C11.1. Sistemul FIER CARBON1.1.1. Fierul stri alotropice, proprieti.Fierul este foarte rspndit n natur (4,7%), ocupnd

locul IV pe scara abundenei elementelor n scoara terestr(Clark), dup oxigen (49%), siliciu (26%), aluminiu (7,5%).n stare nativ se gsete rar; meteoriii feroi(sideriii), care reprezint aproape 50% din meteoriii carecad pe pmnt, sunt formai n principal din fier, coninndi 5 pn la 20% nichel, fapt care permite s se presupunc miezul pmntului este format din fier i nichel.Mineralele de fier sunt foarte rspndite; cea mai mareparte din fierul aflat n scoara terestr se gsete subform de silicai. Un mineral de fier foarte rspndit estepirita FeS2, dar acest mineral nu poate fi utilizat directn metalurgia fierului. Dintre mineralele de fier deimportan ca minereu fac parte: magnetita Fe3O4, hematitaFe2O3, limonita FeO(OH) i carbonatul feros (siderita) FeCO3.

Fierul tehnic are proprieti de rezisten sczute(Rm=200 N/mm2; Rc=100 N/mm2; HB=80 daN/mm2), proprietiplastice ridicate (A5=50%; KCU=25 daJ/cm2), permeabilitatemagnetic mare, for coercitiv i conductibilitateelectric mici, pierderi mici prin histerezis magnetic. Faceparte din grupa a VIII-a a sistemului periodic, are numrulatomic z=26, masa atomic 55,847, coeficientul de dilataretermic a=11,7*10-6 grad-1, densitatea r=7,86 kg/dm3, putndavea valenele 2, 3 i 6.

Fierul are culoare alb-argintie, se topete la 1538C,fierbe la 2880C i prezint, la presiune normal, doustri alotropice:- fierul alfa (Fea) cristalizat n reea cub cu volumconcentrat, stabil n domeniul de temperatur 15381394C(cunoscut i sub numele de fier delta - Fed) i subtemperatura de 912C;- fierul gama (Feg), cristalizat n reea cub cu feecentrate, stabil n intervalul termic 9121394C. Lapresiuni mai mari de 150 kbari, la temperatur ambiant,fierul mai prezint o stare alotropic epsilon (Fee),cristalizat n reea hexagonal compact.

Fierul prezint o transformare magnetic la temperaturade 770C (punct Curie), cnd trece reversibil dinferomagnetic n paramagnetic n procesul de nclzire,respectiv cel de rcire.

Stabilitatea la diferite temperaturi a celor dou formealotropice ale fierului alfa i gama se poate explicaurmrindu-se variaia cu temperatura a energiei libere aacestora.

n stare pur fierul are domenii limitate de utilizare.Datorit capacitii mari de deformare plastic, fierultehnic pur este folosit pentru obinerea unor produse prinambutisare adnc. Proprietile sale fizice,permeabilitatea magnetic mare i pierderile mici prinhisterezis, fac s fie utilizat n electrotehnic laconfecionarea miezurilor i pieselor polare aleelectromagneilor, la ecrane magnetice, membrane telefonice,etc. Fierul pur se folosete drept catalizator al unorprocese chimice, precum i pentru prepararea unor produsemedicinale. Pulberea de fier monodomenial este destinatfabricrii prin sintetizare a magneilor permaneni.

Cea mai larg utilizare o au ns aliajele de baz defier reprezentate prin oeluri carbon, fonte, oeluri ifonte aliate, etc. n care cel mai important element dealiere a fierului este carbonul; introdus n cantiti mici,acesta modific n mod spectaculos proprietile fizico-mecanice i tehnologice ale fierului.

Aliajele fier-carbon sunt aliaje complexe, care pelng elementele principale, fierul i carbonul, mai coninsub form de impuriti i alte elemente chimice cum ar fi:Mn, Si, P, S, O, H, N, B, etc., ce provin din procesul deelaborare i care influeneaz puternic proprietile debaz ale fierului.

1.1.2. Diagrama de echilibru termodinamic.Fierul i carbonul formeaz un sistem de aliaje cu

solubilitate total n faz lichid, solubilitate parialn faz solid, cu formare de compui chimici i cu diferitetransformri secundare. Din analiza diagramei de echilibru(prezentat n anex) se constat c aceast diagram binarde echilibru are un aspect complex, fiind format dincombinarea a patru diagrame binare simple: diagram cuperitectic, diagram cu eutectic, diagram cu descompuneretotal a soluiei solide i diagram cu descompunereparial a soluiei solide.

