntorie .......................................................................... 122 4.2.4.1. Structura alamelor de turntorie ....................................................... 122 4.2.4.2. Proprietile alamelor de turntorie .................................................. 124 4.2.4.3. Mrci de alame de turntorie ............................................................ 126 4.2.4.4. Elaborarea i turnarea alamelor ........................................................ 128 CAP. V.ALUMINIUL I ALIAJELEALUMINIULUI ..................................... 131 5.1. ALUMINIUL.............................................................................................. 131 5.2. ALIAJELE ALUMINIULUI ...................................................................... 133 5.2.1. Clasificarea aliajelor aluminiului ........................................................ 133 5.2.2. Aliaje aluminiu-siliciu ......................................................................... 134 5.2.3. Aliaje aluminiu - cupru ....................................................................... 138 5.2.4. Aliaje aluminiu magneziu ................................................................ 140 5.2.5. Caracteristici ale principalelor mrci de aliaje de aluminiu ................ 142 5.3. ELABORAREA ALIAJELOR DE ALUMINIU ....................................... 144 CAP. VI. PLUMBUL, STANIUL SI ALIAJELE LOR ......................................... 151 6.1. PLUMBUL ................................................................................................. 151 6.2. STANIUL ................................................................................................... 152 5 6.3. ALIAJELE PLUMBULUI I STANIULUI ............................................... 153 6.3.1. Aliaje de lipit ....................................................................................... 153 6.3.2. Aliaje antifriciune ............................................................................... 155 6.3.2.1. Aliaje antifriciune pe baz de staniu ............................................... 157 6.3.2.2. Aliaje antifriciune pe baz de plumb ............................................... 158 6.3.2.3. Elaborarea aliajelor antifriciune ...................................................... 159 6.3.2.4.Turnarea aliajelor antifriciune ........................................................ 161 CAP.VII. TRATAMENTE TERMICE ALE ALIAJELOR NEFEROASE......... 163 7.1. TRATAMENTE TERMICE ALE ALIAJELOR CUPRULUI .................. 164 7.1.1. Recoacerea de omogenizare ................................................................ 164 7.1.2. Recoacerea de recristalizare ................................................................ 165 7.1.3. Recoacerea de detensionare................................................................. 166 7.1.4. Recoacerea de nmuiere ...................................................................... 166 7.1.5. Clirea i revenirea .............................................................................. 166 7.2. TRATAMENTE TERMICE ALE ALIAJELOR ALUMINIULUI ............ 167 7.2.1. Recoacerea de detensionare................................................................. 167 7.2.2. Durificarea prin precipitare ................................................................. 167 CAP. VIII.INGINERIA PROCESELOR DE TURNARE A METALELOR I ALIAJELOR NEFEROASE .................................................................................. 169 8.1. PRINCIPIILE FABRICAIEI DE PIESE TURNATE .............................. 169 8.1.1. Bazele proiectrii garniturilor de model .............................................. 172 8.1.2. Reele de turnare .................................................................................. 174 8.2. TURNAREA N FORME TEMPORARE ................................................. 176 8.2.1. Nisipuri de turntorie .......................................................................... 178 8.2.2. Liani pentru turntorii ........................................................................ 179 8.2.2.1. Argila ................................................................................................ 181 8.2.2.2. Bentonita .......................................................................................... 182 8.2.2.3. Silicatul de sodiu .............................................................................. 183 8.2.2.4. Silicatul de etil .................................................................................. 185 8.2.2.5. Covasilul .......................................................................................... 185 8.2.2.6. Covalitul ........................................................................................... 186 6 8.2.2.7. Uleiul de in ....................................................................................... 186 8.2.2.8. Dextrina ............................................................................................ 186 8.2.2.9. Melasa .............................................................................................. 187 8.2.2.10. Leia sulfitic ................................................................................. 187 8.2.2.11. Rini sintetice ............................................................................... 188 8.2.3. Materiale de adaos ............................................................................... 191 8.2.3.1. Adaosuri carbonice ........................................................................... 191 8.2.3.2. Adaosuri polizaharidice .................................................................... 192 8.2.3.3. Adaosuri celulozice .......................................................................... 192 8.2.4. Vopsele refractare ............................................................................... 192 8.2.5. Reete de preparare a amestecurilor de formare .................................. 194 8.2.6. Formarea manual n rame .................................................................. 197 8.2.6.1. Execuia formelor din amestecuri cu liani anorganici ..................... 197 8.2.6.2. Execuia formelor din amestecuri liate cu silicat de sodiu ............... 201 8.2.6.3. Execuia formelor din amestecuri liate cu rini sintetice ................ 203 8.3. TURNAREA N FORME PERMANENTE ............................................... 205 8.3.1. Turnarea gravitaional n forme metalice .......................................... 206 8.3.2. Turnarea centrifug ............................................................................. 210 8.3.3. Turnarea sub presiune ......................................................................... 217 8.3.3.1. Avantaje i caracteristici ale turnrii sub presiune ........................... 219 8.3.3.2. Instalaii pentru turnarea sub presiune a aliajelor neferoase ............ 224 8.3.3.3. Parametrii tehnologici ai turnrii sub presiune ................................. 233 8.4. DEFECTELE PIESELOR TURNATE ....................................................... 241 BIBLIOGRAFIE .................................................................................................... 247 7 CAP.I. METALE SI ALIAJE NEFEROASE

Metaleleialiajeleneferoasereprezintunadintrecelemai importantegrupedematerialeutilizatedeomdincelemaivechitimpurii cuperspectivedecretereaimportaneilornviitor.nafaramaterialelor neferoaseclasice,uneledomeniidevrfaletehnicii,precum:tehnica aerospaial,tehnicanuclear,electrotehnica,electronica,energeticaetc., solicitmaterialeialiajecuproprietideosebite:supraconductibilitate, superplasticitate,refractaritate,rezistenmritlacoroziune,memoria formei,rezistenemecanicedeexcepie,magnetism,rezistivitateetc.Pentru afabricaproduselemetalurgicesolicitatedenoileindustriisuntnecesare tehnologiiiinstalaiimoderne,precumispecialiticuonaltpregtire teortic i practic. 1.1. METALE NEFEROASE Cele 116 elemente chimice cunoscute pn n prezentpot fi grupate astfel: - 6 sunt gaze inerte ( He ; Ne ; Ar ; Kr ; Xe ; Rn ),-12sunt nemetale( halogenii: F ; Cl ; Br ; I- calcogenii: O ; S precum i: N ;P ; H ; C ; Se ; At ), - 7sunt semimetale( B ; Si ; Ge ; As ; Sb ; Te ; Po ), - 91sunt metale. Caracteristicilestructuraleielectronicespecificemetalelorse datoreazfaptuluicatomiisuntlegaintreeidectreelectoniidevalen caresuntrepartizaipebenzienergeticeinumaiaparinfiecruiatomn parte. Proprietile care pot face diferena dintre metale i celelalte elemente sau compui chimici sunt de natur[49]: 8 -fizicmetaleleau:luciumetalic,opacitate,plasticitate, elasticitate, conductivitate termic i electric etc. - chimic oxizii metalelor au caracter bazic; - tehnologic metalele au valori specifice pentru: duritate, rezistena de rupere la traciune,tenacitate, rezistena la uzare, rezistena la coroziune, maleabilitate, ductilitate etc. Datoritrealizrilortehnicedindomeniulsemiconductorilorial supraconductibilitii s-a stabilit c rezistivitatea electric a oricrei substane esteinfluenatdetemperatur.Metalelesecaracterizeazprinvaloarea pozitivacoeficientuluidetemperaturalrezistivitiielectrice,ceeace nseamn c la creterea temperaturii conductivitatea lor electric scade. Dincele91demetale23suntplasatengrupeleprincipale,iar celelalte 68 n grupele secundare ale sistemului periodic. Deoarece structura electronicinflueneazdecisivproprietile,deciiinsuirilespecifice, metalele se pot mpri n dou grupe mari: a.Metale cu straturile electronice intermediare saturate cu electroni, care fac parte din grupele principale ale sistemului periodic[37;38]: - metalele blocului S care pierd uor electronii de pe stratul s, sunt cele care fac parte dingrupa I metalele alcaline ( Li, Na, K, Rb, Cs, Fr ) i grupa a-II-a metalele alcalino-pamntoase ( Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra ); - metalele blocului P care pierd uor electronii de pe stratul p, sunt cele care fac parte din grupa a III-a ( Al, Ga, In, Tl, Uut ), grupa a IV-a ( Sn, Pb, Uuq ), grupa a V-a ( Bi, Uup ) i grupa a VI-a ( Uuh ). b.Metalecustraturileelectoniceintermediarenesaturatecu electroni,aflatengrupelesecundarealesistemuluiperiodic,cunoscutesub denumirea de elementele blocului d sau de metale de tranziie, au structura ultimului strat electronic ocupat ( )2 1 10 11 s n d n, n care n=4,5,6,7. Acestea se pot grupa