Elemente de inginerie mecanică

Capitolul I - Oteluri

Fierul este un metal de culoare gri-argintie,cu un punct de topire ridicat si o larga raspandire in natura,sub forma de combinatii chimice.Este ultimul element care poate fi produs prin fuziune nucleara in nucleele stelelor(dar doar in cele cu masa mai mare de 5 mase solare), si deci cel mai greu element a carui formare nu necesita un eveniment cataclismic de tipul unei supernove.

Fierul este un metal utilizat atât în stare pură cât și sub formă de

aliaje metalice; este un element metalic, care face parte din grupa a VIII-a

a sistemului periodic, are numărul atomic Z=26, masa atomică 55,847,

coeficientul de dilatare termică α=11,7⋅10-6 grad-1, densitatea ρ=7,86

kg/dm3, putînd avea valențele 2, 3 și 6.

Fierul tehnic are proprietăți de rezistență scăzute (Rm=200 N/mm2); Rc=100 N/mm2; HB=80 daN/mm2), proprietăți elastice ridicate (A5=50%; Z=80%; KCU=25 daJ/cm2), permeabilitate magnetică mare,forță coercitivă și conductivitate electrică mici, pierderi mici prin histerezis magnetic [3] [14] [15] [16] [22] [24] [28].

Fierul se topește la 1538°C, fierbe la 2880°C și prezintă la presiune normală două stări alotropice:

- fierul alfa (Feα) cristalizat în rețea cub cu volum centrat, stabil în domeniul de temperatură de 1538...1394°C (când se mai cunoaște și sub denumirea de fier delta - Feδ) și sub temperatura de 912°C- fierul gama (Feγ) cristalizat în rețea cub cu fețe centrate, stabil în intervalul termic 912...1394°C.

La presiuni mai mari de 150 kbari, la temperatura ambiantă, fierul mai prezintă o stare alotropică (Feε), cristalizat în rețea hexagonal compactă.

La presiuni mai mari de 150 kbari, la temperatura ambiantă, fierul mai prezintă o stare alotropică (Feε), cristalizat în rețea hexagonal compactă.

Fierul prezintă o transformare magnetică la temperatura de 770°C

(punct Curie), când trece reversibil din feromagnetic în paramagnetic în

procesul de încălzire, respectiv cel de răcire. Transformările alotropice și caracteristicile cristalografice ale fierului sunt prezentate în tabelul 1.1.

Tabelul 1.1

Stabilitatea la diferite temperaturi a celor două forme alotropice ale fierului Feα (CVC) și Feγ (CFC) la diferite temperaturi, se poate explica urmărindu-se variația cu temperatura a energiei libere a acestora(fig.1.1)

Figura 1.1

Variația cu temperatura a energiei libere a formelor alotropice ale fierului [3]

Se observă din figură că de la 0°C la 912°C este stabil Feα,deoarece el are energia liberă minimă în acest interval de temperaturi; între 912 și 1394°C este stabil Feγ, iar între 1394 și 1538°C este stabil Feδ numit și Feα de temperaturi înalte.Existența diverselor stări alotropice în funcție de temperatură și presiune rezultă din fig.1.2.

Fig. 1.2. Influența presiunii și a temperaturii asupra polimorfismului fierului [3]

Se observă că la mărirea presiunii scade temperatura de transformare reversibilă a Feγ↔Feα și a Feα↔Feε.În stare pură, fierul are domenii limitate de utilizare. Datorită capacității mari de deformare plastică, fierul tehnic pur este folosit pentru obținerea unor produse prin ambutisare adâncă. Proprietățile sale fizice,permeabilitatea magnetică mare și pierderile mici prin histerezis fac să fie utilizat în electrotehnică la confecționarea miezurilor și pieselor polare ale electromagneților, la ecrane magnetice, membrane telefonice etc. Fierul pur se fofosește drept catalizator al unor procese chimice, precum și pentru fabricarea unor preparate medicinale.

Cea mai largă utilizare o au însă aliajele pe bază de fier reprezentate

prin oțeluri carbon, fonte, oțeluri și fonte aliate etc.-în care cel mai important element de aliere al fierului este carbonul; introdus în cantități mici, acesta modifică radical proprietățile fizico-mecanice și tehnologice ale fierului.

Aliajele fier-carbon sunt aliaje complexe, care pe lângă elementele

pricipale fierul și carbonul, mai conțin sub formă de impurități și alte

elemente chimice: Mn, Si, P, S, O, H, N, B, etc, care provin din procesul

de elaborare și care influențează puternic proprietățile de bază ale fierului.

1.Stanescu Gheorghe - Utilaj chimic si petrochimic(Volumul I si II);Editura Dobrogea,2007.

2.Nicolae V. - Utilaje statice,petrochimice si de rafinarie;Editura Universitatii Ploiesti,2007.

3.Pavel Alexandru - Inginerie mecanica in petrochimie;Editura Universitatii din Ploiesti,2001

4.Alamoreanu E. - Indrumar de calcul pentru inginerie mecanica;Editura didactica si pedagogica Bucuresti,1992.

5.Palfalvi A. - Tehnologia materialelor;Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti,1985.

6.Jinescu V. - Calculul aparatelor de tip coloana;Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti,1985.

7.Pavel Alexandru - Elemente de inginerie mecanica litografiat Ploiesti,IPG,1977.

8.Bunea D. - Studiul si Ingineria Materialelor;Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti,1995.

9. Aloman A. - Diagrame de echilibru fazic in Stiinta materialelor metalice si semiconductoare;Institutul Politehnic Bucuresti,1993.

10.Nocivi A.