Carbonul, solubil nelimitat n fierul lichid, se vaputea gsi, n timpul solidificrii sau dup solidificare,dizolvat parial n fier, formnd soluii solide, legat ncompusul chimic Fe3C denumit cementit (reprezint stareametastabil) i parial liber, n starea alotropic grafit(reprezentnd starea stabil). Formarea uneia sau alteiadintre cele dou stri ale carbonului, metastabil istabil, n aliajele Fe-C este determinat de dou categoriide factori importani: parametrii tehnologici de elaborare(vitez de rcire, temperatur de nclzire a topiturii,etc.) i compoziia chimic a aliajelor (carbonul, siliciuli n general elementele de aliere care nu formeaz carburifavorizeaz obinerea grafitului, iar manganul i sulful i

n general elementele care se combin cu carbonulfavorizeaz obinerea cementitei Fe3C).

Rezult deci c aliajele fier-carbon cristalizeaz dupdou sisteme de echilibru termodinamic: Fe Fe3C, sistemmetastabil reprezentat cu o linie continu n anex i Fe Cgrafit, prezentat cu linie ntrerupt n aceeai figur. ncondiii practice de rcire, aliajele Fe-C cristalizeaz nsistemul metastabil, dar, din cauza instabilitiitermodinamice a cementitei, determinat de descompunereaireversibil a acesteia n condiii de rcire lent sau nprezena siliciului, se va stabili echilibrul termodinamicdefinitiv: Fe3C3Fe + Cgrafit. Compusul chimic Fe3C, numitcementit se formeaz din soluie lichid sau se separ dinsoluii solide saturate i are concentraia de 6,67% carbon.

1.1.3. Influena carbonului asupra punctelor criticeale fierului.

Fierul are trei puncte critice de transformare: A2=770C(punct Curie), A3=912C (transformarea alotropic FeaFeg) iA4=1394C (transformarea alotropic FegFed). Influenacarbonului asupra poziiei punctelor critice se manifestsub dou aspecte:a). modific temperaturile punctelor critice:- punctul critic A4 (Fed Feg) crete de la 1394C la 1495Cdup liniile NH respectiv NJ, cnd coninutul de carboncrete de la 0% la 0,17%;- punctul critic A3 (Feg Fea) coboar de la 912C la 727Cdup liniile GOS respectiv GP, cnd carbonul crete de la 0%la 0,77%; peste 0,77% C punctul critic A3 se menineconstant la 727C dup izoterma SK;- punctul critic A2 (punctul Curie) se menine constant la770C (linia MO), cnd coninutul de carbon crete pn la0,51%, apoi coboar la 727C (linia OS), cnd coninutul decarbon crete la 0,77% dup care se menine constant(izoterma SK) orict crete coninutul de carbon;b). mrete numrul punctelor critice:- ncepnd cu 0,0218% C apare punctul critic A1 care semenine constant la 727C, izoterma PSK, ce corespundetransformrii eutectoide;- de la 0,0206% C apare punctul critic A0, care se menineconstant la 210C, izoterma PK ce corespunde transformriimagnetice a cementitei la rcire.

Rezult deci c aliajele fier-carbon, reprezentate prinoeluri (02,11% C) i fonte (2,116,67% C) posed cincipuncte critice fa de numai trei puncte criticecorespunztoare fierului.

1.1.4. Faze i constitueni n sistemul metastabil Fe-Fe3C

n sistemul metastabil Fe-Fe3C sunt prezente patru faze soluia lichi- d, ferita, austenita i cementita i doiconstitueni bifazici de tip amestec mecanic ledeburita(eutectic) i perlita (eutectoid).

Soluia lichid (L) este format din amestecul intim alatomilor dr fier aflat n stare lichid i carbon.

Ferita (ferita alfa - Fa i ferit delta - FD)reprezint o soluie solid de interstiie a carbonuluidizolvat n fier a cristalizat n reea c.v.c. feritaexistent la temperaturi mai mari de 1394C este cunoscutsub numele de ferit d; ea este magnetic i poate dizolvamaximum 0,09% C la temperatura de 1495C. Ferita care existla temperaturi mai mici de 912C este cunoscut subdenumirea de ferit a; ea este magnetic la temperaturi sub770C (punctul Curie al fierului) i dizolv maximum 0,0218%C la temperatura de 727C. Cele dou ferite prezint una iaceeai faz, deosebindu-se doar prin parametrul reeleicristaline, care este mai mare la ferita D. Ferita delta seobine direct din soluie lichid, iar ferita alfa se obineprin transformarea alotropic, la rcire, a fierului gama.La temperatura ambiant ferita alfa dizolv o cantitatefoarte mic de carbon, de maximum 0,0026% C. Proprietileferitei sunt foarte apropiate de cele ale fierului pur(Rm=30 daN/mm2; KCU=20 daJ/cm2; HB=80 daN/mm2; A5=40% iZ=70%). La microscopul optic, n urma atacului cu nital,ferita apare sub form de gruni poliedrici sau n reea,de culoare alb.