astfel: 9 -metalelegrupeiIb(Cu,Ag,Au,Rg),aucelemaipronunate caracteristici metalice i conductivitatea termic i electric cea mai mare; - metalele grupeiII b( Zn, Cd, Hg, Uub )sunt uor fuzibile i uor volatile; -metalelegrupeiIIIb(Sc,Y,La,Ac)suntnumeroaseifoarte diferitedeoareceaiciintrelementelebloculuifdenumitemetalele pmnturilor rare, din care fac parte cele 14 lantanide( Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu),precumicele14elemente radioactivedinseriadetranziieinternaactinidelor(Th,Pa,U,Np,Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr ); -metalelegrupeiIVb(Ti,Zr,Hf,Rf)auproprietideosebite, temperatur mare de topire i formeaz oxizi refractari i foarte stabili; - metalele grupeiV b( V, Nb, Ta, Db ) au temperturi nalte de topire i vaporizare, precum i o stabilitate chimic deosebit de ridicat; -metalelegrupeiVIb(Cr,Mo,W,Sg)suntalbcenuii, strlucitoare, cristalizeaz n sistemul cubic cu volum centrat, au temperaturi de topire foarte ridicate i sunt cele mai puin volatile; -metalelegrupeiVIIb(Mn,Tc,Re,Bh)suntfoartediferiteca rspndire ( Mn este uzual, iar Tc, Re i Bh sunt rare i recent descoperite) i proprieti ( Mn are temperatura de topire de 1220oCi se oxideaz uor, iar Tc i Re care se topesc la 2700oC, respectiv 3175oC, sunt foarte refractare i stabile din punct de vedere chimic); -metalelegrupeiVIIIbsuntcuprinsentreicoloane,dar proprietile sunt mai apropiate pe orizontal i din acest motiv ele se mpart n dou familii distincte: familia fierului( Fe, Co, Ni ) este constituit din metaletipicecareauproprietifizico-mecanice,chimiceitehnologice deosebiteiaulargiaplicaiintehnic,maialessubformdealiajecu rezisten mecanic deosebit, magnetice, nemagnetice, antiacide, refractare,10 rezistente la coroziune, superplastice, cu memorie, moi sau cu duritate mare; familia metalelor platinice( Ru, Rh, PdiOs, Ir, Pt ) conine elemente cu reactivitate foarte redus care se pot gsi n stare nativ n scoara terestr; elesuntmetalerare,refractare,inactivedinpunctdevederechimic,cu utilizri speciale i costuri de fabricaie foarte mari. Datoritcaracteruluispaialallegturiimetalice,ioniimetalici formeazreelecristalinedemaximcompactitateceeacefaceca majoritateametalelorscristalizezenunuldinceletreisisteme:cubic centrat, cubic compact, hexagonal compact. Fenomenul de polimorfism este rarntlnitlametale,maialesndomeniulunortemperaturirezonabile. Principalele exemple n acest sens sunt[14]: - Sn , cristalizat n sistemul cubic tip diamant, trece la temperaturi mai mari de 13,2oC n Sn care cristalizeaz n sistemulcubic; -Calciulprezinttreistrialotropice:Ca -cubcufeecentrate, Ca - hexagonaliCa- cub centrat; -Stroniularetreistrialotropice:cubiccufeecentrate,cubic centrat, hexagonal; - Scandiul poate cristaliza n cubic cu fee centrate sau n hexagonal; - TiiZrcristalizate n sistem hexagonal trec la temperaturi mai mari de 882oC, respectiv 862oC, n Ti iZr care au reeaua cub centrat; -Hafniulpoatecristalizanhexagonalsaucubcuvolumcentrat, manganul n sistemul cubic i tetragonal, fierul n cubic cu volum centrat sau cubiccufeecentrate,cobaltulnhexagonalcompactsaucubcufee centrate, wolframul n cub centrat sau cub cu fee centrate. n funcie de utilitatea lor tehnic metalele se pot clasifica n: -metale uzuale: Fe, Cu, Ni, Pb, Sn, Zn, Al, Mg, Ti etc. -metale rare: Y, Hf, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Ru, Rh, Pd, Ga, In, Tl etc. iar metalele uzuale se mpart n: 11 -fierul( mpreun cu aliajele sale) i -metalele neferoase. Din cele 90 metale neferoase cunoscute pn n prezent: - 61 sunt naturale i au o stabilitate total a atomului,- 13 suntnaturalradioactive, au instabilitate a nucleului atomici se obin prin dezintegrarea altor elemente,- 16 sunt artificiale fiind obinute prin sintez. Dinpunctdevederearspndiriiseremarcfaptulcprimele15 elemente amplasate n partea de sus a sistemului periodic i care au numere de ordine mici, reprezint99,48%din scoara terestr.Metalele neferoase care au cea mai mare pondere n litosfer sunt[9]:Al 7,51% ; Ca 3,39% ; Na 2,64% ; Mg 1,94% ; Ti -0,58%. O parte din metalele neferoase au fost cunoscute i folosite de oameni cumiideaninurm,darabiansecolulXXs-aunregistratcreteri spectaculoase ale produciei de metale i aliaje neferoase.Situaia produciei pentru cele mai importante metale neferoase este urmtoarea[12;24;62]: - Cupru producia mondial de cupru rafinat a fost: 8.100 tone/an . .. . n anul1750 7.200.000 tone/an . . . .n anul1975 9.000.000 1986 15.234.000 2003 17.814.000 2006 Deireprezintdoar10x10-3%dinscoaraterestr,rezerveledezcamintecuprifereexploatabile,conformcelormairecenterealizridin domeniul concentrrii i extraciei, sunt de peste 300 milioane tone de cupru. - Zinc producia mondial de zinc rafinat a fost: 5.000.000 tone/an . .. n anul19687.000.000 1986 12 9.879.0002003 10.229.0002005 11.394.0002007 Zinculestepuinrspnditnscoaraterstr,doar4x10-3 %,ns producia crete anual ca urmare a cererii tot mai mari n domeniul proteciei anticorozive i al aliajelor de turntorie. - Staniu producia mondial de staniu a fost: 200.000 tone/an. . . n anul1968 264.000 2004 280.000 2005 Staniul este un metal scump i deficitar care reprezint doarn x 10-4%dinscoaraterestr.Elestedenenlocuitnurmtoareledomenii:folii alimentaredestaniol,acoperireatablelordinoelutilizatepentruambalaje alimentareifarmaceutice,producereaaliajelordelipit,aaliajelor antifriciune, a aliajelor uor fuzibile, a bronzurilor etc. - Plumb producia mondial de plumb a fost: 749.000tone/an. .. n anul1900 1.520.0001930 2.390.000 1960 3.370.000 1990 6.763.000 2003 8.150.000 2007 Plumbul reprezint doar1,6 x 10-3 % din scoara terestr. El este din ce n ce mai puin utilizat n aplicaii domestice, n schimb este de nenlocuit n domeniul proteciei mpotriva radiaiilor. - Aluminiu este metalul cu ritmul de cretere a produciei cel mai ridicat de la descoperirea sa i pn n prezent: 3,79 tone/an..n anul1886 13 99,45 tone/an..n anul1890 5.693tone/an. .. n anul 1900 16.000.000tone/an . . .n anul1986 24.300.000 2001 28.000.000 2003 31.900.000 2005 Aluminiulesteprimulmetalialtreileaelement(dupoxigeni siliciu) ca rspndire n litosfer, unde se gsete n proporie de 7,51 %.Datorit proprietilor deosebite pe care le are, aluminiul a devenit al doilea produs metalurgic dup oel, chiar dac consumurile energetice pentru extracia sa sunt nc foarte mari (13,2MWh/tAl, fa de 40MWh/tAl ct era n anul 1900). Creterea n continuare a produciei de aluminiu este posibil deoarecepmntulconine,nafaracelorasemiliardetonedebauxit exploatabil(astziestimrilesuntlapeste50miliardetone),ncnou miliarde tone de nefeline, caolinuri i cenui de termocentrale ce vor putea fi valorificate n viitorul apropiat. - Magneziu este foarte raspndit n litosfer, reprezentnd 1,94 % din aceasta i este produs pe plan mondial n cantiti din ce n ce mai mari: 300.000 tone/an.... n anul1986 886.000 2006 Creterea produciei de magneziu este justificat de cererea din ce n ce mai mare de aliaje uoare i superuoare n aeronautic, astronautic i n industriile de autoturisme, autocamioane, ambarcaiuni navale etc. Ritmurideosebitedecretereaproducieis-auinregistratipentru celelaltemetaleneferoaseutilizatentehnic.Dinpunctdevedereal aliajelor elaborate nturntorii deosebit de importante au devenit metale ca: nichel, titan, crom, molibden, volfram, vanadiu etc. 14 1.2. ALIAJENEFEROASE Aliajelemetalicesuntmaterialetehnicealctuitedindousaumai multeelementechimice,dintrecarepondreaceamaimareoaumetalele, careprezintcaracteristcimetaliceevidente.Elementelecareintrn compoziia aliajelor se numesc componeni, cel mai important dintre acestea fiind metalul de baz, altele fiind elementele principale de aliere, iar celelalte sunt elementele secundare de aliere.Pelngmetaluldebazielementeledealierealiajeleindustriale coninimpuriticareprovindinmateriaprimsauaufostintroduse accidental n procesele de elaborare i turnare. n funcie de influena pe care o au acestea se pot grupa n: - impuriti neutre, care nu influeneaz nefavorabil calitatea aliajelor i a cror concentraie n aliaj nu este strict limitat; - impuriti nocive, care nrutesc proprietile i care trebuie eliminate pn cnd coninutul lor se reduce sub limita maxim admisibil.Aliajele neferoase reprezint o categorie important de materiale care sunt utilizate n majoritatea domeniilor tehnice dintre care amintim: industria constructoaredemaini,industrianavala,industriachimic,aeronautici astronautic, electrotehnic i electronic, energetic etc. Prinnoiuneadealiajeneferoaseseinelege,nsensgeneral, totalitatea aliajelor care nu au ca element de baz fierul, iar n sens restrns, totalitatea aliajelor larg utilizate n tehnic care au ca baz metale neferoase comune cum ar fi: cuprul, aluminiul, magneziul, zincul, plumbul, staniul etc. icarenufacpartedinmetaleleneferoaseraresauscumpe.Celelaltealiaje neferoasesuntcunoscutecaaliajespeciale,cuutilizriexprese,decele mai multe ori cu denumiri specifice. Domeniiledeaplicarealemetalelorialiajelorneferoasesunt determinatenprimulrnddeproprietilelorspecificecaregsesco 15 anumitcorespondencucomplexitateacerinelorpracticedindiverse domenii tehnice. Prin prisma satisfacerii acestor cerine aliajele neferoase de turntorie, complexe sau mai puin complexe, nu i-au gsit nlocuitori , fapt ce le pstreaz importana deosebit de care s-au bucurat pn n prezent. 1.2.1. Clasificarea aliajelor neferoase Diversitateamaredeproprietispecificepecareleprezintaliajele neferoase,angreunatfoartemultrealizareauneiclasificriacceptate. Autorii consider c o clasificare complet a aliajelor neferoase trebuie s se fac dup urmtoarele criterii[32;39]: a) dup numrul elementelor de aliere: -aliaje binare - conin metalul de baz i un element de aliere; -aliaje ternare - conin metalul de baz i dou elemente de aliere; -aliaje cuaternare - conin metalul de baz i trei elemente de aliere; -aliajecomplexe-coninmetaluldebazimaimulteelementede aliere. b) dup coninutul elementelor de aliere: -aliaje slab aliate, care au pn la 3% elemente de aliere; -aliaje mediu aliate, care au 3-10% elemente de aliere; -aliaje nalt aliate, care au peste 10% elemente de aliere. c) dup greutatea specific a metalului de baz: -aliajeuoare,careaugreutateaspecificmaimicde4daN/dm3, cumsuntcelepebazdealuminiu,magneziu,beriliuetc.Aliajele superuoare care au greutatea specific mai mic de 2 daN/dm3 fac parte din sistemul magneziu, litiu, aluminiu; -aliajegrele,cugreutateaspecificmaimarede4daN/dm3suntpe bazde:cupru,nichel,zinc,staniu,plumbetc.Bronzurileialamele,care conin metalele de mai sus, sunt cele mai utilizate aliaje grele n turntorii. 