Tema Nr 3 - Aliaje

8/18/2019 Tema Nr 3 - Aliaje

http://slidepdf.com/reader/full/tema-nr-3-aliaje 1/23

Tema nr. 3Aliaje

Aliajele sunt materiale metalice, omogene macroscopic obţinute, de obicei

prin solidificarea unei topituri ce conţine speciile atomice ale mai multor elementechimice.

Elementele chimice ce intră în alcătuirea unui aliaj se numesc componenţii

aliajului . Orice aliaj are un component de bază care este metal şi unul sau mai

mulţi componenţi de aliere, metalici sau nemetalici.

Totalitatea aliajelor cu aceeaşi componenţi luaţi în diferite proporţii

formează un sistem de aliaje. n funcţie de numărul componenţilor acestea pot fi! binare, ternare, cuaternare şi polinare.

3.1 Constituţia fizico-chimică şi natura fazelor din aliaje

Aliajele, pri"ite ca sisteme termodinamice, se află în echilibru dacă

atomii sunt distribuiţi în funcţie de natura forţelor de legătură interatomică sub

formă de faze. Fazele sunt părţi ale microstructurii aliajelor, separate de restul

aliajului prin suprafeţe de separaţie, a"#nd proprietăţi fizico$chimice şi mecanice

proprii. %atura şi numărul fazelor ce formează structura unui aliaj în condiţii date

de presiune şi temperatură determină constituţia aliajului. n structura aliajelor se

pot înt#lni trei tipuri de faze!

$ soluţii solide& $ compuşi difiniţi 'intermetalici(&

$ metal pur.

Apariţia în structura aliajelor a fiecăruia din aceste faze depinde de

raportul dintre forţele de legătură interatomică dintre atomii identici şi atomii

diferiţi.

3.1.1 Soluţii solide

)



Atunci c#nd forţele de legătură dintre atomii identici sunt apro*imati"

egale cu forţele de legătură dintre atomii diferiţi, e*istă tendinţa ca aceştia să se

distribuie într$o reţea comună cu o repartiţie, de obicei înt#mplătoare, form#nd

soluţii solide.

Atunci c#nd doi componenţi pot forma soluţii solide indiferent de

proporţia în care se află în aliaj se spune că aceşti componenţi au solubulitate totală

şi formează soluţii solide continue 'totale(.

Atunci c#nd soluţiile solide se formează numai în inter"ale bine

definite ale proporţiei componenţilor se spune că solubilitatea este parţială.

+omponenţii de aliere se pot distribui în reţeaua cristalină acomponentului de bază în două moduri!

$ înlocuind atomii componentului de bază în reţeaua cristalină a

acestuia, form#nd soluţii solide de substituţie;

$ prin ocuparea interstiţiilor din reţeaua cristalină a acestuia form#nd

soluţii solide interstiţiale (de pătrundere).

A"#nd în "edere cele de mai sus, componentul de bază este dizol"ant'sol"ent(, iar componentul de aliere $ dizol"at 'solut(.

oluţiile solide de substituţie sunt, în mod obişnuit, soluţii solide dezordonate, dar în anumite cazuri se pot forma, la temperaturi scăzute soluţii solide ordonate 'faze -urnao"( încare distribuţia atomilor de solut în reţeaua sol"entului este ordonată.

/ormarea soluţiilor solide de substituţie, respecti" solubilitatea reciprocă acomponenţilor unui aliaj depinde de următorii factori!

$ izomorfismul componenţilor, condiţie îndeplinită în cazul în care componenţiiau acelaşi tip de reţea cristalină& $ criteriul electrochimic! "or forma soluţii solide de substituţie elementelechimice care au electronegati"itate 'măsură a tendinţei de a accepta electroni( apropiată.0espectă această condiţie metalele care ocupă locuri apropiate în tabelul periodic.

$ factorul geometric! razele atomice apropiate. Această condiţie poate fi e*primatăcu ajutorul diferenţei relati"e a razelor atomice a componenţilor A şi 1, definită astfel!

d0 0

0 0

a 1 a A

a 1 a A

= −

⋅, ,

, ,ma*' , (234)55

6acă d < 73 e*istă tendinţa formării de soluţii solide de substituţie continue, iar pentru d > )83 nu e*istă solubilitate în stare solidă în componenţii A şi 1.

$ concentraţia electronică 'raportul dintre numărul electronilor de "alenţă şinumărul de atomi( redusă.

9



Toate condiţiile de mai sus sunt greu de îndeplinit astfel că din cele apro*imati"):55 de sisteme binare cunoscute apro*imati" ;5 sunt sisteme cu solubilitate totală.