Austenita (A) este o soluie de interstiie acarbonului dizolvat n fier g cristalizat n reea c.f.c. Eapoate fi format din soluie lichid (dup segmentul BC alliniei lichidus) sau n urma reaciei peritectice (dupizoterma de la 1495C), precum i din transformareaalotropic a feritei D n intervalul de temperaturi14951394C. Austenita fiind cristalizat n reea c.f.c.are mai multe sisteme de alunecare i este cea mai plasticfaz a aliajelor Fe-Fe3C; ea poate dizolva maximum 2,11% Cla temperatura de 1148C. n oelurile carbon i n fonteleobinuite, n condiii de echilibru, austenita nu poateexista dect la temperaturi mai mari de 727C, iar laaliajele fierului cu carbonul ce conin elemente gamagene(Ni, Mn, Pt, etc.) domeniul de stabilitate al austenitei seextinde pn la temperatura mediului ambiant. La analizametalografic microscopic, austenita apare sub form de

gruni poligonali, uneori maclai, a cror culoare depindede tipul reacti- vului utilizat.

Cementita (Ce) reprezint compusul chimic format ntrefier i carbon, ce corespunde formulei Fe3C i care conine6,67% C i 93,33% Fe. Funcie de modul de formare, cementitapoate fi: cementit primar (CeI) care solidific dintopitur segmentul CD al liniei lichidus; cementitasecundar (CeII) care se formeaz din austenit dup linia ESce marcheaz micorarea solubilitii carbonului n fier gde la 2,06% C (1148C la 0,77% C (727C)) i cementitaterial (CeIII) care se separ din ferita alfa dup linia devariaie a solubilitii carbonului n fierul alfa de la0,0218% C (727C) la 0,0026% C (20C). Toate cele teri tipuride cementit cristalizeaz n sistem ortorombic, au aceeaicompoziie chimic deosebindu-se doar prin gradul dedispersie (CeI fiind cea mai grosolan, iar CeIII fiind ceamai fin).

n aliajele Fe Fe3C cementita se poate afla att nstare liber ct i alturi de alte faze, n amestecurimecanice. La rcire, sub 210C (punctul Curie alcementitei), aceasta devine feromagnetic. Cementita estefaza cea mai dur (HB = 750 daN/mm2) dar i cea mai fragil.La analiza microscopic apare sub form de cmp, ace saureea, culoarea fiind dependent de tipul reactivului deatac.

Perlita(P) este un amestec mecanic bifazic format nurma descompunerii totale a austenitei la temperatura de727C (reacie eutectoid) n ferit alfa i cementitconform relaiei:

Fea + Fe3C = P

Perlita se afl n echilibru numai la temperaturi de 727C;aliajul Fe-C cu 0,77% C conine 100% perlit i este de tipeutectoid. Proprietile mecanice ale perlitei au valoriintermediare ntre cele feritei a i cementitei: HB = 205daN/mm2; Rm = 85 daN/mm2; A = 15%; KCU = 36 daJ/cm2. Laanaliz microscopic, n urma atacului cu nital, prlitaapare sub forma unei insule ntunecate, iar la mriri maimari de 300:1 se poate distinge aspectul lamelar sauglobular al acesteia.

Ledeburita(Le) reprezint eutecticul aliajelor Fe-Fe3C.n funcie de temperatura la care se formraz ea poate fi:ledeburit primar i ledeburit secundar.

Ledeburita primar (LeI) este un amestec bifazic formatprin descompunerea soluiei lichide, conform relaieieutectice:

Feg(C) + Fe3C = LeLedeburita secundar (LeII) este un amestec mecanic

format prin descompunerea austenitei din LeI n ferit a iCeII. Deci, ledeburita secundar este compus din perlit icementit primar. Aliajul Fe-C cu 4,3% C conine 100%ledeburit i este de tip eutectic.

Ledeburita este un constituent structural dur ifragil, cu turnabilitate bun. Deoarece provine dintr-otransformare primar, ledeburita prezint o structur maigrosolan dect cea a perlitei. La microscop, apare subform de insule mici de perlit dispuse pe un fond alb decementit.

La rcire lent austenita se transform la 727C nperlit; la rcire cu viteze mai mari, ea se transform namestecuri mecanice ferito-cementitice sau ferito-carburicecunoscute sub numele de constitueni de tranziie: sorbita,trostita i bainita, care difer ntre ele prin natura fazeicarburice i prin graduk de dispersie care crete odat cuvireza de rcire. Pentru viteze mari de rcire austenita semenine iniial n stare subrcit i apoi se transform nmartensit, care este o soluie solid suprasaturat acarbonului dizolvat n Fea i care cristalizeaz n reeatetragonal cu volum centrat. Toi ceti constituenibifazici (sorbita,troostita, bainita) sau monofazici(martensita) sunt stri n afar de echilibru (metastabile).