16 d) duptemperatura de topire: -aliaje uor fuzibile, cu temperaturi de topire mai mici de 500C, din categoria crora fac parte aliaje pe baz de plumb, staniu, zinc, cadmiu; -aliajecutemperaturmediedetopire,caresetopescntre500Ci 1000C, din care fac parte aliaje pe baz de aluminiu, magneziu i cupru; -aliajecutemperaturdetopireridicat,cuprinsntre1000Ci 1500C, dincare fac parte aliajele pe baz de cupru, nichel, beriliu, mangan; -aliajegreufuzibile,cutemperaturadetopiredepeste1500C,cum ar fi cele pe baz de cobalt, titan, platin, wolfram, molibden etc. Estedereinutcaceastclasificarearenvederetemperaturade topireametaluluidebaz,deoarecealiajeleneferoasenuauunpunctde topireconstant,cisetopescntr-unintervaldetemperatur,nfunciede compoziia chimic real. e) dup destinaie, utilizare i tehnologia de prelucrare: -prealiaje,utilizatecamaterialeintermediarelaelaborareaaliajelor neferoase; -aliaje de turntorie, destinate fabricrii pieselor turnate; -aliajedeformabile,careseprelucreazulteriorpecalemetalurgic prin deformare plastic la cald; -aliaje destinate turnrii pieselor cu proprieti de antifriciune; -aliajedestinateindustrieiaeronautice,pebazdealuminiu, magneziu i titan. -aliajecudestinaiespecial:electronic,biocompatibile,medicin, alimentaie, opere de art i cult etc. f) dup natura componentului de baz: - aliajele cuprului; - aliajele aluminiului; - aliajele magneziului; 17 - aliajele nichelului etc. nafaraclasificriisumareprezentatemaisus,literaturade specialitateoferialtecriteriideclasificare:dupculoare,dup reactivitatea chimic, dup gradul de utilizare etc.Aliajeleneferoasesecaracterizeazprin[16]:simbol(marc), compoziienominal,compoziieadmisibilicompoziiereal,pentru fiecareadmindu-seanumitevalorialeproprietilorfiziceimecanice,n generalstandardizate.Existnsimultealiajecunoscutesubdiverse denumiri comerciale pe care literatura de specialitate le prezint ca atare. Simbolulsaumarcaoferoindicaiesumarasupranaturiii componenteloraliajului.Compoziianominalestecompoziiachimic medieaaliajului,corespunztoaresimbolizriiacestuianstandarde. Exemple: -CuSn9Zn5Taliaj de cupru(bronz) pentru turntorie cu 9%Sn, 5%Zn; -CuAl9Fe5Ni5 aliaj de cupru(bronz) cu 9% Al, 5% Fe, 5% Ni; -CuZn38Pb2Mn2 aliaj de cupru(alam) cu 38% Zn, 2% Pb, 2% Mn; -ATSi10Cu3MgFealiajdealuminiuturnat,cu10%Si,3%Cui cantiti mici de Mg i Fe (dar nu ca impuriti); -Y-Sn83 aliaj antifriciune care conine 83% Sn. Compoziiaadmisibilindiclimitelentrecarepoateficuprins compoziiaaliajuluiireprezintlimiteleinferioareisuperioareale concentraiei componenilor i coninutul maxim de impuriti tolerate. Compoziiarealestecompoziiachimicefectivaaliajului, determinat prin analize chimice cantitative. 1.2.2. Aspecte termodinamice ale sistemelor de aliaje neferoase Proprietilepieselorturnatedinaliajeneferoasesuntdependentede compoziiachimicidestructur.Prinintroducereaunuiasaumaimultor 18 elementedealierentr-unmetalsepotobinealiajedediferitecompoziii, structuri i proprieti ce vor avea utilizri tehnice corespunztoare. Formareastructuriialiajelorneferoaseesteinfluenatattde condiiiledeelaborarectideconfiguraiapieseloridecondiiilede turnare i rcire ale acestora. n general, structura se refer att la macrostructura piesei turnate ct ilamicrostructuraacesteia.Macrostructura,deobiceiobservatcuochiul liberntr-orupturproaspt,cuprindeformaidistribuiagrunilor echiaci fini, zona cristalelor columnare i zona cristalelor echiaxe mari. La solidificarea lingourilor se formeaz trei zone distincte[15]: - la marginea exterioar, un strat ngust de cristale fine cu orientare ntmpltoare, germinate eterogen; - n centrul lingoului, gruni cristalini echiaci mari, dezvoltai la subrcirea constituional; - zona intermediar, de transcristalizaie, este constituit din cristale columnare dezvoltate n direcia de pierdere a cldurii, perpendicular pe pereii lingoului, ceea ce poate conduce la tendina de desprindere la coluri dac acestea nu sunt rotunjite. Fig.1.1. Macrostructura unui lingou turnat n seciune longitudinal i transversal. 19 Microstructuraunuialiajestedeterminatdenatura,forma, distrubuiaiproporiaconstituenilormetalografici.Sepoatevorbideo microstructurprimar,careseobinedirectprinprocesuldesolidificaren urmaturnriipieselorideomicrostructursecundarcarerezultnurma unor tratamente termice efectuate dup solidificarea i rcirea pieselor. Aacums-aartatmaisus,aliajeleneferoasepotficombinaiide dou,treisaumaimulteelemente.ntreacesteelementechimicepotexista urmtoarele relaii pornind de la capacitatea lor de a se dizolva total, parial sau deloc n stare lichid sau solid[14;32]: - total solubile (miscibile) n stare lichid i n stare solid; - total solubile n stare lichid dar insolubile n stare solid; - total solubile n stare lichid i parial solubile n stare solid; - insolubile att n stare solid ct i n stare lichid. n literatura de specialitate sunt dezbtute n amnunt aceste cazuri n cadruldiagramelordeechilibrutermic,binaresauternare.Acestediagrame reprezintrelaiagrafic,trasatnfunciedetemperaturiconcentraie, carearatschimbareastrilordeechilibrualealiajelornfunciedeaceste coordonate.Diagrameledeechilibruoferposibilitateastabiliriistrii aliajelor la o anumit concentraie n funcie de temperatur i de a determina fazeleexistentedinpunctdevederecantitativicalitativ.Elepermit,de asemenea, s se urmreasc transformrile de faz care se produc la nclzire saularcire,precumiidentificareaconstituenilorstructuralicareseobin n urma transformrilor de faz. Principaleletipuridediagramedeechilibrutermic,binaresunt prezentate mai jos[14; 16]: a)completmiscibile(solubile)attnstarelichidctinstare solid (Fig. 1.2). Exemple: Cu-Ni, Au-Ag, Co-Ni, Cu-Mn. 20 Fig.1.2. Diagrame de echilibru ale aliajelor binare formate din metalele A i B total miscibile att n stare lichid ct i n stare solid. Latemperaturisuperioaretemperaturiilichidusaliajulformeazo topitur omogen cu o concentraie specific n cei doi componeniA iB. Latemperaturalichidusncepesolidificareaprimelorcristaledesoluie solidcucompoziiadeterminatdenivelulconcentraiilorcelordoi componeni metalici. Cantitatea de cristale crete pe msura rcirii, astfel c la atingerea temperaturii solidusultimile cantiti de aliaj lichid se solidific. Subtemperaturasolidusaliajulestesolidificatntotalitatesubformaunei soluii solide omogene. b)completmiscibile(solubile)nstarelichiddarnemiscibilen stare solid (Fig.1.3 i Fig.1.4).Exemple: Pb Sb; Al Sn; Mg Zn; Al Sb; Al Ni; Al Mn; Mg Si. n acest caz sunt posibile trei tipuri de diagrame: - aliaje binare cu eutectic simplu dac componenii nu interacioneaz; - aliaje binare a cror componeni interacioneaz chimic i formeaz compui definii stabili, care se topesc congruent; -aliajebinareacrorcomponeniinteracioneaziformeazcompui definii instabili ce se topesc incongruent corespunztor tranziiei peritectice. 21 n primul caz, aa cum se vede n figura 1.3, aliajele corespunztoare punctuluiE,denumitealiajeeutectice,seobinprincristalizareasimultan dinlichidametalelorAiB.Datoritrejectriiatomilorceluilaltmetaln lichiduldinfaafrontuluidesolidificare,acestasembogetenatomide B, n vecintatea cristalelor de metal A i n atomi de A la limita cristalelor de metal B. Aliajele aflate n stnga punctului E, numite hipoeutectice, au o structuralctuitdincristaleprimaredemetalAiamestecmecanic eutectic A+B, iar aliajele aflate n dreapta punctului E, numite hipereutectice separ din topitur cristale primare de B i amestec mecanic eutectic A+B. Fig. 1.3. Diagrama de echilibru a unui sistem format din dou metale complet solubile n stare lichid i total insolubile n stare solid[52]. AliajuldecompoziieX

ncepe s se solidifice la punctulL prin separarea de cristale de metalA, iarlichidulsembogetenmetalBdupliniaLE.Latemperatura eutectic,corespunztoarepunctuluiE,solidificamesteculmecanicde microcristale de metalAi microcristale de metalB. L XB A+EB+E E Lichid B[%] Metal A + Lichid Metal B + Lichid A A B 35 65 %E BA 22 DeoarecenpunctulEvarianasistemuluiestenulnseamncatt temperaturacticompoziiachimicaeutecticuluisuntbinedeterminate. Diagrama structural din partea de jos permite calculul n procente masice a fiecrui constituent structural al aliajului. Daccomponeniisistemuluibinardealiajeformeazcompui chimicicarenstaresolidsuntcompletinsolubiliatuncidiagramelede echilibruvorfideformacelordinfigura1.4.Metalelecumareafinitate chimic formeaz compui foarte stabili care se topesc congruent, adic fr ssedescompunlatemperaturimaimaridectalecelordoumetale,iar metalele cu afinitate chimic moderat formeaz compui care se descompun naintedetopire.Considerndcompusulchimicuncomponentpur diagramele pot fi mprite n pseudodiagrame binare cu eutectic. ab Fig. 1.4. Diagrame de echilibru ale aliajelor binare formate din metale total miscibile n stare lichid, complet insolubile n stare solid i care formeaz un compus chimic: a stabil pn la temperatura de topire (congruent); b care se descompune nainte de topire (incongruent) c)completmiscibilenstarelichidiparialmiscibilenstare solid(Fig.1.5).Exemple:Pb-Sn;Sb-Sn;Al-Mg;Al-Si;Cu-Sn;Cu-Al;Cu-Zn. n stare solid se poate forma o soluie solid de metal B, dizolvat n metalulA,simbolizatprin iosoluiesoliddemetalA,dizolvatn metalul B, simbolizat prin . DeasemeneaseformeazieutecticulEcareesteunamestec mecanic de soluii solide i . 23 ab Fig. 1.5. Diagrame de echilibru ale aliajelor binare formate din metale total miscibile n stare lichid i parial solubile n stare solid, care prezint transformare eutectic a cu solubilitate n stare solid invariabil cu temperatura; b cu solubilitate n stare solid variabil cu temperaturad) nemiscibile n stare lichid i nemiscibile n stare solid (Fig. 1.6). Exemple: Al-Pb, Al-Ti, Ni-Sn, Ni-Pb, Cu-Pb, Zn-Pb, Cu-Cr. n stare lichid, cele dou metale nu formeaz o singur faz omogen, fiecare comportndu-se independent unul fa de altul. Prin scderea temperaturii se solidific mai nti cristalele metalului cu temperatura de topire mai ridicat coexistnd cu masatopitaceluilaltmetalpncetemperaturaajungelanivelul temperaturii de solidificare (respectiv topire) a acestuia. De obicei se produce oseparareacelordoumetalendoustraturisuprapuse,nfunciede greutatea specific. Aceste metale pot fi procesate prin metodele metalurgiei pulberilor (amestecare, presare i sinterizare).