<entru a se forma soluţii solide interstiţiale este necesar ca atomii

elementului dizol"at să aibă raze atomice suficient de mici pentru a pătrunde îninterstiţiile reţelei cristaline a sol"entului.

Această condiţie este îndeplinită numai de nemetale '%9, O9, =9, +, 1, etc.(.

6eoarece razele atomice ale elementelor de aliere sunt mai mari dec#t dimensiunile

interstiţiilor, soluţiile solide interstiţiale sunt soluţii solide parţiale.

3.1.2 Compuşi definiţi (intermetalici)

+ompuşii definiţi 'intermetalici( se formează în situaţia în care forţele de

legătură dintre atomii diferiţi sunt mai mari dec#t forţele de legătură dintre atomii

de acelaşi fel.

n cazul în care se formează la un raport fi* al concentraţiei componenţilor

poartă numele de faze Daltonide, iar în cazul în care raportul concentraţiei

componenţilor este "ariabil 'în limite restr#nse($ faze Bertholide. >nii compuşi

definiţi sunt foarte stabili, a"#nd puncte de topire mult mai ridicate dec#t ale

componenţilor. Aceştia au o topire congruentă 'sunt stabili p#nă la temperatura de

topire, aici comport#ndu$se ca un metal pur( şi cristalizează direct din topitură.

Alţi compuşi definiţi au stabilitate mică şi se descompun la topire 'compuşi

definiţi cu topire incongruenă). /ormarea are loc în urma unei reacţii peritectice

'"ezi paragraful ?.:(.

Tipul structurii cristaline şi tipul legăturilor interatomice ale compuşilor definiţi depindde aceeaşi factori analizaţi în cazul soluţiilor solide, cu e*cepţia izomorfismului. +a urmare,după cum predomină unul sau altul din cei trei factori, compuşii definiţi sunt!

$ compuşi electrochimici&$ compuşi de tip geometric&$ compuşi de tip electronic.n cazul formării compuşilor electrochimici factorul principal este afinitatea

electrochimică. Aceştia au reţele cristaline simple 'cubice sau he*agonale(, iar legăturileinteratomice sunt de tip ionic sau co"alent ' E*emple! %a+l, +a/9, @n, %iAs, etc.(.

?





constantă. n mod similar cristalizarea secundară a unui metal care prezintă

modificaţii se "a realiza la temperatură constantă '6e e*emplu transformarea

polimorfă a /e la temperatura de D)9°+, =), f =9, /e∝ şi /eγ (.

3.3 #ifuzia şi autodifuzia $n metale şi aliaje

3.3.1 $efiniţii. %ipuri de difuzie

<rin difuzie se înţelege modificarea poziţiilor atomilor 'ionilor( din corpurile

gazoase, lichide sau solide. 6eplasarea prin difuzie a atomilor se face pe distanţe

foarte mari în raport cu distanţele interatomice. 6ifuzia este determinată de agitaţia

termică a atomilor, la creşterea temperaturii mărindu$se "iteza de difuzie.

+onsider#nd un aliaj oarecare, difuzia se produce deci ca rezultat al mişcării

atomilor indi"iduali, e*citarea termică constituind sursa energiei de acti"are a

procesului de difuzie. >n atom, c#nd are energia de e*citare termică suficient de

mare, sareF din poziţia de echilibru într$o poziţie atomică "ecină. 6irecţiile de

mişcare sunt absolut înt#mplătoare astfel înc#t atomul în mişcarea sa descrie un

drum în zigzag. 6acă e*istă însă un gradient al concentraţiei, numărul atomilor

dizol"aţi fiind mai mare într$o anumită parte a corpului, chiar dacă fiecare

deplasare în parte este înt#mplătoare, se formează un flu* stabil care tinde să

egaleze compoziţia chimică adică, să se anuleze gradientul de concentraţie. Este

necesar să se precizeze că prin difuzie se înţelege nu deplasarea atomilor

indi"iduali ci flu&ul macroscopic de atomi determinat de aceste depalsări.

6ifuzia se poate produce şi în lipsa unei diferenţe de concentraţie chimică.

<rocesul de difuzie nelegat de "ariaţia de concentraţie se numeşte autodifuzie.

6ifuzia este un proces de mare însemnătate st#nd la baza celor mai

importante transformări care se produc în metale şi aliaje ! solidificări, transformări

de fază, recristalizări etc. Toate transformările care presupun modificări de

compoziţie chimică cum sunt tratamentele termice şi termochimice, sinterizarea

etc., nu ar putea fi imaginate fără difuzie.

