Metalurgie și Aliaje: Proprietăți și Structuri

Caracteristicile metalelor

• Conductibilitatea termică și electrică a metalelor este mare și de obicei crește cu scăderea temperaturii.
• Rezistivitatea electrică a metalelor crește cu creșterea temperaturii.
• Metalele au tendința de a forma rețele cristaline compacte.
• Metalele posedă proprietăți optice specifice, incluzând opacitatea, luciul metalic și culoarea.
• Metalele sunt în general insolubile în dizolvanți comuni, dizolvându-se doar în metale cu formare de aliaje.
• Metalele se caracterizează printr-o plasticitate ridicată.

Metalele greu fuzibile

• Un metal greu fuzibil este un metal care se topește la temperaturi foarte ridicate.

Proprietăți ale metalelor

• Metalele pot forma ioni pozitivi.

Conductibilitatea termică și electrică a metalelor și temperatura

• Conductibilitatea termică și electrică a metalelor scade cu creșterea temperaturii și crește cu scăderea temperaturii.

Proprietățile mecanice ale metalelor

• Metalele se caracterizează printr-o plasticitate ridicată și o duritate scăzută.

Aliajele feroase

• Aliajele feroase conțin fier în proporție de peste 5% și chiar peste 20%.

Legătura ionică explicată

• Legătura ionică se formează prin transferul de electroni de valență de la un element electropozitiv la un element electronegativ.

Caracteristicile cristalelor ionice

• Cristalele ionice se caracterizează printr-o temperatură de topire înaltă, rezistență mecanică și duritate ridicate, coeficient scăzut de dilatare termică și sunt izolatoare.

Perechi de atomi care pot forma legături ionice

• Calciul și fluorul pot forma o legătură ionică.

Legătura Ionică

• Legătura ionică se formează între ioni pozitivi și ioni negativi.

Energii de legătură

• Legătura covalentă și ionică prezintă energii de legătură mari, iar legătura Van der Waals prezintă energii de legătură mici.

Conductibilitatea cristalelor ionice și covalente

• Cristalele ionice sau covalente au o conductibilitate termică și electrică foarte scăzută și sunt izolatoare.
• Cristalele ionice sau covalente prezintă duritate mare și fragilitate ridicată.
• Cristalele ionice au duritate mare și plasticitate scăzută.

Parametrii celulei elementare tetragonale

• Într-o celulă elementară tetragonală, a=b≠c și α=β=γ=90°.

Celula cu volum centrat

• Structura cristalină cu volum centrat este cubică și tetragonală.

• Rețeaua cristalină ordonată dintr-un material metalic poate prezenta orientări preferențiale și texturate.

Structura metalelor după solidificare

• După solidificare, un metal poate fi policristalin sau monocristalin.

Defecte punctiforme în materialele metalice

• Defectele punctiforme includ atomi de impuritate dispuși interstițial sau substituțional.

Efectul defectelor punctiforme

• Defectele punctiforme distorsionează rețeaua cristalină pe arii reduse, de maximum 1-2 distanțe interatomice.

Energia de formare a vacanțelor și interstițialilor

• Energia de formare a unei vacanțe este mai mică decât cea a unui interstițial.

Concentrația defectelor punctiforme și temperatura

• Concentrația defectelor punctiforme crește odată cu creșterea temperaturii materialului metalic.

Creșterea concentrației de defecte punctiforme

• Creșterea concentrației de defecte punctiforme poate fi realizată prin sudare, laminare, topire, răcire ultrarapidă de la temperaturi înalte, deformare plastică și iradiere.

Tipuri de dislocații în materiale metalice

• Dislocațiile din materialele metalice pot fi marginale, interstițiale sau elicoidale.

Sursele Frank-Read

• Sursele Frank-Read au dislocații cu capete blocate.

Deformarea plastică și dislocațiile

• Deformarea plastică în corpurile cristaline se realizează prin mișcarea dislocațiilor.
• Materialele metalice se pot durifica prin blocarea alunecării dislocațiilor.
• Creșterea numărului de dislocații duce la creșterea rezistenței electrice.

Poligonizarea materialelor metalice ecruisate

• Poligonizarea la încălzirea unui material metalic ecruisat se poate realiza cu ajutorul pereților de dislocații.