ab Fig.1.6 Diagrame de echilibru ale aliajelor binare formate din metale total nemiscibile (a) i parial nemiscibile (b) att n stare lichid ct i solid 24 Fa de cazurile generale de mai sus, literatura de specialitate prezint diversediagramebinaredeechilibrutermiccepotficonsideratecazuri particulare ale acestora. n cazul aliajelor formate din trei componeni metalici se poate vorbi despreaceleaitipuriderelaiintrecomponeni,caincazulaliajelor binare.Acesterelaiisuntexprimategrafictotprindiagramedeechilibru ns mai complexe, deoarece ele se traseaz de regul n trei dimensiuni, ns potfireprezentatesimplificatprinrabaterenplan.Astfeldediagramesunt prezentate n figura 1.7. i n figura 1.8. Fig. 1.7. Diagrama de echilibru a sistemelor ternare cu componeni complet solubili n stare lichid i insolubili n stare solid Fig.1.8. Proiecia diagramei ternare pe triunghiul concentraiilor, cu sisteme binare rbtute. 25 Pebazadiagramelordeechilibrusepottrageconcluziiprivind proprietilefizice,chimice,mecanice,precumiconsideraiileteoretice necesare stabilirii tehnologiilor de elaborare, turnare i tratamente termice. nceeacepriveteelaborareaiturnarea,cunoatereadiagrameide echilibru permite s se determine: -posibilitile de aliere ale metalelor; -obinerea unor constituieni care s duc la realizarea proprietilor fizico-chimice i tehnologice impuse piesei turnate; -temperatura la care aliajul trece n stare lichid; -intervalul de solidificare. Din diagramele prezentate mai sus, se nelege c, n stare solid, ntr-unaliaj,sentlnescconstituienistructuralicepotfigrupainpatrutipuri principale: - metal pur; - compui definii; - soluii solide; - amestecuri mecanice. Princonstituientstructuralsenelegeaceaparteconstitutiv,faze sauamestecuridefaze,dincareestealctuitstructuraaliajeloricarela analiza metalografic prezint un aspect caracteristic. Fazareprezintaceaparteomogenaunuisistem,mrginitde celelalte pri ale sistemului printr-o suprafa de separaie i care prezint o reea proprie. Metalulpursecaracterizeazprintemperaturconstantdetopire respectivdesolidificare,iarlaanalizametalograficaparesubformde gruni poliedrici omogeni, uneori punndu-se n eviden doar limita dintre cristale iar alteori sub forma unei structuri dendritice. Compuiidefiniireprezintcombinaiinanumiteproporiintre atomiielementelorcomponenteilaanalizametalograficaparcureele 26 cristalinespecifice,diferitedealeelementelorcomponente.Eipotfimai multsaumaipuinstabilinfunciedemetalelepecareleconinide legturile formate: prin legile valenei sau prin electroni comuni. Soluiile solidese prezint ca un amestec intim al atomilor celor doi componeni,asamblaintr-unedificiucristalinunitar.Laoricecompoziie soluia solid este omogen, iar proprietile fizice i prametrii reelei difer nesemnificativdecelealecompoziiilorvecine.Dinpunctdevederea amplasrii atomilor componenilor n reeaua cristalin se disting dou tipuri de soluii solide: -soluiesoliddesubstituieobinutprinsubstituirea(nlocuirea) atomilor unui component cu atomii celuilalt component; -soluiesoliddeinterstiie,careseformeazprinptrunderea atomilorunuicomponentnspaiuldintreatomiialtuicomponent;acesttip de soluie solid este mai rar ntlnit. Din punct de vedere al amplasrii domeniului lor de existen, soluiile solide se grupeaz n: -soluii solide primare, al cror domeniu de existen pornete de la unuldincomponeniipuriaialiajului,acestafiindsolventulsoluiei,iar reeauasacristalinsepstreazpetotdomeniuldeexistenalsoluiei solide terminale; -soluiisolidesecundare,auntregdomeniuldeomogenitateide existen axat pe compoziia i reeaua cristalin a unui compus intermetalic. n mod normal, distribuia atomilor de specii diferite n reeaua cristalinauneisoluiisolideestentmpltoare,iaraceastaestedenumit soluie solid dezordonat. Soluiilesolidedesubstituielacareesteposibilcalatemperaturi cobortesaiblocdistribuiaregulataatomilordespeciidiferiten reeaua cristalin, sunt denumite soluii solide ordonate.27 Amestecurilemecaniceseprezintsubformaunoragregatede microcristalealecelordoicomponenisauadoufaze,cunoscuteisub denumireadeeutectice.Caracteristicpentrueutecticeestefaptulcauo temperaturdetopire,respectivdesolidificareconstant,iarceledoufaze seseparsimultan.Eutecticelerezultprinsolidificareauneitopituri,iar atuncicndseformeazprintransformarenstaresolidsenumesc eutectoide. 1.3. SOLIDIFICAREA METALELOR I ALIAJELOR NEFEROASE Solidificareaaliajeloresteprocesuldetrecereaacestoradinstarea lichid(detopitur)nstaresolidcaurmareapierderiideenergieprin cedareaclduriiiprezintdouaspecteprincipale:unuldeamorsaresau germinare i cellalt de desfurare sau cretere a cristalelor[44]. Germinarea reprezint etapa formrii germenilor de solidificare adic anucleelorsaucentrelordecristalizare.Germeniidesolidificarepotfi germeni proprii sau omogeni i germeni strini sau eterogeni. Germinarea omogen este procesul de formare spontan a unor centri decristalizarenjurulcrorasevadezvoltauncristal,chiardinatomii existeni n masa lichidului, n anumite condiii de subrcire. Germinareaeterogenserealizeaznjurulunorgermenistrini, care pot fi particule infime aflate n suspensie n lichid. Aceste particule pot proveni fie din impuritile aflate n lichid, fie din precipitarea primar a unor fazesubformdeminicristale.Comportareaacestoracanucleede cristalizareesteposibilnumaidaceleauaceeaireeacristalincua metaluluicaretrebuiescristalizeze(izomorfe)sauauuneleplane cristalografice analoge cu ale acestuia (epitaxie). 28 npractic,germanareaeterogenpoatesfiefavorizatprin introducereaintenionatnaliajullichidaunorelementechimicenumite modificatori,rezultndastfelstructuricugrunifoartefininloculunor structuri grosolane. n general, aceti modificatori sunt elemente cu afinitate marefadeoxigen,ceeacepermiteformareadeincluziuninemetalice (oxizi) ce joac apoi rolul de centrii de cristalizare. Cretereacristalelorncepeimediatdupces-auformatgermenii stabili,iarvitezalordecretereestedirectproporionalcudiminuarea energiei atomilor prin evacuarea cldurii. Sepoatevorbidespreocristalizarelascaratomic,cndatomiise vorfixanacelelocurincarevorgsiunnumrmaredevecinicevor contribuiladiminuareaenergieilor(decitindspreostaredeechilibru)i despre o cristalizare la scara cristalului ce ar consta ntr-o adiionare continu deatominplaneparalelecuanumiteplanecristaline,nsnedirijate, obinndu-senfinalcristalecuconfiguraiigeometriceoarecare.Totuin condiiidercirefoartelentexistposibilitateaformriiunorcristale oarecumdirijate,numitedendrite,caresenasccaurmareaunordirecii prefereniale de cedare acldurii. Dendritele au forma unei frunze de ferig i oprirea creterii lor are loc atunci cnd ramurile ei ajung n zone cu metal lichid n care este acumulat o cantitate mai mare de cldur provenind de la un cristal vecin (este un proces ce are mare similitudine cu nghearea apei). Fig. 1.9. Formarea dendritei[52] a apariia centrului de cristalizare;b cedarea cldurii;c dendrita. 29 n final, structura policristalin a unui aliaj, caracterizat de existena unui numr mare de gruni cristalini, este dat de: -creterea liber a cristalelor pn la incomodarea reciproc; -realizarea masei unice prin sudarea grunilor i formarea limitelor degrunicaurmareaacumulriiincluziunilordediferitetipuricarese solidific ultimele; -poligonizarea structurii constnd n creterea grunilor n timp i la temperaturi ridicate, prin difuzie, n scopul micorrii energiei interne. Dup solidificare, grunii mari continu s creasc resorbindu-i pe cei mici. Solidificareaaliajeloresteunprocescesedesfoarntr-unanumit timp,carencazulturnriinpieseestedatpedeopartedegrosimeade pereteapiesei,iarpedealtpartedecapacitateaformeideturnaredea prelua mai repede sau mai ncet o anumit cantitate de cldur de la metalul lichid. nmomentulturnriimetaluluipur,lichid,nform,nvederea obinerii piesei turnate, ca urmare a faptului c pereii acesteia sunt mai reci dectmetalultopitvaexistaunfluxdecldurdirijatsprepereiiformei. Rezultdecicnimediatavecintateapereilorformeitemperatura metalului va scdea mai rapid, formndu-se un strat de metal solidificat la o anumittemperatur.Pemsurceclduraestepreluatdepereiiformei acest strat se mrete, astfel nct, la un moment dat peretele piesei turnate se gsete n situaia din figura 1.10 a. Pe peretele formei de turnare s-a format deja un strat de metal solid 1, care avanseaz n masa metalului lichid 2. Se poatespuneclasolidificareametaluluipurexistunfrontdesolidificare care avanseaz dinspre peretele formei spre axa peretelui piesei turnate cu o vitez dependent de schimbul de cldur. n cazul metalelor pure, nu exist un interval de solidificare, temperatura de topire este egal cu temperatura de solidificare: Tlichidus = Tsolidus. 30 Fig. 1.10 Solidificarea peretelui unei piese turnate[52]. 1 solid, 2 lichid, 3 zon bifazic, 4 form de turnare. Spredeosebiredemetalelepurecelemaimultealiajesesolidific ntr-un interval de temperatur, fapt pentru care solidificarea peretelui piesei turnateseproducecanfig.1.10b.nmomentulturnriialiajuluilichidn form, el are temperatura Tturnare. Pe msur ce cldura se elimin prin pereii formeiseajungelasituaiacalaunmomentdatlichiduldinpreajma pereteluiformeisaibtemperaturaTlichidusinaceastzonsapar primelecristaledesoluiesolid.Dupuntimp,temperaturalngperetele formei va scdea la valoarea Tsolidus i mai apoi acest front de temperatur va nainta spre axa peretelui piesei. Solidificarea se va socoti terminat cnd n axa piesei se va atinge Tsolidus. Sepoatespuneclasolidificareaaliajelorexistdoufronturi:un frontdenceputdesolidificareiunfrontdesfritdesolidificare.ntre acestedoufronturiexistozonbifazicacreimrimedepindedealiaj, de mrimea intervalului de solidificare i de capacitatea formei de turnare de apreluacldura.Mrimeaintervaluluidesolidificareestedependentde compoziia chimic a aliajului. Mai jos se prezint intervalele de solidificare pentru unele aliaje de interes: ATNSi12 = Al + 12%Si577 - 590 C 31 ATNSi6Cu = Al + 6%Si + 3%Cu 526 - 610 C ATNSi10Mg = Al +9%Si + 0,3%Mg575 - 612 C ATNCu4 = Al + 4%Cu 549 - 646 C ATNCu4Ni2Mg = Al + 4,5%Cu + 1,75%Mg 540 - 630 C ATNSi5Cu2 = Al + 5%Si + 3%Cu 526 - 625 C CuSn10T = Cu + 10%Sn 815 - 1050 C CuZn40 = Cu + 38%Zn 898 - 905 C CuZn40Pb = Cu + 37%Zn + 2,5%Pb880 - 895 C CuAl = Cu + 9%Al 1056 - 1075 C Structurarealizatnurmaprocesuluidesolidificaresenumete structurprimarieapoatessemeninilatemperaturaordinardac aliajulnuprezinttransformridefaznstaresolid(vezidiagramelede echilibrutermicpentrualiajelerespective).Aceaststructurdepindedeo serie de factori cum ar fi: viteza de rcire, numrul centrelor de cristalizare, compoziiachimicetc.ncazulaceloraliajecareprezinttransformride faznstaresolid,aceaststructurpoateficorectatprinoperaiide tratament termic obinndu-se o structur secundar. 