8



3.3.2 %ecanismele difuziei şi autodifuziei

6ifuzia şi autodifuzia se realizează deci prin salturi atomice care au ca efect crearea unor flu*uri macroscopice de atomi dintr$o parte în alta a corpului. 6ifuzia atomică în metale şi aliajese poate realiza prin diferite mecanisme.

n cazul soluţiilor solide de substituţie sau al autodifuziei se pot imagina următoarelemecanisme !

$ schimbarea reciprocă de locuri între doi atomi "ecini, figura ?.) a&$ difuzia prin internoduri, figura ?.) b&$ difuzia prin deplasare ciclică a unor grupări de trei$ patru atomi, figura ?.) c&$ difuzia prin intermediul "acanţelor, figura ?.) d.+el mai probabil mecanism de autodifuzie şi difuzie în soluţii solide de substituţie este

difuzia prin intermediul "acanţelor& el constă în trecerea unui atom aflat într$un nod al reţeleiintr$un alt nod "acant, "ecin. n nodul din care a plecat atomul se formează o "acanţă care poatefi ocupată de atomul "ecin şi aşa mai departe. n acest mod se realizează o deplasare continuă a"acanţelor.

n soliţiile solide interstiţiale de atomi 1 în reţeaua cristalină a sol"entului A, atomii

dizol"aţi care difuzează sunt cu diametrul atomic foarte mic, ocup#nd interstiţiile reţeleicristaline a componentului de bază. n acest mod atomii de 1 pot migra cu uşurinţă dintr$o poziţie în alta, difuzia realiz#ndu$se prin internoduri 'figura ?.9(.

3.3.3 Legile difuziei &legile lui 'ic!(

+oeficientul de difuzie Di al unei particule din componentul i aflată în amestec sau însoluţie într$un sol"ent este definit de legea I a lui Fic !

j 6 ci i= − ⋅ ∇ i

sau pentru direcţia *! j 6

c

*i * i

i, = − ⋅

∂

∂

unde "i este flu*ul sau curentul de difuzie care trece prin unitatea de suprafaţă a sol"entului, înunitatea de timp& ci este concentraţia componentului i 'măsurată în aceleaşi unităţi de masă ca şi

"i(. +oeficientul de difuzie are dimensiunile G9 T$), de obicei cm9Hs.odificarea concentraţiei în timp este descrisă de legea a II a lui Fic !

( )∂

∂τ

c6 ci

i i= ∇ ⋅ ∇

sau pentru difuzia în direcţia * !

∂∂

∂∂

∂∂

c* *

6 c*

i i= ⋅

iar pentru 6 independent de concentraţie!∂

∂τ

∂

∂

c6

c

*

i i= ⋅

9

9

Baloarea coeficienţilor de difuzie este influenţată de temperatură, de natura elementuluidizol"at şi a sol"entului, de concentraţia în soluţie şi de prezenţa imperfecţiunilor în reţeauacristalină. n metalele şi aliajele solide coeficienţii de difuzie au "alori de ordinul )5$)5 cm9Hs, întimp ce în metalele lichide "alorile sunt de ordinul )5 $8 cm9Hs . Bariaţia cu tempeartura acoeficienţilor de difuzie este e*ponenţială, de tip #rrhenius!

6 6 eE

0T= −5

;



unde $ este constanta uni"ersală a gazelor, % $ temperatura absolută, & $ energia de acti"are şi D'

$ factorul de frec"enţă. /actorul de frec"enţă are aceaşi dimensiune ca şi coeficientul de difuzie D, este independent de temperatură şi pentru metale şi aliaje solide este cuprins între limitele5.) ... )5 cm9Hs.

a b c d

/ig. ?.) ecanisme de difuzie posibile în soluţii solide de substituţie sau la autodifuzie a $ schimbarea reciprocă de locuri între doi atomi "ecini& b $ difuzia prin internoduri& c $ difuzia

ciclică& d $ difuzia prin "acanţe.

3.3.) #ifuzia la su*rafaţa+ la limitele şi $n ,olumul cristalelor

ntr$un monocristal difuzia poate a"ea loc numai prin interiorul reţelei cristaline sau pesuprafaţa cristalului.

n materialele metalice policristaline este în plus posibilă difuzia prin limita de grăunte,

figura ?.?. 6in datele comparati"e ale coeficienţilor de difuzie în "olum '6"(, prin limita degrăunte '6G( şi pe suprafaţa materialului '6( rezultă că ! 6B> 6G> 6".n unele cazuri difuzia prin limitele de grăunte poate fi mult mai mare dec#t difuzia prin

interiorul reţelei cristaline, mai ales la temperaturi joase.