1.1.5. Tipuri de transformri n sistemul metastabilFe-Fe3C

Aliajele Fe-C tehnice prezint dou tipuri detransformri: primare (peritectic i eutectic) isecundare sau n stare solid (alotropice, descompunereatotal a soluiei solide Fg i descompunerea parial asoluiei solide Fa). n consecin semnificaiile liniilorde pe diagrama Fe-C, sistemul metastabil, sunt urmtoarele:- curbele ABCD formeaz linia lichidus, peste care toate

aliajele se gsesc n stare lichid omogen; curbeleAHJECFD reprezint linia solidus sub care toate aliajelesunt solidificate. La temperaturile corespunztoarecurbei AB din lichid ncepe s se separe ferita delta, lacele corespunztoare curbei BC din lichid ncepe s sesepare austenita Fg, iar la temperaturile corespunztoarecurbei CD din lichid ncepe s se separe cementitaprimar.

- la temperatura corespunztoare izotermei ECF (1148C) seproduce transformarea eutectic, cnd din lichidul de

concentraie corespunztoare punctului C (4,30% C)cristalizeaz simultan austenita avnd concentraiapunctului E (2,11% C) i cementita de concentraiapunctului F (6,67% C); amestecul mecanic rezultat poartnumele de ledeburit primar: n partea stng adiagramei, pe curba AH se termin cristalizarea primar aferitei delta, pe izoterm HJB la temperatura de 1495C seproduce transformarea peritectic, cnd lichidul deconcentraia punctului B (0,53% C) reacioneaz ci feritadelta de concentraia punctului H (0,09% C) i seformeaz austenita de concentraia punctului J (0,17% C).La rcire, intervalul termic dintre curbele HN i JN areloc transformarea alotropic a feritei delta naustenit. Toate aliajele cu coninut de pn la 2,11 % C(punctul E) au structur primar format din austenit;

- la temperaturi corespunztoare curbei GOS ncepetransformarea alotropic a austenitei n ferit a,transformare care se termin la temperaturicorespunztoare curbei GP;

- la temperaturi corespunztoare izotermei PSK (727C)austenita de concentraia punctului S (0,77% C) sedescompune n ferit alfa de concentraia punctului P(0,0218% C) i cementita secundar de concentraiapunctului K (6,67% C), amestecul mecanic rezultat fiindun amestec eutectoid numit perlit;

- pe curba ES,ca urmare a scderii cu temperatura asolubilitii carbonului n fier g, se separ dinaustenit cementita secundar, iar pe curba PQ, ca urmarea scderii cu temperatura a solubilitii carbonului nfier a, se separ din ferita a cementita terial.Rezult c n sistemul metastabil Fe-Fe3C sunt prezentetrei transformri invariante reversibile:

- transformarea peritectic, care are loc la nivelulizotermei HJB:

- transformarea eutectic care are loc la nivelul izotermeiECF:

- transformarea eutectoid, care are loc la nivelulizotermei PSK:

n timpul acestor transformri invariante, coexist, nechilibru, trei faze i n consecin V = 2 + 3 + 1 = 0.n aliajele Fe-C mai exist dou transformri reversibilecare fac referire la proprieti magnetice: astfel duplinia MOSK (A2) la rcire ferita a devine feromagnetic, iardup linia P K (A0), la rcire, cementita devineferomagnetic.

2.2. Oeluri. Structur, proprieti, clasificare isimbolizare

Oelurile ocup domeniul din diagrama de echilibrucuprins ntre 0 i 2,11% C. Dup compoziia chimic,oelurile se mpart n oeluri carbon i oeluri aliate.

Oelurile carbon sunt oeluri care conin n principalfier i carbon, coninutul n alte elemente (Si, Mn, Al, Cr,Ni, Mo, Ti, B, W, Cu, Pb, S, P, O, etc.), numite elementensoitoare, fiind n general mic, nedepind n total 5%. Oparte dintre elementele nsoitoare sunt impuse de procesultehnologic de elaborare i turnare a oelului (Mn, Si, Al),altele sunt introduse intenionat, pentru a imprima oeluluianumite proprieti de utilizare (Al, Ti, S, P, Cu, Cr, N,V, etc.) i, n sfrit a treia grup (S, P, O, etc.),numite impuriti provin din materiile prime folosite nprocesul de elaborare i prelucrare primar i nu pot fieliminate prin procedee clasice economice. n mod obinuit,coninutul maxim n elemente nsoitoare, inclusivimpuriti, admis n oeluri este: Si0,5%, Mn0,8%,Cr0,3%, Mo0,05%, V0,05%, Ti0,04%, B0,0005%, W0,2%,Co0,2%, Zr0,1%, Nb0,05%, Al0,3%, Cu0,4%, Pb0,4%,S0,05%, P0,05% i O0,05%.

Oelurile aliate sunt oeluri care, n afar de fier icarbon, conin, n mod obligatoriu, i alte elemente (Cr,Ni, Si, W, Mo, V, etc.), n proporii mai mari dect celeadmise la oelurile carbon. Scopul alierii este de amodifica, n mod convenabil, proprietile tehnologice i deutilizare a oelurilor.