1.4. PROPRIETI DE TURNARE ALE METALELOR I ALIAJELOR NEFEROASE Proprietatea tehnologic a materialelor metalice de a se turna n piese senumeteturnabilitate.Eapoatefidefinitcafoartebun,bun, satisfctoaresaureaiestedependentdeuneleproprietifiziceale mataluluisaualiajuluicaresetoarn.Principaleleproprieticare influeneaz turnabilitatea sunt: - FUZIBILITATEA: proprietatea metalelor i aliajelor de a trece n starealichid.Metaleleialiajelecaresetopesclatemperaturijoasese 32 numesc uor fuzibile i prezint avantajul unor instalaii de topire mai ieftine i a unei elaborri mai simple. ngeneral,pentruaieftiniprocesuldeelaborareaaliajelorse urmretealegereaunorcompoziiichimicecaresasiguretemperaturide topirectmaijoase(deregulaliajeleeutecticesauceleaflatenimediata vecintate). -FLUIDITATEA:proprietateametalelorialiajelorlichidedea curgecuuurinideaumpleformadeturnare.Estefoarteimportant deoarecedeeadepindeobinereapieselorcuconfiguraiecomplicaticu pereisubiri.Ceamaibunfluiditateoprezintaliajeleeutecticesaudin imediatavecintate,iarunfactorimportantpentrucretereaacesteiaeste temperatura de turnare. -PROPRIETIDESUPRAFA:fenomeneledesuprafa determindesfurareaproceselordecoalescen,dencorporaresau expulzareaincluziunilornemetalice,deadsorbieidesorbieagazelor,de cristalizare i modificare a structurii, de interaciune cu suprafaa agregatelor iaformelordeturnare.Fenomenelesuperficialedepinddeproprietile stratului limit i ale fazelor volumice ce vin n contact i sunt influenate de presiune i temperatur.Datoritatracieiexercitatedectreforeleinteratomiceasupra atomilor din stratul superficial, energia liber a suprafeei este mult mai mare dectenergialiberdinvolum.Acestexcesdeenergieasigurstabilitatea suprafeeideseparareimpiedicdispersareafazelorncontact,lavariaii energeticeminime.Modificareaizotermicaarieisuperficialeserealizeaz cu un consum de lucru mecanic, care este egal cu scderea energiei libere a suprafeei:dF=-dL= dncarecu s-anotattensiunea superficial,caresemsoarnJ/m2sauN/m.Tensiuneasuperficial reprezintforacareseexercittangeniallasuprafaalichidelordatorit 33 interaciuniiatomilordelasuprafaidininterioritindesmicoreze suprafaalichidului.Aceastproprietateesteimportantprinfaptulc metalul nu copiaz fidel toate micile detalii ale suprafeei formei, genernd astfelsuprafeemainetede.Oapreciereaproximativasupratensiunii superficialeaunuialiajestetendinastropilordeasetransformanmici sfere la solidificare ceea ce indic o tensiune superficial crescut. Tensiunea superficial este mult mai mare la metale i aliaje dect la alte substane i se mrete cu numarul grupei din sistemul periodic n care se gsete. -CONTRACIA:tendinaaliajelorimetalelordea-imicora volumul la trecerea din starea lichid n starea solid. n procesul de turnare a aliajelorsearenvedereattcontaciavolumiccticontracialiniar. Contracia volumic este important pentru aprecierea volumului retasurii ce poatesaparnanumitezonealepieselorturnateideaiciposibilitatea dimensionrii maselotelor ce vor compensa aceste valori de retasur. Calcululvolumuluiretasurii,n%dinvolumulpiesei,sefacecu formula: V = a V(1.1) unde: V volumul retasurii; V volumul piesei; a coeficient de contracie la solidificare. ntabelul1.1sedauvalorilecoeficientuluiapentruunelealiaje neferoase uzuale. Tabelul 1.1. Valorile coeficientului de contracie la solidificare Aliajul Contracia la solidificare [%] Aliajul Contracia la solidificare [%] Bronz cu staniu6,3-7,4Bronz cu beriliu4,5-5,0 Bronz cu aluminiu6,0-9,0Alam4,9-7,1 Bronz cu plumb5,0-7,2Aliaje de aluminiu3,8-7,0 Bronz cu mangan4,8-6,2Aliaje de magneziu5,2-6,0 34 Volumulderetasurcalculatsevaraportalanumruldemaselote propusceeacevapermitestabilireadestuldecorectamrimiiiformei acestora. Contracialiniaresteimportantnstabilireadimensiunilor modeluluideturnarecuajutorulcruiaserealizeazsemifabricatele. Valorilemediialecontracieiliniarepentrudiferitealiajeneferoasesunt indicate n tabelul 1.2. Tabelul 1.2. Valorile contraciei liniare i ale adaosului de contracie Aliajul turnatMrimea pieselor Contracia liniar [%] Adaosul de contracie [%] Bronz cu staniu Mici1,4-1,6 1,25Mijlocii1,0-1,4 Mari0,8-1,2 Bronz cu aluminiu Mici2,0-3,0 2Mijlocii1,8-2,6 Mari1,5-2,0 Aliaje de cupru (alame i altele) Mici1,5-2,0 1,25Mijlocii1,0-1,5 Mari0,8-1,2 Aliaje de aluminiu Al-Si Diferit 1,0-1,21,15 Al-Cu1,2-1,41,30 Aliaje de magneziuDiferit1,1-1,41,25 Aliaje de zincDiferit1,2-1,81,5 Valoareacontracieiliniaredepinde,nafardemrimeapiesei turnate, de faptul dac ea este liber sau frnat. Pentru calculul dimensiunilor modelului se va utiliza formula: Lm = Lp + xt100Lp(1.2) unde:Lm dimensiunea nominal a modelului de turnare; Lp dimensiunea nominal a piesei turnate; xt sporul de contracie. 35 CAP. II.PROCESE FIZICO-CHIMICE LA ELABORAREA I TURNAREA METALELOR I ALIAJELOR NEFEROASE Produselemetalurgicengeneralipieseleturnatenspecial corespund calitativ la solicitrile fizico mecanice impuse dac metalul sau aliajularecompoziiachimicprescris,puritateaimpusistructura corespunztoare.Primacondiiepentrucaopiesmetalicsfie corespunztoareestecaelaborareaiturnareasserealizezencelemai bunecondiii,pebazauneitehnologiiiauneidotritehnice corespunztoare.Acestlucruesteextremdeimportantdeoarecela temperaturadetopireisupranclziremetaleleialiajeleinteracioneaz intenscumediulsolid,lichidsaugazoscucareintrncontact.Astfel,la elaborare i turnare au loc procese de topire, de dizolvare, de vaporizare, de interaciune cu gazele, de interaciune cu creuzetul i cptueala cuptoarelor sau a oalelor de turnare, precum i de interaciune cu zgurile i fondanii.2.1.TOPIREA Topireaesteprocesulmetalurgicdetranformareametaluluisau aliajuluisolidnlichidcaurmareanclziriipesteoanumittemparatur. Dac la starea solid atomii ocup poziii relativ fixe, executnd doar micri deoscilaienjurulnodurilorreelei,lastarealichidmobilitateaatomilor estemairidicat,ceeacelascarmacroscopicdeterminfluiditatea. Metalelesolidesecaracterizeazprintr-oordonarendeprtataatomilor (103104distaneinteratomice),iarmetalelelichideprinordonarea apropiat a atomilor (zeci de distane interatomice)[7]. Latopire,careesteunprocesdeosebitdeimportantnelaborareai turnarea metalelor i aliajelor, trebuie s se aib n vedere urmtoarele: -temperatura de topire a componentelor ncrcturii i a aliajelor; 36 -ordinea introducerii elementelor de aliere n arj; -consumul total de cldur necesar; -pregtirea ncrcturii i modul de ncrcare; -pierderile de metal; -greutatea specific. Aacums-aartatncapitolul1,existmetaleuorfuzibile,cu temperaturidetopiremaimicide500C,metalecutemperaturimediide topirecuprinsentre500-1000C,metalecutemperaturiridicatedetopire cuprinse ntre1000 - 1500C imetale greu fuzibile care au temperatura de topire mai mare de 15000C. Fiecaremetalestecaracterizatdeotemperaturdetopireideo temperatur de fierbere sau vaporizare care trebuie s fie bine cunoscute. n procesuldeelaborareesteimportantssecunoasccantitateadecldur necesar deoarece aceasta difer de la aliaj la aliaj, n funcie de compoziia chimic i de proprietile fizice ale metalelor componente. Pentru elaborarea unui aliaj este nevoie de o cantitate de cldur pentru nclzire, o cantitate de cldur pentru topire i o cantitate de cldur pentru supranclzire. ntreaga cantitate de cldur este dat de relaia: Q = M c(Tt T0) + M qlt + M s(Ts Tt)[W] (2.1) unde:Meste cantitatea de metal din ncrctur [Kg]; c cldura specific a ncrcturii n stare solid [j/Kggrad]; Tt temperatura de topire (medie) [K]; T0 temperatura iniial a ncrcturii [K]; qlt cldura latent de topire [j/kg]; s cldura specific n stare lichid [j/kg]; Ts temperatura de supranclzire [K]. Pentrucelemaiimportantemetalesedau,ntabelul2.1,oseriede proprieti fizice care prezint interes[3]: 37 Tabelul 2.1. Proprieti fizice ale unor metale neferoase uzuale Proprieti fizice Metale AlCuZnSnPbSiMg Greutatea specific [daN/dm3]2,708,967,147,3011,42,331,74 Cldura latent de topire [Kcal/Kg] 93,950,4626,214,25,7127,785,2 Cldura specific [Kcal/KgC]0,2150,0920,0930,0540,0310,1820,245 Temperatura de topire [C]66010834192323271410650 Temperatura de vaporizare [C]245025959062270172526801107 Deasemenea,pentructevaaliajedeinteresntabelul2.2.sedau unele propriezi fizice. Tabelul 2.2. Cldura specific i cldura latent de topire a unor aliaje neferoase Aliajul Cldura specific [Kcal/KgC] Cldura latent de topire [Kcal/Kg] Alame cu 32-40% Zn0,0926-0,091334-40 Bronz cu 6-20% Sn0,095-0,08640-46 Bronz cu 10% Al0,10460-65 Aluminiu-Siliciu 10-13%0,23093 Diferenelemarintrevalorileclduriilatentedetopire,cldurii specifice i temperaturii de topire, conduc la urmtoarele concluzii[7]: -pentru elaborarea aliajelor de aluminiu, se consum cantitile cele mai mari de cldur; -pentru elaborarea aliajelor de cupru se consum de aproape dou ori mai puin cldur dect pentru aceeai cantitate de aliaj de aluminiu; -un aliaj de aluminiu sau de magneziu va putea sta mai mult n oala deturnarefrspiardcldur,dectunaliajdecupru,staniusauplumb care trebuie turnat imediat; -laelaborareseevitsupranclzireaaliajelornstarelichid, deoarece au loc pierderi mari prin oxidare i evaporare. Componenauneiarjepoatesfiedestuldeeterogendeoareceea poateficonstituitfiedinmaterialerecirculate,situaiencaresefaceo retopire, fie din materiale pure i prealiaje, situaie n care se face o topire cu 38 aliere. De asemenea materialele pentru ncrctur pot fi caracterizate printr-o serie de parametrii: compoziie chimic, form (lingou, sprturi, achii etc), mrime, provenien, stare (metalul pur, prealiaj, metal vechi, deeuri proprii etc) sau acuratee (stare de oxidare, acoperit cu nisip, emulsii etc). Esterecomandatcamaterialelepentruncrctursfiefolositen stare prenclzit sau cel puin uscat. n cazul retopirii, ordinea de ncrcare n cuptor este hotrt de mrimea bucilor arjei. Se vor ncrca n primul rndbucilecelemaimariinbaiaformatprintopirealor,seintroduc apoi bucile mai mici, eventual achii (pan) i abia la urm cele medii. ncazul topirii cualiere factorul care hotrte ordinea componenei arjei este determinat de urmtoarele proprietile n stare lichid: cldura de topire, greutatea specific, temperatura de topire i de fierbere, afinitatea fa de mediu, solubilitatea i capacitatea de a dizolva ceilali componeni. La nceput se topesc componenii de aliere cu temperatura de topire i temperaturadefierbereceamaimareicuafinitateminimfademediu. Deoarece aceste proprieti pot fi uneori contrare, n practic, alierea se face utilizndprealiajele.Acesteprealiajetrebuiesafiectmaibogaten componentuldealiereisaibproprietifizico-chimicecomparabilecu ale metalului