/ig. ?.9 6ifuzia într$o soluţie solidă /ig. ?.? <osibilităţile de difuzieinterstiţială în materialele metalice policristaline

3.) #iagrame de echiliru *entru sisteme inare de aliaje

6iagramele de echilibru ale sistemelor de aliaje sunt reprezentări grafice încoordonate temperatură $ concentraţie a domeniilor de stabilitate a fazelor.

I



<entru reprezentarea lor sunt necesare a*e de coordonate, o a*ă pentru

temperatură şi $) a*e pentru concentraţiile componenţilor.

0ezultă că diagramele de ehilibru ale sistemelor binare au reprezentări

grafice în plan,iar cele ale sistemelor ternare, spaţiale.

<e diagramele de echilibru ale sistemelor binare domeniile de stabilitate a

fazelor sunt separate prin linii de transforare fazică ce corespund transformărilor

lichid$solid, sau transformărilor în stare solidă 'transformări alotropice ale

componenţilor, modificări ale solubilităţii funcţie de temperatură, ordonări ale

soluţiilor solide, transformări in"ariante(.

Trasarea diagramelor de echilibru se poate face pe cale e*perimentală prin

determinarea punctelor critice 'de transformare( ale aliajelor din sistemul respecti"

prin analiză termică, dilatometrică, magnetică, rJentgenografică, etc.

<entru analiza aliajelor dintr$un sistem binar se aplică următoarele reguli

generale!

$ o "erticală în diagrama de echilibru reprezintă un aliaj cu e"oluţia sa

structurală în funcţie de temperatură&

$ în zona în care "erticala unui aliaj trece printr$un domeniu

monofazic structura este formată din faza respecti"ă a"#nd compoziţia identică cu

aliajul considerat&

$ o izotermă dusă printr$un domeniu bifazic al unei diagrame de

echilibru taie liniile de transformare cele mai apropiate în puncte ale căror abscise

corespund cu compoziţiile fazelor ce formează structura la temperatura izotermei

respecti"e&

$ pe liniile de transformare ale diagramei de echilibru coe*istă în

echilibru toate fazele din domeniile adiacente liniei respecti"e.

/uncţie de solubilitatea componenţilor în stare lichidă şi solidă, de

capacitatea de a forma compuşi intermetalici şi de influenţa transformărilor

polimorfe, diagramele sistemelor reale de aliaje sunt, de obicei, comple*e, ele

put#ndu$se analiza dacă se descompun în diagrame de echilibru simple de tipul

celor prezentate în continuare.

7



3.'.1. $ia"rama de ecilibru a sistemelor binare cu componenţii complet

solubili n stare licidă şi solidă

n acest caz sunt îndeplinite condiţiile formării unor soluţii solide de

substituţie continue, din această categorie făc#nd parte sistemele binare! +u$%i, 1i$

b, Ag$Au, o$K, Ti$%b, etc.

/orma diagramei de echilibru, prezentată în figura ?.: a, pentru un caz

general în care componenţii s$au notat cu A şi 1, indică faptul că liniile liLuidus şisolidus o împart în trei subdomenii! două monofazice 'unde sunt stabile soluţia

solidă α, respecti" lichidul G, subdomenii în care sistemul este bi"ariant, B=9( şi

unul bifazic 'în care este stabil amestecul de lichid şi soluţie solidă α, subdomeniu

în care sistemul este mono"ariant(.

<e liniile de transformare sistemul este mono"ariant.

tudiul transformărilor la răcire se face utiliz#nd curba de răcire pentru caretemperaturile critice se obţin la intersecţia "erticalei aliajului cu liniile diagramei

'". fig. ?.: b(.

e constată că solidificarea are loc în inter"alul de temperaturi t t$temperatura

de topire, ts$temperatura de solidificare. n acest inter"al curba de răcire îşi

modifică curbura datorită degajării căldurii de cristalizare a fazei α.

<entru orice temperatură t∈'tt,ts( se poate determina procentul de fază α 'şide lichid G(, astfel!

$ la temperatura t '". fig. ?.:( în conformitate cu legea izotermei lichidul "a

a"ea concentraţia bG 31, iar faza α concentraţia bs 31&

$ sunt e"idente relaţiile!

C b C b C b

C C C

G G s s

G s

⋅ + ⋅ = ⋅

+ =

D



unde! CG este masa de lichid&

C $ masa de fază α cristalizată&

C $ masa de aliaj.

$ prin rezol"area corespunzătoare a sistemului de mai sus se obţine!

