Materiale metalice și compozite

Aliajele feroase prezinta si o latura slaba:rezistenta scazuta la coroziune.Prin intrebuintarea otelurilor aliate aceasta problema este partial rezolvata insa pretul de cost al otelului aliat este ridicat.Metalele si aliajele neferoase prezinta o buna rezistenta la coroziune si unele proprietati fizice cum ar fi :greuattea specifica mica sau dimpotriva,conductibilitate electrica si termica ridicata.

Metalele neferoase cu raspandirea cea mai larga in industrie sunt :Cu,Al,Zn,Mg,Sn,Pb.

Al - metal alb cu densitate =2700kg/m3,usor ductile si maleabil,bun conductor de electricitate al carui pct de topire este 6570C. Al si aliajele sale au o inalta rezistenta la atmosfera impurificata cu gaze sulfuroase si rezista bine la act acizilor grasi.La temp normala Al are caract mecanice destul de modeste insa o oarecare crestere a rezistentei sale mecanice insotita de o determinate reducere a plasticitatii se obtine prin ciocanire usoara. Al si aliajele sale rezista bine la temp joase.Sunt intrebuintate la fabricarea elem metalcie usoare insa utilizarea acestora la scara industriala a fost limitata de dificultatile aparute la sudarea lor.Odata cu introducerea sudarii cu arc electric in atmosfera protectoare de gaz inert aceste dificultati au fost depasite.

Se folosesc la constructia aparatelor de schimb de caldura(GNL),in constructia de conducte pt fluide criogenice pt mijloacele de transport GLT.Al +aliajele sale sunt cele mai potrivite pt functionarea sub sarcina la temp joase si f joase,Rezistenta mecanica a acestor materiale creste cu scaderea temp ,tenacitatea lor ramanand practice neschimbata,iar pt temp de lucru sub -100 grade C ,raportul intre rezistenta la rupere - r si masa volumica - corespunzat este comparabil cu a otelului.

Duraluminiul-aliaj rezistent si usor din Al+Cu+cant<de Mg,Mn si Si intrebuintata la constructii Aerospatiale ,aeronautice si mecanice.Al+aliajele sale pot fi folosite la temp normala si joasa pt constr echipamentului rezervoarelor si mijloacelor de depozitare a GLT.

Cu(arama) - este un metal rosu cu densit=8950kg/m3 si cu pct de topire 10840, f maleabil si ductile dupa Ag,fiind cel mai bun conducator de electricitate.Cu nu este atacat de apa sau abur,fiind intrebuintat in gen in cazangerie,la fabricarea de conductoare electrice,in galvanoplastie si la obt anumitor aliaje(alama,bronz,nichelina,manganiu).Cu pierde din rezistenta sa la coroziune in prezenta O2 iar in prezenta H2 devine fragil,are caract mecanice sufficient de ridicate la temp scazute insa la temp ridicate acestea scad simtitor.Cu si aliajele se folosesc f mult in electrotehnica in mecanica etc.

Alama -aliaj Cu+Zn,in orice proportie dar la Cu proportia esre de pana la 75%.Sunt bune conducatoare de caldura si electricitate ,maleabile si ductile.Ele pot fi turnate ,forjate ,laminate la cald si la rece in table,piese ,tevi,fire.Prin adaugarea unor mici cant de Ni,Mn,Al,Sn alamele capata caract speciale si devin resist la coroziunea vaporilor saturati si ai apei de mare.Se mai pot utiliza la fabricarea tevilor is placilor tubulare ale condensatoarelor si a altor aparate ,inelelor de etansare.

Tombacul - aliaj Cu+Zn cu 80%Cu Este folosit la fabricarea unor table,tesaturi din sarma a unor elem tubulare pt radiatoare.

Bronzurile - aliaj Cu+Sn.Ele se impart in : bronzuri obisnuite si bronzuri speciale.Bronzurile obisnuite contin numai Cu +Sn(40%Sn).Se caract printro buna rezistenta la coroziune in aer si apa ,o rezistenta ridicata la uzura si o durificare importanta prin deformare la rece.Se intrebuinteaza ca aliaje pt turnatorie sua ca aliaje pt deformare la cald.Bronzurile speciale au adaosuri de Zn,Pb,P,Al,Be,Ni.Ele poarta denumirea dupa elem de aliere suplimentar; -bronzuri cu Zn(usor turnabile); -bronzuri cu Pb(usor prelucrabile,rezista bien la frecare si au o buna plasticitate);-bronzuri cu Be(au caract mecanice ridicate ,resist mare la coroziune ,sudabilitate buna,elasticitate buna);-bronzuri fosforoase(lipsite de fragilitate si au o duritate ridicata); -bronzuri cu Al(prelucrare buna prin turnare si deformare plastica).