cu care trebuiesc aliate. Uncazapartentlnitnpracticaelaborriiiturnriiestetopirea metalelor cu diferen mare de greutate specific. n aceast situaie metalele mai uoare sunt scufundate cu ajutorul unor clopote din material refractar n topitura metalului mai greu, sub amestecarea continu a bii. Deasemenea,uncazapartelreprezintmetalelecareauo temperatur de vaporizare sczut (cazul zincului i a magneziului) i deci o mare tendin pentru pierderi prin evaporare, oxidare sau ardere. n acest caz sevafaceotopiresubpresiune(nusuntntotdeaunacondiii)sauotopire normalutilizndfondaniacoperitori,careformeazunstratprotector 39 deasuprametaluluilichid,carelimiteazintensitateareaciilordeoxidare, adsorbia de oxigen i evaporarea componenilor de aliere uor volatili. Pe parcursul elaborrii metalelor i aliajelor neferoase, trebuie evitat orice fel de micare inutil a suprafeei metalului lichid i orice operaie care ar putea mri suprafaa de contact ntre metal i mediu. Dac aceste operaii trebuiescexecutate,elesevorfacecumarepruden,pentruatulburact mai puin suprafaa metalului. Pentru o elaborare corect, trebuie s se in seama de pierderile prin arderecaresurvininevitabilicaredepindattdetipulcuptoruluictide naturancrcturii.ntabelul2.3suntprezentateacestepierderipentru elementele mai larg utilizate. Tabelul 2.3. Pierderi de metale prin oxidare n diferite condiii de elaborare Aliajul pe baz de Tipul cuptorului ncrctura Pierderi prin oxidare [%] Al Cu Zn Mn Sn Si Mg Ni Cupru Cu creuzet C0,5-1 0,5-0,1 1-31-3 0,5-1,5 1-31-50,5-1 N2-3 1,0-1,5 2-52-31-1,54-82-101-1,5 Cu vatr C2-3 1,0-1,5 2-101-51-1,52-51-10 0,5-1,5 N3-51-33-202-91-3 5,0-10 2-201-2 Aluminiu Cu creuzet C0,5-1 0,5-1,0 1-2 0,5-1,5 -1-51-3 0,5-0,8 N2-3 0,5-1,5 1-31-2-2-102-4 0,5-1,0 Cu vatr C2-31-1,51-51-3-2-61-4 0,5-1,5 N3-5 1,0-2,0 2-83-5-3-152-101-2 C ncrctur compact; N ncrctur necompact. Plumbul are o pierdere de 1-2%, cnd este utilizat n aliajele pe baz de cupru. 40 2.2.SURSE DE IMPURITI Impurificarea metalelor i aliajelor neferoase n timpul procesului de topirearenumeroasesurse,ncepnddelancrctur,mediudetopire, agregatul de elaborare, prelucrarea metalului lichid nainte de turnare etc. Cauzaimpurificriiestepedeopartetendinametaluluilichiddea absorbi corpurile cu care vine n contact, iar pe de alt parte afinitatea mare fa de oxigen a celor mai multe metale neferoase i formarea de oxizi solizi, lichizi sau gazoi. Sursadeimpurificarenprocesuldetopirepoatefincrctura cuptoruluiformatdincomponenimetalici(metaleialiajemaipuinsau mai mult oxidate) i nemetalici (fondani, rafinatori, zgur) pe de o parte, i mediuldetopirepedealtparte(cptuealacuptorului,atmosferacreat deasupra bii, sculele utilizate etc.) Nuestedeneglijatcasursdeimpuritioaladeturnareichiar formancaresetoarnmetalullichid.inndseamadeinfluenaide mecanismul de acionare, impuritile pot fi clasate n gazoase i negazoase. n condiiile topirii, multe din impuritile solide trec n stare lichid i chiar gazoassuferindodispersiedincencemaimareioamestecarecuarja metalic.ncadrulacesteidispersiiuneleimpuriti,numiteactive,vorfi absorbitedemetaliarceleneactivesevorridica,caefectalgreutii specifice mai mici, pe suprafaa bii, unde se vor elimina sub form de gaze sau vor coagula formnd un strat de zgur. 2.2.1. Interaciunea cu gazele Aacums-aartatmaisus,gazelereprezintoimportantsursde impuriti. Gazele pot proveni din umiditate, din aerul atmosferic, din fazele rezultate la arderea combustibilului pentru nclzire sau chiar pot fi introduse intenionat n diverse scopuri tehnologice (rafinare). 41 Dizolvarea gazelor n metale este condiionat direct de procesele de adsorbie i de difuzie[2;7].Azotulsedizolvnumainunelemetalecucarepoatesformeze nitruri,cumarfialuminiulsaumagneziul,acesteaavndoinfluen nefavorabil asupra rezistenei la coroziune. Hidrogenul se dizolv n marea majoritate a metalelor, el difuznd n acesteancdelatemperaturaobinuitnsnmodacceleratodatcu cretereatemperaturii.Solubilitatealuiestefoarteaccentuatmaialesla aliereacumetalelecucareformeazhidruri.Decelemaimulteori hidrogenul se afl sub form de bule care, neputnd fi n ntregime eliminate dup solidificare, nrutesc considerabil caracteristicile pieselor turnate. Sursaprincipaldehidrogenoconstituieumiditateaconinutn ncrctur, n fondani, n prealiaje, n cptueala refractar a cuptorului sau a oalelor i n combustibil. Laardereahidrocarburilordincombustibiliiutilizai,natmosfera cuptorului se formeaz o mare cantitate de vapori de ap, ceea ce conduce la osaturareametaluluitopitcuhidrogen.Astfellaardereagazuluimetan, compoziia atmosferei cuptorului este aproximativ urmtoarea: 0 5% O2, 8 13% CO2, 0 7% CO, 0,3 1,5% SO2 i 7,5 16,5% H2O. Nuestelipsitdeinteres,casursdehidrogen,existenape ncrctura metalic a unsorilor, uleiurilor i emulsiilor. Oxigenul este adus n contact cu metalul topit att prin umiditatea i oxizii pe care i conine ncrctura metalic sau cptueala cuptorului ct i deatmosferacuptoruluiconstituitdingazearseiaeratmosferic.nunele cazuri oxigenul este adus n mod voit n contact cu metalul lichid atunci cnd se utilizeaz fondanii sau gazele de rafinare. Activitateaoxigenuluiestefoarteimportantdacsearenvedere afinitatealuiridicatfademajoritateametaleloridesfurareacuvitez 42 marea reaciilorde oxidare. Mecanismul de oxidare, dei depinde de starea de agregare ca intensitate, se produce att n stare solid ct i n stare lichid sau gazoas. Oxiziimetalelorcareseformeaznprocesuldeelaborarepotfi solizi, lichizisau gazoi.Unii oxizi pot fi dizolvai n aliajul lichid, alii nu, iar alii formeaz incluziuni nemetalice. Dupcaracterulinteraciuniicuoxigenul,metaleleneferoasese clasific n trei grupe: -metalele care nu dizolv oxigen i nu reacioneaz cu acesta (aurul, platina i elementele platinice) nu sunt de interes larg; -metalecarenudizolvoxigennstaresolidsaulichid,dar reacioneaz cu acesta: aluminiu, magneziu, zinc, staniu, plumb, cadmiu etc. Interaciunea acestor metale cu oxigenul se reduce la formarea unor pelicule de oxizi la suprafa, care apoi se disperseaz n faza lichid. n cazul alierii ntre ele a acestor metale se constat o cretere a vitezei de oxidare ca urmare a formrii unor compui compleci. -metalecaredizolvocantitatemaredeoxigenattnstaresolid, darmaialesnstarelichid:cuprul,nichelul,argintul,titanul,zirconiul, vanadiul etc. Aceste metale formeaz soluii de tipul Me MemOn, i att ele ctialiajelelornupotfielaboratefrase luamsuride proteciecontra oxidrii.Oxigenuldizolvatnaliajeseelimindinbaiametalicprin dezoxidare iar oxizii formai se ndeprteaz prin rafinare sau decantare. 2.2.2. Interaciunea cu cptueala cuptorului i zgura ntre aliajele lichide i pereii sau vatra cuptorului pot avea loc reacii, care influeneaz gradul deimpurificare a metalului. De regul pot avea loc reaciintremetalelealiajuluiioxiziidincptuealsauntreoxizii 43 metalelor i oxizii din cptueal. Este tiut c materialele refractare utilizate lacptuealacuptoarelorconincantitinsemnatedeoxizi:SiO2,Al2O3, CaO, MgO, Cr2O3 etc. Interaciunilemetalelorialiajelorneferoasecucptuealase manifest sub diferite forme[30]: metalizarea, reacii de schimb ntre metale imaterialelerefractare,ntreoxiziimetaleloricptueal,dizolvarea materialului cptuelii (sau a creuzetului) de ctre topitur sau de ctre zgur. Metalizareaesteimpregnareacptueliicumetalsubaciunea presiuniimetalostaticeiaefectelorcapilarefavorizatedetemperatur.Se ntlnete n cazul aliajelor pe baz de cupru i de plumb. Reaciiledeschimbntremetaleicptuealacuptoruluiseproduc maiaccentuatatuncicndoxiziiconinuinmaterialulcptueliinuau acelai caracter chimic (acid, bazic sau neutru) cu oxizii formai predominant ntopitursauzgur.npracticsevaacordaomareatenieacestuiaspect maialesatuncicndsevorformastraturidezgurpesuprafaametalului lichid, sau se vor introduce fondani. Dac totui este necesar formarea unei zgurecucaracterantagoniccaracteruluicptuelii,aceastavafimeninut numaiperioadastrictnecesarurmndsfienlocuitcualta corespunztoare.Pentrueliminareaacestuineajuns,acoloundeesteposibil se vor utiliza materiale refractare cu caracter neutru. Caefectalproceselorfizico-chimicecareaulocncondiiilede topire,secreazoanumitcantitatedesubstanenevolatile,numitezgure naturale. Compoziiachimicazgurelornaturaleestedependentdefelul aliajului,demediuldetopireidegraduldeimpurificarealmetalului.n generalzgureleconinoxizisimplisaucompleciaimetalelortopiturii, compuiaimetalelorcucomponeniirafinatoriloridiferiicompuiai metalelor cu impuritile (sulfuri, cloruri, fluoruri, fosfuri etc.). 44 Zgurilenaturaleaugreutatespecific,temperaturdetopirei conductibilitatetermicmaimicdectalemetalelor,iarvrscozitatei tensiune superficial mai mare. Aceste nsuiri le permit s se separe relativ uordintopituriisformezepesuprafaaacestoraunstratprotector mpotriva pierderilor termice i a evaporrii sau de frnare a fenomenelor de adsorbie i desorbie. Stratul de zgur format determin viteza de oxidare a metalelorntimpultopiriisauafinriiiconferposibilitateacontrolului vitezei de oxidare prin introducerea unor cantiti mici de adaosuri. De foartemulteori, formarea zgurilor este un proces voit, cu scopul deprotecieabiisaudeaccelerareaunorprocesefizico-chimice. Materialele utilizate se numesc fondani sau fluxuri i uneori ei pot rmne n stare solid (mangalul) sau se topesc formnd un strat continuu de 10-15 mm grosime. Zgurile nou formate pot avea deci o influen activ asupra topiturilor prin tendina lor de a stabili echilibrele termo-chimice ale sistemului. 2.3.RAFINAREA METALELOR I ALIAJELOR Operaiadepurificareaaliajuluitopit,adicdendeprtarea cantitilormicideimpuritimetalice,incluziuninemetalice(oxizi,nitruri, zgur) i gaze se numete rafinare. Operaia de ndeprtare a oxigenului, care datoritsolubilitiisczutesegsetenprincipalsubformdeoxizi,se numete dezoxidare i se realizeaz n principal pe cale chimic[34]. ngeneral,pentruobinereauneicalitisuperioareametalului elaborat, aceste dou operaii sunt cuplate, uneori executndu-se simultan. Dezoxidareachimicsefaceprinprecipitaresaudifuzieise bazeazpeafinitateamaimarefaoxigenaelementelorutilizatepentru rafinare n comparaie cu cele care au format oxizii existeni n baia metalic. 