Defectul de împachetare

• Defectul de împachetare reprezintă o abatere locală a distribuției în cristal a planelor de maximă densitate în atomi.

Limita de grăunte

• Limita de grăunte împiedică deplasarea dislocațiilor și este o zonă de acumulări de incluziuni și defecte de rețea cristalină.
• Limitele de grăunte prezintă tensiuni și energii interne mari și influențează puternic proprietățile mecanice, crescând duritatea și rezistența mecanică a materialului.

Granulația materialelor metalice

• Cu cât granulația este mai mare, cu atât punctajul granulației este mai mic.

Materiale metalice cu granulație mică

• Într-un material metalic, la granulație mică, duritatea este mai mare și plasticitatea scăzută.

Maclele și rețeaua cristalină

• Maclele sunt caracteristice metalelor cu rețea cristalină de tip HC și CFC.

Temperaturile de transformare polimorfă ale fierului

• Temperaturile de transformare polimorfă ale fierului de 912 °C și 1536 °C.

Concentrația de carbon pentru 100% perlita

• Concentrația de carbon la care se formează 100% perlita într-un oțel este 0.77%.

Concentrația de carbon pentru 100% ledeburită

• Concentrația de carbon la care se formează 100% ledeburita este 4.3%.

Temperatura de transformare eutectoidă în diagrama Fe-C

• Temperatura corespunzătoare transformării eutectoide în diagrama Fe-C este 727°C.

Temperatura transformării eutectice în diagrama Fe-C

• Temperatura corespunzătoare transformării eutectice în diagrama Fe-C este 1148°C.

Oțelul hipoeutectoid

• Un oțel hipoeutectoid are până la 0.8% carbon.

Structura unui oțel hipoeutectoid

• Structura unui oțel hipoeutectoid este formată la temperatura ambiantă din ferită și perlită.
• Structura unui oțel hipoeutectoid (la 1000°C) este austenită.

Oțel hipereutectoid

• Structura unui oțel hipereutectoid este formată la temperatura ambiantă din perlită și cementită secundară.

Cementită

• Cementita este carbura de fier Fe3C, un compus chimic care se formează la 6.67%C.
• Cementita reprezintă cea mai dură fază din diagrama Fe-C și este faza care intră în compoziția perlitei.

Ledeburita

• Ledeburita este un amestec mecanic eutectic care se formează la răcire la 1148°C și este un amestec mecanic dintre austenită și cementită.
• Ledeburita reprezintă eutecticul din fontele albe.

Structura fontelor cenușii nodulare

• Structura unei fonte cenușii nodulare este formată din perlită, ferită și grafit.

Din punct de vedere cinetic

• Cementita se formează mai rapid decât grafitul.

Densitatea fierului

• Densitatea fierului este de 7.86 g/cm³.

Temperatura de devenire nemagnetică a fierului

• Temperatura la care fierul devine nemagnetic la încălzire este 768°C.

Fazele sistemului Fe-C

• În sistemul Fe-C, se pot întâlni următoarele faze: fierul, soluția solidă pe bază de Fe α (ferită) și soluția solidă pe bază de Fe γ (austenită).
• Sistemul Fe-C include și soluția solidă pe bază de Fe 6, compusul chimic Fe3C (cementită) și grafit.

Grafitul

• Grafitul cristalizează în sistemul hexagonal, este moale și rezistența sa mecanică crește cu creșterea temperaturii.

Parametrii celui mai fuzibil aliaj din diagrama Fe-C

• Parametrii celui mai fuzibil aliaj din diagrama Fe-C sunt 4.3 %C și 1148°C.

Materialele metalice care cristalizează în CFC

• Materialele metalice care cristalizează în CFC sunt maleabile, deoarece rețeaua CFC are compactitate mare.

Metalele care cristalizează în sistemul CFC

• Aurul (Au), argintul (Ag), aluminiul (Al), cuprul (Cu) și nichelul (Ni) cristalizează în sistemul CFC

Testează-ți cunoștințele despre metalurgie, transformările de fază în oțeluri și proprietățile metalelor. Acoperă subiecte precum concentrația de carbon în perlită, transformări eutectoide, structuri de oțel, și proprietăți mecanice ale metalelor.