Aliaje pt lipit

Aliaje Al+Si se folosesc la lipirea Al si aliajelor sale. Aliaje Cu +P se fol la lipirea Cu si aliajelor sale.Pt oteluri si Ni nu sunt recomandabile din cauza fosforului.Aliaje de Ni si Cr se folosesc la lipituri rezistente la temp inalte si coroziune.Aliaje de Cu si Au se fol la lipiturile de trecerea a elem metalice prin sticla (coef de dilatare apropiate de al sticlei).Aliaje de Ag contin 5%Ag si 15% Cu,16-28%Zn plus alte el in procnte mici(Cd,Sn,Mn)Se fol la lipirea metalelor si aliajelor feroase si neferoase cu exceptia Al si Mg.Lipiturile cu aceste aliaje au o rezistenta mai buna la coroziune si au o conductibilitate eletcrica superioara.

Materiale compozite

Se compun din fire,fibre sau filamente si matrice.Firele-corpuri cu lung relative f mari in rap cu dimens sectiunea lor.Fibre-fire f subtiri.Filamente - rezistenta mecanica exceptional de ridicata,caract lor mecanice fiind superioare celor coresp materialelor omoloage masive sua trase in fire sau fibre. Matricea - se spune ca este armata cu fire,fibre deoarece caract mecanice(resist la rupere si modulul de elasticitate)ale materialului de armare sunt substantial mai mari decat ale matricei.

Caract mecanice ale mat compozite sunt superioare celor ale matricei insa inferioare celor ale matricei de armare.Materialele compozite se disting prin densitate relative mica,rezistenta specifica >>decat rezistenta la sc,conductivitate termica de 3-10 ori mai mica decat a mat traditionale,resist mare la coroziune.Aceste mat rezulta din combinarea unor materiale cu propr complementare ;unul din materiale(sub forma de fire fibre sau filamente) are resist la rupede si modulul de elasticitate mare,pe cand celelalt are modulul de eleasticitate relative mic.Fibrele distribuite intro anumita maniera in matrice ,impreuna cu aceasta form un tot unitar care are caract imbunatatite in comparative cu cele ale fiecaruia dintre componentele materialului compozit.

Problema esentiala in obt unor caract mecanice ridicate a mat compozite este aceea a realizarii coresp a supraf fibrelor(prin tratamente corespunz)in scopul asigurarii unui contact corespunzator intre fibre si matrice care sa nu permita alunecarea fibrelor in raport cu matricea.

Matrcea se realizeaza fie din mat metalice(Al,Ni,Cu,Co,Tantal,Se,otel inalt aliat)fie din mat nemetalcie (mat plastice termorigide sau termoplastice).Dintre mat plastice termorigide se utilizeaza rasinile poliesterice,rasini epoxidice ,rasini fenolice,rasini melaminice etc.Mat de armare(fire,fibre,filamente) poate fi de regula Wolfram,Cr,Cu,Be,Mo,Mg,Ni,Fe.Fibrele metalice si de C se obnt cu structura cristalina : fibre de Fe-Cu,Cu-Fe-Cr.F ibrele de sticla sunt amorfe.Se poate depunde si pe fibre din Al,Mo,grafit,sticla.Se folosesc si mat de umplutura (mat inactive ca pulbere de azbest sau silicate,CaCO3),agenti de ingrasare.

Pt armare cel mai utilizat material a fost sticla care se foloseste sub forma de fibre continue(obt prin filare din topitura de sticla) fire(mai multe fibre unite intre ele prin intermediul unui agent de lipire; ele pot fi simple sau rasucite si unite in fir)

Fibrele de azbest.- si de iuta au fost utilizate numai la armarea mat plastice termorigide.Mat plastice sunt utlizate la armarea unor matrici tot din mat plastic.Fibrele de poliamida se utilizeaza la armarea poliesterilor.

Fibrele de carbon - se obtin din piroliza controlata in atmosfera inerta a unor mat organice ca fibre acrilometrice,celuloza ;sunt f subtiri si de aceea se unesc de obicei in fire cu d=0,15mm.Ele se fol pt mat compozite care trebe sa aiba stabilitatea termica mare

Filamente de bor - au pct de topire >(2037C),densit< (2360kg/m3),resist mecanica >(- r=2750MPa) si modul de elasticitate mare.Astfek in cazul armarii unei rasini epoxidice cu filamente de bor s-a obt un mat compozit cu resist la rupere la incovoiere - r,i=1800MPa.

Fibre metalice -au densitate mare ceea ce defavorizeaza raportul - r/- s al mat compozit.Se utilize pt armare sub forma de fire sau tesatura.Fibrele au d=1,5- m-0.2mm.

Mat ceramice (alumina,oxidul de Be,carbura de Si,nitrura de Si) sub forma de filamente si filamente de grafit -au cele mai mari rezistente la rupere.

Deformatia lenta in timp sau deformatia det de fluaj este la mat armate cu fibre de carburi cam jumatate din cea a aceluiasi mat insa armat cu fibre de sticla.Mat plastice armate cu fibre de sticla sua de C rezista mai bine la uzura decat matricea ,au val ale puterii specifice pw mai mari.