45 Dezoxidaniiconinelementecareauafinitateafadeoxigenmaimare dect a metalelor coninute n aliaj. Dezoxidareaprinprecipitareserealizeazcuajutorulunorprealiaje careconinelementesolubilentopituricareformezcuuurinoxizi insolubili ce pot fi separai din aceasta. n urma reaciei noii oxizi formai pot fi n stare solid, lichid sau gazoas. Cel mai uor se elimin oxizii gazoi, apoi cei lichizi i foarte greu sau de loc oxizii solizi. Dezoxidareaprindifuzieeliminoxigenuldinbaie,frdizolvarea elementelordezoxidante,ceeaceconducelaopuritatemaimareabii. Dezoxidanii, sub form de pulbere, se depun pe suprafaa metalului lichid i interacioneazcuoxiziicucareintrncontacticuceicaresunt transportai la interfa prin difuzie sau transfer de mas. Rafinareasefacepecalefiziciconstnantrenareaoxizilori gazelorcaresegsescnbaieitrecerealornzgur.Rafinareasefacede obiceicugazeinerte,nsicuanumitesrurisaumetaleatuncicndeste completatcudezoxidareapecalechimic.Rafinareaarelabazadsorbia iunfenomenasemntorflotaiei:incluziunilenemetaliceneumectatede metalul lichid, ader uor la bulele de gaze aflate n masa acestuia. Dac prin metalsesuflungazneutrusubpresiune,incluziunileaderlabulele gazoase formate i sunt ridicate la suprafa de ctre acestea. Ceimaiutilizaidezoxidaniprinprecipitaresunt:fosforul, magneziul, borul sub diverse combinaii. Astfel: -pentru aliaje de cupru: cupru fosforos cu 9%P ; 11%P ; 13% P sau 15%P. magneziu metalic; borax (Na2B4O7) cu pulbere de magneziu n raport 95:5; amestec de sruri: CaF2 MgF2; -pentru aliaje de aluminiu: 46 amestecuri de sruri ale diferitelor elemente cu afinitate mare fa de oxigen, n proporii variabile de genul: KCl NaCl sau MgCl2 KCl sau NaCl NaF KCl, CaF2 NaF, MgF NaF etc. Dezoxidarea prin difuzie se aplic mai ales la elaborarea cuprului i a aliajelorsale,cudezoxidaniprecum:carburadecalciu(CaC2),borurade magneziu(Mg3B2), mangalul i zgura boric(95%borax+5%pulbere de Mg). Ceimaiutilizaidezoxidanipentruprincipalelealiajeneferoasepe baz de cupru sunt dai mai jos: Tabelul 2.4. Dezoxidani ai aliajelor cuprului Tipul aliajuluiDezoxidani prin precipitareDezoxidani prin difuzie Pe baz de cupru Prealiaj Cu-P Carbid (CaC2) Prealiaj Cu-Li Zgur boric(95% Na2B4O7 + 5% Mg) Prealiaj Cu-SiCarbon (mangal) Prealiaj Si-Mn Borur de magneziu (Mg3B2) Prealiaj Cu-Be Prealiaj Al-Mg-Mn Gazeleutilizatelarafinare,celmaidesntrbuinatesunt:azotul, argonul,heliuliclorul.Deregulacestegazesuntintrodusecuouoar suprapresiune(cca.0,1-0,2atm)cuajutorulunorlncispecialedinoel, prevzutecuunnumrdeorificiicudiametrudecca.1mm,acoperitecu material refractar. Timpul de gazare este de cteva minute, 2 8 minute, cu undebitde cca. 5 6 l/min,urmrindu-se consumarea unei cantiti de gaz egal cu cca. 0,1 0,5% din masa topiturii. Dac gradul de impurificare este foarte mare att timpul ct i cantitatea de gaz de rafinare poate s creasc. Rafinarea poate s se execute i cu ajutorul unor sruri sau amestecuri de sruri, care introduse n topitur genereaz substane volatile sub form de bule la care adiioneaz celelalte gaze i impuriti coninute n topitur. Cele maiutilizatesuntclorurile:hexacloretanul(C2Cl6),cloruradebor(BCl3), clorurademangan(MnCl2),cloruradealuminiu(AlCl3),cloruradezinc 47 (ZnCl2)etc.Cantitateadecloruriutilizatvariazntre0,05-0,3%dinmasa topiturii,iarintroducerealornbaiesefacecuajutorulclopotelor.Trebuie precizatcutilizareaacestorsrurisevafacenumaincondiiispeciale, deoarece reaciile sunt violente i se produc degajri de gaze toxice. nafaraprocedeelorderafinareprezentatemaisus,existialte procedeecumarfi:rafinareaprinfiltrare,rafinareanvidsaurafinareasub aciunea vibraiilor i a ultrasunetelor[7]. Un factor important n procesul de rafinare i dezoxidare l constituie temperatura aliajului, care trebuie s fie corespunztoare desfurrii acestor procese. 2.4.FONDANI I PREALIAJE Aa cum s-a vzut mai sus, marea majoritate a aliajelor neferoase se elaboreazcuparticipareaunuistratsolidsaulichid,formatdinsruri individuale, amestecuri de sruri sau alte substane care poart denumirea de fondani sau fluxuri[7]. Cele care au numai rol de acoperire sau de protecie i care micoreaz sau elimin interaciunea topiturii cu gazele din atmosfera agregatuluideelaboraresenumescfluxuri.Fondaniiinteracioneazcu topitura, n afara rolului de protecie ei asigurnd fie rafinarea sau purificarea topiturii de incluziuni i gaze, fie modificarea structurii de turnare. n funcie de scopul i natura lor, fondanii pot fi[30]: deacoperire,cndtrebuiesreducsausevitecomplet interaciunea topiturii cu atmosfera cuptorului; derafinare,cndtrebuiesparticipeefectivlapurificareabii metalice de gaze i incluziuni; demodificare,cndtrebuiescontribuielaobinereauneistructuri omogene i compacte, cu gruni de dimensiuni mici; de oxidare, atunci cnd rafinarea se face prin oxidare; 48 de dezoxidare, atunci cnd trebuie eliminat oxigenul i oxizii din baia metalic; de degazare, atunci cnd se urmrete reducerea coninutului de gaze din topitura metalic. nafaraacestortipuriindividualesegsescifondaniuniversali, care pot fi utilizai n acelai timp ca protectori, rafinatori i modificatori. n apropierea temperaturii de topire fondanii se caracterizeaz prin: - dimensiunile i cantitatea relativ a cationilor i anionilor din reea; - caracterul legturilor dintre acetia; - polarizarea i tendina de formare a gruprilor complexe de ioni. Laelaborareaaliajelorneferoaseseutilizeaznspecialfondani formaidincloruriifluorurialemetaleloralcalineialcalino-pmntoase. Acestea se caracterizeaz prin temperaturi de topire relativ ridicate i printr-o conductibilitateelectricbun.Conductibilitateasrurilorestedeterminat detransportulcurentuluielectric,nprincipaldecationiimobilide dimensiuni mici, iar viscozitatea este dependent de anionii voluminoi. Unrolesenialljoacproprietilesuperficialealefondanilori anume:tensiuneasuperficial,tensiuneainterfazicifenomenelede umectare. Cu ct tensiunea superficial este mai mic cu att umectarea este maibunifondantulprotejeazmaibinetopiturametalic.Laevacuare umectareatopituriidectrefondanttrebuiesfieminimpentruapreveni impurificarea.Tensiuneainterfazicfondantincluziunetrebuiesfie minimpentruafavorizaumectareaacestoradectrefondantieliminarea lor la suprafa. Fondaniisepotachiziionanstaregatapreparatsausepotobine prinamestecareamecanicacomponentelor.Maijossedauprincipalii fondaniutilizainfunciedealiajulcareseelaboreazinfunciede destinaia lor, precum i cantitile folosite n raport cu masa topiturii. 49 Tabelul 2.5. Fondani utilizai la elaborarea aliajelor neferoase Denumirea aliajului Fondant de acoperireFondant de rafinare Cantitate [%]CompoziieCantitate [%]Compoziie Bronzuri cu staniu 10-15 mm pe suprafaa topiturii 50% Na2CO3 + 50% CaF2 2-3 40%Na2CO3+ 40%CaF2+ 20%Na2B4O7 50%Na2CO3 + 50% sticl pisat 95%Na2B4O7 + 5%Mg (pulbere) 20%Na2CO3 + 40% CaF2 + 40% nisip cuaros 1,5-2 Mangal uscat CaC2 Mg3B2 95%Na2B4O7 + 5%Mg (pulbere) 50%CaF2 + 50%MgF2 50%CaF2 + 50%MgF2 Bronzuri cu aluminiu 10-15 mm pe suprafaa topiturii 30%Na2B4O7 + 70% sticl pisat 2-3 40%NaCl + 60%Na2AlF6 50%Na2CO3 + 50% sticl pisat 40%NaF + 30%Na2CO3 + 30%Na2SO3 Mangal Nisip cuaros Alame 10-15 mm pe suprafaa topiturii 65% nisip cuaros + 35% Na2CO3 2-3 50%CaF2 + 50%MgF2Mangal uscat Sticl pisat Nisip cuaros Aliaje de aluminiu 10 15 mm pe suprafaa topiturii 50%KCl + 40%Na3AlF6 + 10%CaF2 0,4-0,5 50%ZnCl2 + 50%NaCl 0,1-0,2C2Cl6 2-3 60%Na3AlF6 + 25%KCl + 15%NaCl 100%MgCl2KCl1,5-2100%Na2B4O7 50%NaCl + 50%KCl 2-3 50%CaF2 + 50%NaF 50%MgF2 + 50%NaF 65%NaCl + 35%NaF 60%Na2AlF6 + 40%NaF 50 Srurile din tabelul 2.5. sunt cunoscute i sub urmtoarele denumiri: -Na2CO3 sod calcinat; -Na2B4O7 borax; -CaF2 fluorin (de fapt 90%CaF + 10%SiO2); -Na2AlF6 criolit; -MgCl2KCl carnalit; -CaC2 carbid; -SiO2 nisip cuaros; Tabelul 2.6. Principalele tipuri de fondani utilizai n turntoriile din Romnia[59;60;61] Nrcrt Denumire Bentoflux Echivalent Foseco Destinaia Cantitate[%] Starea de livrare 1FLUXM-2 NUCLEANT 2 Finisare structur aliaje Al 0,2-0,5 Pastile albstrui, cutii 30kg/buc 2ALSIM COVERAL 64 Modificare aliaje Al (Al-Si eut + hipoeut) 0,5-1,5 Pulbere alb, n saci de 40kg/buc 3 ALSIM-bloc PERNA BLOCK N Modificare aliaje Al (Al-Si eut + hipoeut) 0,8-1,0 Lingouri de 1,25 kg/buc 4CUPRAL ALBRAL 2.3Acoperire,degazare aliaje Cu-Al;Cu-Mn 0,5-1,0 Pulbere alb, n saci de 40kg/buc 5CUPROM CUPREX 140 Acoperire,degazare aliaje Cu-Sn;Cu-Ni 0,5-1,0 Pulbere neagr, pungi(0,5kg/buc) 6I-2 COVERAL 11 Acoperire,dezoxidare aliaje Al(Al-Si;Al-Mg) 0,8-1,2 Pulbere roz, n saci de 40kg/buc 7REXILCUPRIT 85 Protecie + recuperare pentru alame 0,5-1,0 Pulbere alb, n saci de 40kg/buc 8TRIPEX REGENEX R6 Degazare aliaje Cu-Sn i Cu-Ni 0,4-0,6 Pulbere neagr, cutii 25kg/buc 9DEGAZALDEGASERDegazare aliaje Al0,2-0,3 Pastile albe de 0,10 kg/buc10ZGUREXGLAX 30 Coagulant de zgur pt. aliaje neferoase grele 0,3-0,5 Pulbere roz, n saci de 40kg/buc Caracteristicile de baz ale fondanilor sunt: -temperatura de topire mai joas dect a aliajului; -greutatea volumic mai mic dect a aliajului; - tensiunea superficial mai mare dact a aliajului; -conductibilitate termic mai mic dect aliajul; -viscozitatea mai mare dect a aliajului; 51 -s fie ieftine; -s nu fie toxice sau s produc substane toxice. Laelaborareaaliajelor,atuncicndaliereadirectcuelementen starepurestedificil,sauuneorichiarimposibil,sefolosescaliaje intermediare ale elementelor, care n mod obinuit se numesc prealiaje. Necesitatea utilizrii prealiajelor apare n cazul elaborrii aliajelor cu elementegreufuzibilecareaudreptbazmetaleuorfuzibile.nacest caz, artrebuissefacosupranclzireexagerataaliajului,astfelnct temperaturaluisdepeasctempereturametaluluicetrebuieintrodus pentrualiere,ceeacearconducelapierderiprinardereexagerateale metalului de baz sau a altor metale pe care le conine aliajul. Mai jos se dau cteva exemple de prealiaje mai larg utilizate: Tabelul 2.7. Prealiaje utilizate la elaborarea aliajelor neferoase[40] Simbol prealiaj Compoziia chimicTemperatura de topire [C]BazaElementul IElementul II12345 Al Cu Al 50Cu 50 -580 Al Cu Al 67 Cu 33 -548 Al Si Al 85Si 15 -640 Al Si Al 50 Si 50 -1090 Al Si Al 75Si 25-750 Al MgAl 90Mg 10 -600 Al Mg MnAl 70Mg 20 Mn 10580 Al Cu FeAl 70Cu 20Fe 10 830 Cu MnCu 73Mn 27 -860 Cu Sn Cu 50 Sn 50 -780 Cu Ni Cu 67...85Ni 15...33-1050 Mg Al Mg 70 Al 30 -450 Mg Mn Mg 90Mn 10 -780 Mg Zn Mg 45 Zn 55 -350 Zn Al Zn 95Al 5 -385 Zn FeZn 95Fe 5 -- Ocaracteristicaprealiajuluiestedeaaveatemperaturadetopire apropiat de cea a metalului de baz din aliajul final, i de a conine ct mai mult din elementul greu fuzibil. 