2.2.1. Influena carbonului asupra structurii iproprietilor oelurilor carbon

Oelurile cristalizeaz dup sistemul metastabil fier-cementit. Un oel are deci proprieti intermediareproprietilor ce caracterizeaz ferita i cementita.Duritatea, rezistena, plasticitatea unui oel depind nprimul rnd de raportul dintre proporia de ferit i cea decementit.

2.2.2. Proprietile mecanice ale oelurilor carbonclite i revenite

Prin clire martensitic, proprietile mecanice aleoelurilor carbon se modific, proprietile de rezistencrescnd brusc, iar cele de plasticitate micorndu-se.Duritatea martensitei crete continuu cu cretereaconinutului de carbon, atingnd valoarea maxim la 2,11% C.Dac austenitizarea pentru clire s-a fcut peste Ac3,respectiv peste Accem, astfel nct tot carbonul s treac naustenit, duritatea oelului crete cu coninutul n carbonpn la 0,77% C, dup care ncepe s scad datorit formriiunei proporii tot mai mari de austenit rezidual.Duritatea oelurilor clite nu depinde de mrimeacristalelor de martensit. Spre deosebire de duritate,proprietile de plasticitate i, n principal, tenacitatea(reziliena) dup revenire depind puternic de gradul dedispersie al structurii martensitice, fiind cu att mai maricu ct martensita este mai fin. Structurile de clire, decistructura martensitic, sunt cu att mai fine cu ctgrunii de austenit din care s-au format sunt mai mici. Caurmare, temperatura de austenitizare trebuie aleas nstrns corelaie cu mrimea gruntelui de austenit.

La reveniri la temperaturi pn la 100C duritateaoelurilor carbon crete uor, cu 12 uniti HRC, ca urmarea transformrii martensitei de clire, a precipitriicarburilor din martensita a. La temperaturi mai nalte derevenire duritatea ncepe s scad datorit creteriiparticulelor de carburi i srcirii n carbon amartensitei, mecanism din care rezult c, prin clire irevenire se obin asociaii de proprieti mecanice mult maiconvenabile dect cele care corespund strii rezultate prinrecoacere.

2.2.3. Influena elementelor nsoitoare

Principalele elemente nsoitoare din oeluri sunt: Si,Mn, S, O, P, N, i H.

Siliciul i manganul sunt impuse de procesul deelaborare i turnare a oelului, fiind introduse laelaborarea oelului, pentru dezoxidare, manganul exercitndsuplimentar i puternice efecte desulfurante. Coninutul nsiliciu nu depete 0,350,4%, iar cel de mangan 0,50,8%.n afara aciunii dezoxidante, respectiv dezoxidante idesulfurante, siliciul i manganul, dizolvndu-se n ferit,ridic limita de elasticitate, rezistena la rupere i

limita de curgere a feritei cu cca. 10 daN/mm2 pentrufiecare procent de siliciu sau mangan dizolvat n ferit.

Sulful provine din materialele folosite n procesul deelaborare (cox, font, fier vechi, etc.). Formeaz cu fierulcompusul chimic FeS, care se topete la 1190C, practicinsolubil n fier i care formeaz la 31,6% FeS eutecticulFe-FeS ce se topete la 989C. Acest eutectic, solidificndultimul, dup solidificarea tuturor constituieniloroelului, se aeaz la limita cristalelor de austenit subforma unei reele uor fuzibile. La nclzire, latemperaturi de ordinul a 800-950C, sulfura de fier fragilimprim oelurilor fragilitatea cunoscut sub numele defragilitate la rou. La temperaturi mai nalte, de ordinul1000C, eutecticul Fe-FeS se topete producnd fragilitateala cald. Sulful nu diminueaz sensibil caracteristicilemecanice la traciune n seciune longitudinal, dar reducesensibil caracteristicile la traciune n seciunetransversal i reziliena la rece. Contribuie la creterearezistenei la uzare i mbuntete prelucrabilitatea prinachiere, favoriznd procesul de fragmentare a achiilor.

Oxigenul ajunge n compoziia oelurilor din procesulde elaborare, fiind introdus n baia metalic pentru afinare(oxidarea i ndeprtarea C, Mn, Si, P, etc.). n staresolid, solubilitatea oxigenului n fier este nul, formndnumai oxizi de tipul: Fe2O3, Fe3O4 i FeO, dar i oxizi aialtor elemente ca Mn, Si, Cr, Al, Ti, Zr, etc. Dup afinare,coninutul oelului n oxigen este mare, astfel nctproporia de oxid feros din oelul solid este ridicat, faptcare provoac fragilitatea la rece a oelului. Pentru aelimina acest inconvenient, totdeauna afinarea este urmatde dezoxidare, proces prin care este ndeprtat excesul deoxigen din baia metalic. n funcie de gradul de dezoxidarese obin oeluri necalmate, calmate sau semicalmate.