3

3

α = −

− ⋅

= −

− ⋅

b b

b b

G b b

b b

G

s G

s

s G

)55

)55

a b

/ig. ?.:a $ 6iagrama de echilibru pentru sistemele binare cu componenţii complet solubili în

stare lichidă şi în stare solidă& b $ curba de răcire pentru aliajul cu b 3 1.

Aceste rezultate conduc la următoarea analogie, denumită re"ula p*r"iei+

$ se duce o orizontală în diagrama de echilibru, la temperatura la care secalculează procentul fazelor, p#nă c#nd intersectează liniile de transformare cele

mai apropiate&

$ se consideră Mp#rghiaN cu lungimea e*primată în procente component 1, la

capetele căreia acţionează greutăţile fazelor, iar în punctul corespunzător aliajului

acţionează greutatea aliajului '". fig. ?.:(.

$ din ecuaţiile de echilibru ale p#rghiei se obţine sistemul de mai sus.

)5



Ga sf#rşitul cristalizării se obţin cristale echia*iale de soluţie solidă

oogenă α dacă sunt îndeplinite condiţiile de echilibru termodinamic în orice

moment. Acest lucru este realizabil numai în cazul răcirilor foarte lente.

Aplic#nd regula izotermei se constată că!

$ la temperatura tt, germenele cristalin "a a"ea concentraţia bs) 3 1&

$ la temperatura t9, faza solidă α depusă are concentraţia bs9 31, figura ?.8.

n condiţii de echilibru omogenizarea prin difuzie "a conduce la

omogenizarea fazei α solidificate între tt şi t9 la "aloarea bs9 'concentraţia fazei

solide în component 1 "ariază după linia solidus şi similar pentru lichid $ după

linia liLuidus(.n realitate însă, această omogenizare nu se produce complet astfel înc#t

concentraţia medie a fazei solide formate "a fi b s9 > bs9. 0aţionaliz#nd analog se

constată că la temperatura ts răm#ne o cantitate de lichid netransformată 'ce se

poate determina cu regula p#rghiei( care "a cristaliza la temperaturi inferioare

temperaturii ts, rezult#nd faza α cu concentraţii în 1 mai mici de b, astfel înc#t la

sf#rşitul cristalizării compoziţia medie a cristalului să fie cea a aliajului considerat.0ezultă deci, că în condiţii reale, cristalul 'dendrita( este neomogen, a*a lui

fiind mai bogată în componentul mai greu fuzibil, iar zonele interdendritice bogate

în elementul mai uşor fuzibil, fenomen denumit se"re"aţie interdendritică# iar o

astfel de soluţie solidă$soluţie solidă neomo"enă.

nfăşurătoarea tuturor curbelor de "ariaţie reală a concentraţiei fazei solide

bsP, se numeşte curba solidus neomo"en $ curba de sf#rşit de solidificare în condiţiireale.

))



/ig. ?.8 E*plicarea segragaţiei interdendritice şi a liniei solidus neomogen

3.'.2. $ia"rame de ecilibru ale sistemelor binare# cu componenţii

complet solubili n stare licidă şi parţiali solubili n stare solidă

n această categorie se încadrează trei mari grupe de diagrame de echilibru

'sisteme de aliaje(.

$ sisteme cu transformare eutectică&

$ sisteme cu transformare peritectică&

$ sisteme fără transformare eutectică sau peritectică.

,. $ia"rama de ecilibru a sistemelor de aliaje cu componenţii complet

solubili n stare licidă şi parţial solubili n stare solidă care prezintă

transformare eutectică este prezentată în figura ?.; a.

>n astfel de tip de diagramă de echilibru prezintă sistemele binare! Ag$+u,

Al$şi, +r$%i, <b$n, <b$b, Al$+u, <t$+r, etc.

/azele sistemului sunt! soluţia solidă α de 1 în A& soluţia solidă β de A în 1&

Giniile diagramei sunt linii de transformare fazică! linia liLuidus! t e t t s

#

t s

B

− −

' ( ' ( &

linia solidus! t d e d t t s

#

t s

B

− −

' ( ' (

) 9 & linia d)c) de "ariaţie cu temperatura a concentraţiei în 1

a soluţiei solide α şi similar pentru soluţia solidă β $linia d9c9. Giniile diagramei

delimitează trei domenii bifazice 'în care sistemul este mono"ariant( şi trei

domenii monofazice 'în care sistemul este bi"ariant(. <e linia d)ed9 se găsesc în

echilibru trei faze! G, α, β, deci sistemul este in"ariant.