52 Prealiajeleconin,unul, dousaucelmulttrei elementecetrebuiesc introdusentopitur,ingeneralsuntfragileastfelnctspoatfi mrunite i dozate ct mai exact. Tabelul 2.8. Caracteristici ale cuprului fosforos utilizat n turntoriile din Romnia Compoziia chimic a cuprului feros SimbolP [%]Cu [%]Impuriti [%] Cu P 1312 14 86 88 Max 0,4 Cu P 1110 12 88 90 Max 0,4 Cu P 9 8 10 90 92 Max 0,8 2.5.PRINCIPIILE ELABORRII ALIAJELOR NEFEROASE Elaborareaunoraliajeneferoasedebuncalitatepresupune respectarea unor principii de la care abaterile trebuie s fie ct mai mici: 2.5.1. Pregtirea arjei Pregtirea arjei presupune respectarea urmtoarelor principii: -materialelepentruncrctur,esteindicat,sfiecunoscute.Cele carenupotfiidentificatevorfiutilizatepentruobinereaunoraliajefr importandeosebit,vorfitopiteilingotatepentrualisedetermina compoziia chimic, sau vor fi retrase din procesul de producie; - pregtirea materialelor pentru arj se face prin sortare dup aliaj i dupmrime,princontrolvizual,pebazacaracteristicilorfizicecunoscute (aspect, culoare, ruptur, duritate etc.) sau prin controale chimice simple; - componentele ncrcturii vor fi curate de impuriti prin sablare; -toatematerialeledinncrctursevorfolosinstareuscat,fr umiditate, unsori, uleiuri etc. i dac este posibil chiar n stare prenclzit; -toatematerialelesevordozaprincntrireastfelnct,pebaza calculelor de ncrctur s se obin aliajul dorit; -compoziiachimicaarjeise alegenaafel,nctdup topirei alte procese metalurgice care au loc, metalul lichid s se afle ntre limitele de toleran ale compoziiei chimice impuse; 53 -dacseutilizeazpanprovenitdelaprelucrareamecanicprin achiere este necesar uscarea prealabil prin nclzire la peste 100C; - materialele nemetalice folosite la elaborare vor fi curate i uscate. 2.5.2. Condiii de topire La topire se vor respecta urmtoarele principii: -sevorluatoatemsuriletehnologiceastfelncttopireasse efectueze ntr-un timp ct mai scurt posibil; - introducereamaterialelor metalice n cuptorul nclzit cu flacrse va face numai dup ce acesta a fost bine nclzit la 800 - 900C; - ordinea de ncrcare se face n funcie de procesul de topire: a) n cazul retopirii (din lingouri sau din deeuri proprii recirculate) se ncrc bucile mai mari i n baia format se scufund bucile mai mici; b) n cazul topirii cu aliere, se ncarc componenii arjei care au temperatur de topire mai nalt, capacitate termic mare i slab afinitate fademediuldetopire,iarceiuorfuzibiliivolatilisaucuafinitate chimic mare se introduc n baia metalic nainte de evacuarea din cuptor. - se evit micrile inutile care ar conduce la oxidare i gazare; - se utilizeaz scule uscate i acoperite cu material refractar protector; - se lucreaz cu zgur de protecie nstrat uniform de 1015mm pe ntreaga suprafa a topiturii, format cu fondanii introdui cu ncrctura; - zgura format s fie lichid, compact i s nu conin componeni duntori sau activi n raport cu metalul sau cu cptueala cuptorului; -ncazultopiriicuflacrsevareglaastfelcombustianctsse creeze o atmosfer neutr sau uor oxidant; -agitareamecanicatopituriisevafacecumicrilente,fro rupere semnificativ a stratului de zgur; - se evit supranclzirea local cauzat de contactul cu flacra; 54 -seevitsupranclzireaimeninereabiilatemperaturimaimari de100Cpestetemperaturadetopire,iardacestenecesarcreterea temperaturii (pentru aliere, turnare etc.) aceasta s se fac pentru scurt timp; - prealiajele i fondanii s fie cei indicai scopului tehnologic propus; -imediatduptopirei atingereatemperaturiioptimedelucruseva proceda la corectarea compoziiei chimice; -nfunciedematerialeleutilizatesevaapreciadacestenecesar dezoxidarea topiturii naintea introducerii n cuptor a elementele de aliere; - materialele de aliere i de corecie se vor introduce n cuptor n stare uscat (sau prenclzite) inndu-se cont i de pierderile prin ardere; - la deversarea din cuptor, sau n cazul altor transvazri, se va reduce la minimum nlimea de cdere a metalului lichid; - oalele de turnare vor fi nclzite la rou (600 800 C); 2.5.3. Controlul elaborrii Desfurarea proceselor metalurgice ce au loc pe parcursul elaborrii aliajelorneferoaseestenecesarsfiecontrolatidirijatnconsecin. Existmetodemodernedecontrolaacestora,iardacacesteanusunt accesibilesevaapelalametodemaipuinprecisenssuficientde edificatoare. Temperaturaaliajelornstarelichidsemsoarcutermocuplede imersie, obinndu-se o valoare precis. Compoziiachimicsedeterminprinanalizechimicecantitative, prin metodele stabilite de ctre standardele n vigoare pentru fiecare metal. Dezoxidareaidegazareaaliajelorsuntdouoperaiifoarte importantecarecondiioneaznceamaimarepartecalitateapieselor turnate. De aceea, metalul nu trebuie evacuat din cuptor dac se afl n stare oxidat sau cu un coninut ridicat de gaze. 55 Controlul nivelului de oxidare sau de gazare a unui aliaj, chiar i prin metodetehnologice,permiteapreciereacantitilordedezoxidanisau degazani ce trebuie folosii. ncazulaliajelordecupru,pentrucontroluldezoxidrii,setoarno probtehnologiciseanalizeazfelulncares-asolidificat.Proba tehnologic are dimensiunile de 50x150 mm cnd se toarn n amestec sau 30x60 mm cnd se toarn n cochil. Turnarea se face n poziie vertical. Dac,dupsolidificare,suprafaaprobeiesteconvex,nseamnc metalulesteinsuficientdezoxidat.nfunciedenlimeazoneiconvexese poateapreciactdeoxidatestemetalullichid(Fig.2.1.a),impunndu-se dezoxidarea. abc Fig.2.1. Prob tehnologic pentru determinarea gradului de dezoxidare[39]. a)metal oxidat; b) metal dezoxidat incomplet;c) metal cu dezoxidare avansat. Dacsuprafaaprobeiestedreaptsauuorconcavrezultc metalul lichid este dezoxidat ns mai conine cantiti reduse de oxigen ceea ce impune dezoxidarea complet (Fig. 2.1. b). Dac suprafaa probei prezint oconcavitatepronunatnseamncdezoxidareaesteavansatinumai este necesar o prelucrare a metalului n acest sens (Fig. 2.1. c). Aceast prob poate fi utilizat i n cazul aliajelor de aluminiu, ns estemaipuinelocvent.Specificaliajelordealuminiuesteabsorbiade gaze,careneeliminatedintopitursematerializeazcaporozitinpiesele 56 turnate.Pentrucontrolulcantitiidegazesetoarnoprobspecialntr-o form de grafit (vezi fig. 2.2) nclzit la 100 150 C. n timpul solidificrii, care este dirijat de la fundul formei ctre sus, gazele, datorit scderii temperaturii iau forma unor bule mici, ce se ridic i ncearcsspargcoajadeoxiziformatlasuprafaaprobei,lsndmici cratere aciculare. Fig. 2.2. Form de grafit pentru proba de gaze Apreciereaniveluluidegazarealmetaluluisefacenfunciede multitudinea acestor bici, fie prin comparaie cu probe etalon, fie pe baz de experien. 57 CAP.III.MODIFICAREA STRUCTURII DE TURNARE A METALEOR I ALIAJELOR NEFEROASE 3.1. CONSIDERAII ASUPRA CRISTALIZRII I SOLIDIFICRII

Structura primar de turnare i n consecin i caracteristicile fizico-mecanicealemetalelorialiajelorsuntinfluenatedeomultitudinede factorigreudecontrolatncondiiinormaledeturnareisolidificare.Din acestmotivpotaparediferenesemnificativedeproprietintreproduse similare sau chiar n seciunile aceluiai reper. Structura cristalin de turnare depinde de: - compoziia chimic a aliajelor monofazice i eutectice, precum i de coeficienii de repartiie i transfer de mas ai elementelor de aliere; -condiiiletermicealesistemuluideturnare,nprincipal,de temperaturainiialaaliajuluiiaformei,precumideproprietile termofizice ale acestora; - condiiile germinrii i creterii fazei solide din lichid[44]. Proprietile aliajelor sunt strict legate de fineea structural, deci sunt directinfluenatedeformareaicretereagermenilordecristalizare. Germinareaomogen,frschimbareacompoziieichimiceifrvreo influenaimpuritilor,carearelocnumailaatingereavaloriisubrcirii criticedeTcrit=0,2Ttop,cndgermenelearerazamaimaredectcea critic (de 10-9 cm),nu poate asigura o densitate satisfctoare de germeni n unitateadevolum.Dinacestmotivsevorluamsuridestimularea germinriieterogenepesuprafaaacelorimpuriticaresuntumectatede aliaj att n stare lichid ct i n stare solid.n acest caz germinarea are loc 58 lasubrcirimaimici,iarnumrulgermenilordecristalizareestemultmai mare,aacumsentmpllamodificareaaliajelordealuminiucuTiiB, sau a aliajelor de magneziu cu C. Oaltmetoddecretereanumruluidegermenidecristalizareo reprezint germinarea dinamic[1] care const n fragmentarea dendritelor n creteresubaciuneavibraiilor,ultrasunetelor,agitriimecanice,ncmp magnetic sau prin injectare de gaze. Deoarece condiiile termice variaz foarte mult n timpul solidificrii, fiindinfluenatattgerminareactivitezaimoduldecreterea cristalelor,voraparezonestructuralecompletdiferitenaliajeleturnate. Astfel, n seciunea unei piese cu perei groi sau a unui lingou se formeaz trei zone structurale diferite: - zona extern, de margine, conine un strat subire de cristale echiaxiale formate printr-o germinare eterogen, n special pe pereii formei; - zona central, de mijloc, conine cristale echiaxiale mari; -zonaintermediar(dintrecelelaltedouzone)coninecristale columnaredezvoltateuniaxialpedireciadetransmitereacldurii,deci perpendicular pe pereii piesei. Apariiacelortreizonestructuralenpereiipieselorturnateesteo consecina solidificriisuccesive, cnd frontul de solidificare continuu, de origineexogen,sedeplaseazsuccesivdelasuprafaadecontactaliaj-form spre axa termic[46]. Dacprincristalizarenelegemproceseledeformareacristalelor izolateiazonelorcristaline,prinsolidificarenelegemproceselede transformareafazeilichidenfazsolidfrainecontdeformarea microstructurii. Attlametalectilaaliajeleeutectice,darmaialeslaaliajelecu zon bifazic cnd exist n diferite proporii att cristale solide ct i faz 59 lichid structura cristalin de turnare este determinat de viteza de formare a fazei solide.Aceasta este funcie de urmtorii factori: dtdVs= f(vf, vr, n, i, , v, d, p) (3.1) n care: dtdVs este viteza de formare a fazei solide; vf viteza de formare a germenilor spontani i este funcie de gradul de subrcire; vr viteza de variaie a razei echivalente a cristalului; n numrul de impuriti active; i indicele de coresponden dintre reeaua cristalin a impuritii i a aliajului; caracteristica geometric a formei cristalelor; v viteza de variaie a formei cristalului; d cantitatea de dislocaii la suprafaa cristalelor n cretere; p aciunea forelor exterioare asupra aliajului n curs de solidificare (presiune, vibraii, ultrasunete). 3.2. PROCESE DE MODIFICARE A STRUCTURII DE TURNARE Pentruobinereastructurilorcugranulaiefin,aomogenitii chimice i structurale, precum i a unei construcii interne corespunztoare a cristalelorformateseimpunmsurispecialedeinfluenareaprocesuluide germinare i de cretere a fazei solide. Acestprocesestedenumitmodificareiconstnschimbarea artificialacondiiilordegerminare,decristalizareidesolidificare,astfel nctsseobincretereadispersieiprinmajorareanumruluidegruni cristaliniimicorareadimensiuniiacestora,darioschimbareastructurii 60 interneianeomogenitiilanivelullor[48].Modificareacametodde tratamentatopiturilormetalicenaintedeturnareestenecesarlaturnarea pieselor cu perei groi, a celor turnate n amestec de formare, sau n general vorbind acolo unde se ntlnesc viteze mici de rcire. Unele aliaje neferoase manifestomaretendindetranscristalizare,decretereexagerata cristalelorntr-oanumitdirecie,maialeslamb