Oelurile necalmate sunt oeluri dezoxidate insuficientcu Mn, Si, Al, etc. La solidificare, carbonul i oxidulferos se concentreaz n topitura nc nesolidificat pncnd depete concentraia de echilibru, dup carereacioneaz unul cu altul cu formare de CO, care se degajproducnd fierberea oelului n lingotier. Datorit acestuifapt, un lingou de oel necalmat const dintr-o zonexterioar extrem de pur i un miez cu multe sufluri, frcaviti de retasur. Ca urmare, pierderile la laminare sereduc.

Oelurile calmate sunt complet dezoxidate cu Mn, Si, Alsau ali dezoxidani. Ele solidific linitit, frpierdere, cu contracie, ceea ce conduce la formarea decaviti de retasur n partea superioar a lingoului. Caurmare, aceast parte a lingoului se ndeprteaz prinutare, obinndu-se lingouri mult mai omogene structurali, deci, mai superioare calitativ.

Oelurile semicalmate sunt oeluri dezoxidate la ungrad mai avansat dect oelurile necalmate, dar totuiinsuficient dezoxidate. Solidific asemntor oelurilornecalmate, cu degajare de gaze ntr-o msur mai mic, darsuficient pentru a mpiedica formarea retasurii.

Fosforul provine din fonta utilizat la elaborare. nstare solid fosforul se dizolv att n fierul a ct i nfierul g , fiind un element alfagen. Deoarece coninutul defosfor din oeluri este limitat la 0,015%, se gsete deobicei dizolvat n ferit. O caracteristic important afosforului o reprezint marea lui capacitate de segregare,zonele centrale ale grunilor de austenit fiind mult maisrace n fosfor dect zonele marginale. Aceast puternicsegregare nu poate fi nlturat prin rcire, prelucrareprin deformare plastic la cald sau prin tratamente termicei determin formarea fibrajului de deformare plastic lacald. Fosforul mrete rezistena simultan cu mucorareaproprietilor de plasticitate. Mrete rezistena la uzare,mbuntete prelucrabilitatea prin achiere, dar mretei fragilitatea la rece, influennd puternic temperatura detranziie ductil-fragil.

Azotul este absorbit n baia metalic din atmosfer.Proporia de azot dizolvat n fier crete cu temperatura ivariaz de la 0,01 la 0,006%, se dizolv n ferit,determinnd mbtrnirea mecanic i influennd negativpunctul de curgere.

Hidrogenul formeaz cu fierul o soluie solidinterstiial, n reeaua de fier hidrogenul aflndu-se nstare protonic. Hidrogenul influeneaz negativproprietile materialelor metalice, n general, i aoelurilor, n special, provocnd fragilizarea acestora,favoriznd amorsarea i propagarea fisurilor imicrofisurilor. Deoarece n ruptur au o culoare alb-strlucitoare, aceste fisuri sunt numite fulgi.

2.2.4. Elemente de aliere n oeluriElementele de aliere se pot gsi n oelurile recoapte

sub diferite forme:a dizolvate n ferit, cu care formeaz o soluie solid;b n combinaie cu carbonul, cu care formeaz carburi sau,dizolvate n ce- mentit sau alte carburi, formnd soluiisolide pe baz de carburi;c n combinaii cu fierul, sau unele cu altele, formndcompui intermetalici;d n combinaie cu diferite impuriti, sulf, oxigen,etc., cu care formeaz incluziuni nemetalice cu sulfuri,oxizi, etc.;e n stare liber, sub form de particule dispersate nmasa de oel.

Majoritatea elementelor de aliere (Ni, Co, Mn, V, Cr,W, Mo, Ti, Nb, Zr, Be, etc.) formeaz cu fierul soluiisolide de substituie. Unele dintre acestea, cum sunt Ni iCo, sunt total solubile n fier pn la temperaturi joase,ns altele (Va, V i Cr) formeaz cu fierul, la temperaturiapropiate de temperatura de solidificare soluii solide pentreg intervalul de concentraie, dar la rcire, la anumiteconcentraii, formeaz compui. Alte elemente ca B, N, O iH se dizolv n fier n concentraii foarte mici, formndsoluii interstiiale; peste aceste concentraii se formeazcompui.

n prezena carbonului se dizolv total n ferit,formnd soluii solide, cu o parte din elementele situate ntabelul lui Mendeleev la dreapta fierului (Ni, Co, Si, Cu,etc.). Aceste elemente nu formeaz carburi sau formeazcarburi instabile. Spre deosebire de acestea, o parte dinelementele situate la stnga fierului (Ti, V, Cr, Mn, Zr,Nb, Mo, W, etc.) formeaz carburi. Datorit acestui fapt,elementele din aceast categorie se gsesc n oeluriparial sub form de carburi, parial dizolvate n ferit.