Aliajele care au concentraţie cuprinsă între d) şi d9 suferă, la răcire,transformarea eutectică+ lichidul cu concentraţia punctului e se transformă în

amestecul mecanic de soluţie solidă α cu concentraţia punctului d) şi soluţie solidă

β cu concentraţia punctului d9& pe toată durata transformării temperatura răm#ne

constantă, pe curba de răcire apăr#nd un palier.

tructura la temperatura ambiantă se stabileşte studiind, după regulile

prezentate anterior, transformările la răcire ale aliajelor.

)9



a( aliajele cu concentraţii mai mici dec#t c), respecti" mai mari dec#t c9, se

transformă la răcire ca şi aliajele din sistemul tratat în paragraful ?.:.). a"#nd la

temperatura ambiantă structura formată din soluţie solidă α, respecti" β.

b( pentru aliajele cu concentraţie cuprinsă între c) şi d), respecti" d9 şi c9 '".fig. ?.;.b.( cristalizarea primară decurge similar celor de la punctul a(. n stare

solidă, la intersecţia curbei de solubilitate "ariabilă cu temperatura are loc

separarea fazei secundare βN, respecti" αN.

c( aliajele cu concentraţia cuprinsă între d) şi e, respecti" e şi d9 '".fig. ?.;.c(

suferă transformarea eutectică,preeutectic separ#ndu$se soluţie α, respecti" β.

/azele preeutectice ca şi cele din amestecul mecanic "or a"ea solubilitate "ariabilăcu temperatura. Ga temperatura ambiantă constituent "a apare faza secundară

separată din faza preeutectică respecti"ă.

d( aliajul cu concentraţia e "a prezenta la temperatura ambiantă numai

amestecul mecanic eutectic.

)?



/ig. ?.;a$ 6iagrama de echilibru a sistemului cu componenţii complet solubili în stare lichidă şi parţiali solubili în

stare solidă, cu transformare eutectică& b, c $ curbe de răcire& d $ diagrama structurală Tammann pentru faze& e $diagrama structurală pentru constituienţi

):



/igura ?.Ia $6iagrama de echilibru a sistemelor în care componenţii sunt complet solubili stare lichidă şi parţial

solubili în stare solidă cu transformare peritectică& b $ curbă de răcire& c $ diagrama structurală Tammann pentru faze& d $ diagrama structurală Tammann pentru contituienţi

<rocentul fazelor şi al constituenţilor metalografici se poate determina laorice temperatură folosind regula p#rghiei. A"#nd în "edere "ariaţia liniară a

acestora se pot construi diagrame structurale de tipul celor din figura ?.; d şi e,

denumite diagrame Tamman.

-. $ia"rama de ecilibru a sistemelor de aliaje binare cu componenţii

complet solubili n stare licidă şi parţiali solubili n stare solidă care prezintă

transformare peritectică este prezentetată în figura ?.I.a.>n astfel de tip de diagramă de echilibru prezintă sistemele binare! +o$Os,

+o$0e, +o$0n, Qn$Ti, etc.

Qnterpretarea diagramei şi a notaţiilor din figura ?.I. este similară cazului

anterior, cu precizarea că reacţia peritectică constă în transformarea la răcire a

amestecului format din lichid cu concentraţia punctului p şi soluţie solidă β cu

concentraţia punctului d9 în soluţie solidă α cu concentraţia punctului d). 0eacţia peritectică denumită şi reacţie de perete '"ezi şi capitolul?( durează p#nă c#nd se

consumă una dintre fazele ce participă la reacţie 'faza β la aliajele cu concentraţie

între p şi d9, respecti" faza α la aliajele cu concentraţia între d) şi d9(.

C. $ia"rama de ecilibru a sistemelor de aliaje binare cu componenţii

complet solubili n stare licidă şi parţiali solubili n stare solidă care nu

prezintă nici transformare eutectică# nici transformare peritectică este prezentatăîn figura ?.7. e constată că această diagramă se caracterizează prin faptul că

liniile c)d) şi c9d9 nu mai înt#lnesc liniile solidus şi liLuidus.

3.'.3. $ia"rame de ecilibru ale sistemelor binare cu componenţii complet

solubili n stare licidă şi insolubili n stare solidă

)8



n această categorie se încadrează sistemele cu transformare eutectică

prezentate în figura ?.D. a şi cu eutectic pierdut , figura ?.D.b.

3.'.'. $ia"rame de ecilibru ale sistemelor binare n care apar compuşi

definiţi

,. $ia"rame de ecilibru a sistemelor de aliaje n care componenţii

formează compuşi definiţi cu topire con"ruent ă poate a"ea una din formele

prezentate în figura ?.)5. şi anume!

