Ingineria Materialelor

1. STRUCTURA SI PROPRIETATILE METALELOR. TRATAMENTELE TERMICE ALE METALELOR

INTRODUCERE

Studiul structurii materialelor metalice este impus de faptul ca aceasta determina în mod hotarâtor proprietatile si modul de comportare a materialelor în exploatare, respectiv domeniile de utilizare ale acestora. în tehnologia metalurgica moderna, pe baza cunoasterii temeinice a structurii, se pot obtine noi materiale metalice, cu caracteristici fizico-mecanice si chimice precise, impuse de utilizarea acestor materiale.

Cuvinte cheie: aliaj, retea cristalina, miscibilitate, curba solidus, curba lichidus, subracire, solidificare, tratament termic, supraîncalzire

1.1. STRUCTURA METALELOR. RETELE CRISTALINE CARACTERISTICE LA METALE

Atomii si moleculele pot forma, în functie de factorii interni, cum sunt natura si marimea fortelor de interactiune si externi (temperatura, presiunea, natura si intensitatea câmpurilor în care se afla), corpuri aflate în cinci stari de agregare: solida, lichida, gazoasa, plasma si materie hiperdensa neradiativa (black-holes = gauri negre). Corpurile în stare solida, dupa gradul de ordonare reciproca a particulelor elementare, pot fi întâlnite în trei stari structurale: amorfa, mezomorfa si cristalina.

Starea amorfa se caracterizeaza prin existenta unei distributii dezordonate a particulelor elementare (molecule, atomi, ioni), între care nu exista relatii de orientare, simetrie si periodicitate. Corpurile amorfe sunt izotrope (proprietatile lor sunt aceleasi în toate directiile).

Starea mezomorfa face tranzitie între starile amorfa si cristalina. în aceasta categorie intra asa numitele cristale lichide. Se cunosc mai multe tipuri de stari mezomorfe:

Starea nematica caracterizata prin existenta unei distributii regulate unidimensionale a unor particule alungite filiforme, aranjamentul particulelor elementare fiind aperiodic;

Starea colesterica, ce se caracterizeaza prin tendinta de realizare a unor agregate cu axe paralele unidimensionale, formate din particule alungite si spiriforme;

Starea smectica constituita prin dispunerea unor particule de forma tabulara în aranjamente cu fete tabulare paralele.

Starea cristalina este caracterizata prin distributia ordonata în spatiul tridimensional a particulelor elementare, dupa o anumita periodicitate. Acest aranjament regulat de particule elementare poate fi divizat în paralelipipede elementare în contact si egale între ele, care constituie cristale sau celule elementare. Laturile acestor celule elementare formeaza un sistem de drepte paralele în trei directii necoplanare (ortogonale sau nu). Ansamblul acestor paralelipipede formeaza o retea cristalina (fig. 1.1,a), ale caror noduri sunt punctele de intersectie ale laturilor paralelipipedelor.

Fig. 1.1 Structura unei retele cristaline: a) Divizarea retelei cristaline în paralelipipede elementare; b) Cristalul elementar si definirea parametrilor retelei cristaline.

Un sistem cristalin este definit prin parametrii cristalului elementar a, b, c si unghiurile a, b, g ale paralelipipedului elementar (fig. 1.1, b).

în functie de valoarea unghiurilor a, b, g si de relatiile între parametrii retelei a, b si c, retelele cristaline se împart în sapte sisteme cristalografice (cubic, hexagonal, romboedric, patratic sau tetragonal, rombic, monoclinic si triclinic).

Dimensiunile unui cristal elementar sunt extrem de mici, parametrii a, b si c având valori cuprinse între 2,3 si 6,5 Å (1Å = 1angström = 10-8 cm).

Metalele si aliajele metalice cristalizeaza într-un numar limitat de retele cristaline, dintre care importanta deosebita prezinta urmatoarele:

a)Reteaua cubica cu volum centrat - CVC - (fig. 1.2, a) este caracterizata prin prezenta a opt atomi în retea, asezati la distante egale, alcatuind în spatiu un cub, în centrul caruia se mai gaseste înca un atom, deci în total noua atomi. Deoarece fiecare cristal elementar se margineste în spatiu de alte opt cristale, fiecare atom din nodul retelei intervine în formarea unui cub cu 1/8. Ca atare o retea elementara contine în agregatul cristalin, numai: particule elementare. în reteaua CVC cristalizeaza 15 metale printre care: Na, K, Li, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fea. Majoritatea acestor metale au rezistenta mecanica ridicata si plasticitate moderata.

b) Reteaua cubica cu fete centrate - CFC - (fig. 1.2, b) dispune de particule elementare în nodurile retelei si de înca o particula în centrul fiecarei fete a cubului elementar (8 + 6 = 14 particule elementare). Fiecare atom din centrul celor sase fete ale cubului intervine în continutul retelei în proportie de 1/2, componenta totala a unei retele din agregatul cristalin fiind: particule elementare.