Majoritatea elementelor de aliere formeaz cu fierulcompui, ns pentru aceasta sunt necesare concentraii nelement de aliere mult mai mari dect cele ntlnite curentn oeluri; ca urmare, practic, n oelurile obinuite nu sentlnesc compui intermetalici.

Influena elementelor de aliere asupra proprietiloroelurilor este prezentat sintetic n anex.

2.2.5. Clasificarea i standardizarea oelurilor carbonOelurile se pot clasifica dup diferite criterii: a dupcompoziia chimic; b dup modul de obinere a produselori semifabricatelor ; c dup clasa principal de calitate;d dup destinaie; e dup structura obinut larecoacere; f dup structura obinut la normalizare.Dup compoziia chimic se deosebesc oeluri carbon ioeluri aliate. Dup elementele de aliere coninuteoelurile aliate se mpart n oeluri nichel, oeluri crom,oeluri mangan, oeluri crom-nichel, oeluri crom-ni-chel-molibden etc.n funcie de modul de obinere a produselor sausemifabricatelor oelurile se mpart n oeluri pentruturnare i oeluri pentru deformare.Dup clasa principal de calitate se disting: oeluri de uzgeneral numite i oeluri de baz; oeluri de calitate ioeluri superioare. Oelurile de uz general snt oeluricarbon produse n mas, utilizate dup recoacere sau nor-malizare fr clire i revenire, n construcia de maini,construcii metalice etc. Oelurile de calitate snt oeluricarbon i aliate folosite n general dup tratament termic

(clire i revenire) sau termochimic. La aceste oeluri segaranteaz att compoziia chimic ct i caracteristicilemecanice corespunztoare tratamentului termic prescrisprecum i coninuturi de sulf i fosfor limitate. Oelurilesuperioare snt oeluri carbon i aliate de calitate pentrucare se garanteaz i coninutul maxim de impuriti(incluziuni nemetalice, coninuturile de sulf i fosfor sublimitele admise pentru oelurile carbon de calitate) precumi condiiile referitoare la structur (mrimea grunteluiaustenitic, adncimea de clire).Dup destinaie se deosebesc: pentru construcii care larndul lor se submpart n oeluri pentru construciimetalice i oeluri pentru construcii mecanice (construciide maini); oeluri pentru scule, oeluri i aliaje pe bazde fier cu proprieti fizico-chimice speciale (oeluri cuproprieti termice, electrice i magnetice deosebite,oeluri rezistente la coroziune etc).n cazul oelurilor carbon structura obinut dup recoacerenu difer mult de structura obinut dup normalizare. Caurmare criteriul de clasificare a oelurilor dup structurade recoacere coincide cu criteriul de clasificare aoelurilor dup structura de normalizare. Dup acestcriteriu oelurile carbon se mpart n oelurihipoeutectoide i oeluri hipereutectoide. n cazuloelurilor aliate existnd diferene mari ntre structura derecoacere i cea de normalizare criteriile de clasificare aoelurilor dup structura de recoacere i dup structura denormalizare nu mai coincid. Clasificarea oelurilor aliatedup structura de recoacere a fost propus de Oberhoffer; ease bazeaz pe influena pe care o manifest elementele dealiere asupra poziiei punctelor critice ale diagramei fier-carbon.

Oeluri carbon de construcie turnate n piese. n STAS600-82 sunt prevzute 17 mrci de astfel de oeluri,simbolizate cu grupul de litere OT, urmat de un numr cereprezint rezistena minim la rupere exprimat n N/mm2,i de cifrele 1, 2 sau 3, care nseamn clasa de calitateastfel: OT 400, OT 450, OT 500, OT 550, OT 600, OT 700.

Datorit pierderilor mici prin histerezis ipermeabilitii magnetice

mari, oelurile cu un coninut foarte mic de carbon suntdestinate pentru turnarea pieselor i miezurilor pentrumotoare electrice (P+S0,020,03%).

Oelurile turnate avnd coninut mic de carbon (sub0,25%) au tenacitate bun, fiind utilizate pentru turnareapieselor solicitate la oc sau care lucreaz n condiii defriciune (roi de traciune, tvlugi, etc.).

Oelurile au coninut mediu de carbon (0,250,55%), aufluiditatea considerabil mrit, fapt pentru care suntutilizate pentru turnarea unei game largi de piese. Pentruaceste oeluri sulful este limitat la 0,020,03%, iar

coninutul n carbon este stabilit funcie de rezistenamecanic impus.

Oelurile cu un coninut mare de carbon (0,552,0%)sunt destinate turnrii pieselor care lucreaz n condiiide uzur abraziv intens, fr solicitri puternice la oc.