/ig. ?.7 6iagrama de echilibru a sistemelor de aliaje binare cu componenţii completsolubili în stare lichidă şi parţiali solubili în stare solidă care nu prezintă

nici transformare eutectică, nici transformare peritectică

$ în figura ?.)5.a. se prezintă cazul formării fazei 6AGTO%Q6E Am1n 'la

concentraţie constantă c 31(. e constată că diagrama se poate descompune în

două diagrame de tipul prezentat în paragraful ?.:.?. pentru care componenţii sunt

A şi Am1n, respecti" Am1n şi 1.

$ în figura ?.)5.b. se prezintă cazul formării fazei 1E0T=OGQ6E γ . e

constată că diagrama se poate descompune în două diagrame de tipul prezentat în

paragraful ?.:.9. punctul A.

-. $ia"rama de ecilibru a sistemelor de aliaje n care componenţii

formează compuşi definiţi cu topire incon"ruentă (cu reacţie peritectică) poate

);



a"ea forma prezentată în figura ?.)) a, pentru cazul formării fazei 6AGTO%Q6E

Am1n în urma reacţiei peritectice L B # Bd ( n)

+ → sau cea din figura ?.)) b, pentru

cazul formării fazei 1E0T=OGQ6E γ în urma reacţiei peritectice α γ d d p L) 9

+ → .

3.).. #iagrame de echiliru inare $n care com*onenţii *rezintătransformări *olimorfe

,. $ia"rama de ecilibru a sistemelor binare n care ambii componenţi prezintă două

forme alotropice ,

şi ,

# respecti! -

şi -

care formează soluţii solide continue este prezentată în figura ?.)9.

/azele indicate pe diagramă sunt! α soluţia solidă continuă a formelor alotropice Aβ şi 1β

stabile la temperaturi superioare lui tA), respecti" t1) 'punctele critice ale componenţilor A şi 1(&β soluţia solidă continuă a formelor alotropice Aα şi 1α stabile la temperaturi inferioare lui tA),

respecti" t1). -. n cazul în care componenţii sunt complet solubili n stare licidă# formele

alotropice ,

şi -

sunt izomorfe# iar formele alotropice ,

şi -

sunt parţial solubile&diagrama de echilibru poate fi cu transformare eutectoidă, figura ?.)? a sau cu transformare

peritectoidă, figura ?.)? b./azele α) şi α9 sunt soluţii solide de 1α în Aα, respecti" Aα în 1α, care au solubilitate

"ariabilă cu temperatura după liniile c)d), respecti" c9d9.

%ransformarea eutectoidă constă în formarea, la răcire, din soluţia solidă β cuconcentraţia e 31 a unui amestec mecanic de soluţii solide α) şi α9. 'E"ident, transformarea are

loc la temperatură constantă(.

%ransformarea peritectoidă constă în formarea, la răcire, din amestecul de soluţie solidăα) cu concentraţia d) 31 şi soluţie solidă β cu concentraţia p 31 a soluţiei solide α9 cuconcentraţia d9 31 'şi această reacţie are loc la temperatură constantă(.

)I



/ig. ?.D 6iagrame de echilibru ale sistemelor binare cu componenţii complet solubili în starelichidă şi insolubili în stare solidă

a b

/ig. ?.)5 6iagrame de echilibru a sistemelor de aliaje în care componenţii formeazăcompuşi definiţi cu topire congruentă

)7



a b

/ig. ?.)) 6iagrama de echilibru a sistemelor de aliaje în care componenţii formeazăcompuşi definiţi cu topire incongruentă 'cu reacţie peritectică(

/ig. ?.)9 6iagrama de echilibru a sistemelor binare în care ambii componenţi prezintă douăforme alotropice Aα şi Aβ, respecti" 1α şi 1β care formează soluţii solide continue

a. b.

)D



/ig. ?.)? 6iagrame de echilibru ale şistemelor în care componenţii sunt complet solubiliîn stare lichidă, formele alotropice Aβ şi 1β sunt izomorfe,

iar formele alotropice Aα şi 1β sunt parţial solubile

3./ #00#0A 4T50 56570T87L0 AL7A90L65:7 #7A;5A%0L0 #0 0C<7L7=5>

,. roprietăţi fizice<roprietăţile aliajelor depind de natura fazelor în echilibru şi de proporţia lor în structură.

<rezenţa soluţiilor solide influenţează în special proprietăţile fizice, iar cea a compuşilor definiţi, pe cele mecanice.

n funcţie de concentraţie se pot reprezenta proprietăţi care depind puţin de mărimeagrăunţilor! greutatea specifică, coeficientul de dilatare liniară etc. sau proprietăţi care se iau $

pentru comparaţie $ corespunzătoare stării cu grăunţi mari! duritatea şi alte caracteristici

mecanice, conductibilitatea electrică etc.n figura ?.): este prezentată "ariaţia acestor proprietăţi pentru o serie de tipurielementare de diagrame de echilibru. <entru a se face legătura între structură şi proprietăţi,trebuie cunoscute proprietăţile componenţilor şi constitenţilor. Bariaţia proprietăţilor decurgedupă următoarele legi!

$ la amestecuri de faze 'domenii bifazice( proprietăţile "ariază după o dreaptă 'liniar,aditi"(&

$ la soluţii solide 'domenii monofazice(, proprietăţile "ariază după o curbă. Astfel, dee*emplu, rezistenţa electrică poate diferii foarte mult de a componenţilor 'aliaje +u $ %i(. 6eaceea, descompunerea soluţiei solide face să scadă rezistenţa electrică&

$ un compus definit prezintă un ma*im sau un minim al proprietăţilor fizice 'punct

singular(.

/ig. ?.): 6ependenţa între proprietăţile fizice şi diagramele de echilibru! a $ duritate, rezistenţă mecanică etc. &

b $ conducti"itate electrică, coeficient de temperatură al rezistenţei electrice etc.

-. roprietăţile tenolo"iceE*istă de asemenea o corelaţie între diagrama de echilibru şi proprietăţile tehnologice ,

de prelucrare, ale aliajelor. Aliajele se împart în deformabile şi de turnătorie. Gimita dintre eleeste saturarea soluţiei soluţiei solide 'figura ?.)8(. e constată că aliajele deformabile sunt aliajemonofazice iar cele pentru turnătorie sunt aliajele care conţin eutectic.

95



<lasticitatea la cald este ridicată la aliajele monofazice, scăz#nd mult în domeniul bifazic.

/luiditatea prezintă "alori mai ridicate la aliajele care solidifică la o temperaturăconstantă 'metale pure sau aliaje eutectice( sau în inter"al foarte redus de temperatură.+ontracţia la solidificare este deasemenea minimă în cazul aliajelor eutectice şi în plus în acestcaz se obţine o retasură concentrată. n cazul aliajelor cu inter"al mare de solidificare, pe l#ngă

efectul nefa"orabil al segregaţiei interdendritice se suprapune tendinţa de formare amicoretasurilor 'porozităţi(.

*bservaţie

<roprietăţile metalelor şi aliajelor sunt puternic influienţate de forma şi dimensiuneagrăunţilor cristalini, de distribuţia şi gradul de dispersie al fazelor. <rin prelucrări tehnologice $deformare plastică, tratamente termice etc., acestea pot fi modificate in limite foarte largiobţin#ndu$se, deci, o "ariaţie mare a proprietăţilor unui material metalic dat. 6e e*emplu,influenţa formei , modului de distribuţie şi gradului de dispersie al fazelor se manifestă pregnantîn cazul aliajelor bifazice a"#nd structura formată dintr$o fază secundară dură şi fragilă,

distribuită într$o matrice 'fază( de bază moale şi tenace. 6acă faza secundară este distribuită subformă de particule aciculare, aliajele prezintă fragilitate accentuată. 6acă faza secundară estedispersată în matrice sub formă de particule lamelare sau globulare, fragilitatea aliajelor estemult diminuată& cele mai tenace structuri de acest tip sunt cele a"#nd faza secundară globulară şiuniform distribuită în matrice. Aliajele bifazice a"#nd structuri cu grade mari de dispersie şidistribuţie uniformă a fazei secundare globulare se caracterizează printr$o asociere optimă a

proprietăţilor de rezistenţă mecanică şi plasticitate.

9)



/ig. ?.)8 6ependenţa între proprietăţile tehnologice şi diagrama de echilibru

Addenda

♦ component&

♦ component de bază&

♦ sistem de aliaje&

♦ faze&

♦ soluţie solidă 'de substituţie, interstiţială(&

♦ compus definit 'intermetalic(&

♦ "arianţă&

♦ legea fazelor&

♦ sistem in"ariant&

♦ difuzie&

♦ legile difuziei&

♦ diagramă de echilibru&

♦ linii de transformare fazică&

♦ regula p#rghiei&

♦ soluţie solidă neomogenă&

♦ curba solidus neomogen&

♦ transformare eutectică&

♦ aliaje hipoeutectice, eutectice, hipereutectice&

♦ transformare peritectică&

♦ transformare eutectoidă&♦ transformare peritectoidă&

99



Documents

Tema Nr 3 - Aliaje