Oeluri carbon laminate pentru construcii, de uzgeneral. Oelurile carbon laminate obinuite sunt obinuteprin laminarea lingourilor, elaborate fr pretenii preamari, n care elementele nsoitoare se afl spre limitelesuperioare admise. Caracteristicile lor mecanice rspundunei game largi de utilizare i au pre de curs sczut.

Oelurile laminate obinuite se grupeaz n clase decalitate (1, 1a, 1b, 2, 3, 4), stabilite pe criteriulgaraniilor de compoziie chimic i tenacitate. Produseledin clasele de calitate 3 i 4 au structur secundar fincare nu este obinut prin normalizare, ci printr-o laminarecontrolat care se termin, de preferin, sub punctulcritic Ar3.

Simbolizarea acestor oeluri cuprinde grupul de litereOL, care nseamn oel carbon de construcii, laminatobinuit, urmat de un grup de cifre care reprezintrezistena minim la rupere prin traciune, n daN/mm2 iurmate de grupa de caracteristici garantat. Aceste oelurisunt utilizate n mod curent n construcii metalice, lacare nu se impun condiii de prelucrare termic, fapt pentrucare ele nu sunt indicate pentru tratamente termice sautermochimice.

Oelurile carbon de calitate i oelurile carbonsuperioare sunt oeluri carbon laminate, elaborate ngrijit,n care sunt garantate compoziia chimic icaracteristicile mecanice. Cantitatea de elementensoitoare este mai mic dect n oelurile carbonobinuite. n funcie de procentul de carbon, aceste oeluripot fi pentru cementare (max. 0,25% C) i pentrumbuntire (0,250,65% C). Simbolizarea acestor oelurieste format din grupul de litere OLC, care nseamn oelcarbon laminat de calitate, urmat de un numr ce reprezintproporia de carbon n sutimi de procente (OLC45, OLC55,etc.). Dac dup grupul de cifre urmeaz litera X,simbolizarea indic mrci de oeluri carbon superioare (ncare S+P nu depete 0,035%). Mrcile i condiiile tehnicede livrare a acestor oeluri sunt date n STAS 880-88.Aceste oeluri sunt utilizate pentru fabricarea pieselorgreu solicitate n construcia de maini.

Oeluri carbon laminate pentru construcii, cudestinaie precizat sunt oeluri care prin combinaiachimic i modul de elaborare au proprieti care le faceindicate pentru anumite domeniide utilizare. Dintre acesteamai impotante sunt :

Oeluri pentru automate (STAS 1350-89) sunt oelurilaminate la cald sau trase la rece, cu seciunea rotund,

ptrat sau hexagonal, cu coninut mrit de fosfor,destinate prelucrrii prin achiere cu viteze mari pe mainiunelte automate. Ele sunt simbolizate prin grupul de litereAUT urmat de un numr ce reprezint coninutul mediu decarbon n sutimi de procente (AUT9, AUT12, AUT30, etc.). Totdin aceast categorie fac parte oelurile AUT40Mn i OL6Pb.

Oeluri pentru arcuri (STAS 795-87) au un coninut ncarbon cuprins ntre 0,40 i 0,90%. Se simbolizeaz pringrupul de litere OLC, urmat de un numr care indicconinutul mediu de carbon n sutimi de procente i litera A8arc. n standard sunt prevzute mrcile OLC55A, OLC65A,OLC70A, OLC75A, OLC85A i OLC90A. n afara acestora maiexist i oeluri aliate.

Oeluri pentru evi de uz general (STAS 8183-80)destinate fabricrii evilor de uz generalpt construcii iinstalaii. Simbolizarea lor se face cu grupul de litere OLTurmat de un numr ce reprezint rezistena minim de ruperela traciune (OLT55, OLT65, etc.). Dac simbolul este urmatde litera K sau R oelul este destinat pentru execuia deevi pentru cazane i recipiente la temperaturi nalte (K)respectiv joase (R).

Oeluri pentru cazane i recipieni care lucreaz lapresiuni i temperaturi ridicate (STAS 2883/3-88). Acesteoeluri sunt simbolizate astfel: K410, K460 i K510.

Oeluri pentru recipiente sub presiune la temperaturijoase ( STAS 2883/2-89) sunt simbolizate cu R37, R44, R52.

Oeluri beton pentru armarea i precomprimareabetonului ( STAS 438/1-88, STAS 6482-88) sunt laminate lacald i apoi trefilate la rece avnd profil neted sau profilperiodic. Sunt simbolizate OB37 profil neted, PC52 i PC60 cu profil periodic, SPB I i SPB II pentruprecomprimare.

Oeluri carbon de scule sunt destinate fabricriisculelor mici pentru deformare la rece, care lucreaz lasolicitri uoare. Au peste 0,65% C i se simbolizeaz cugrupul de litere OSC urmat de un numr ce reprezintconinutul n carbon n zecimi.

Anexa1 Digrama Fe Fe3CAnexa2 - Influena elementelor de aliere asupraproprietilor oelurilor