Teoria Solidificării Metalelor

1. Consideraþii teoretice

Prin fluiditate înþelegem capacitatea de curgere a metalului sau a aliajului lichid ºi de umplere corectã

a formei, cu redarea celor mai fine detalii ale configuraþiei cavitãþii propriu-zise. Ea prezintã importanþã

deosebitã ºi sub alte aspecte decât acelea de a umple forma. O fluiditate ridicatã uºureazã ieºirea la suprafaþa

bãii metalice a aerului ºi gazelor antrenate de jetul de metal lichid la turnare obþinându-se astfel piese lipsite

de incluziuni gazoase (sufluri) sau incluziuni de zgurã ori nisip erodat din pereþii formei. Totodatã, aliajele

cu fluiditate ridicatã se solidificã cu o structurã compactã ºi o retasurã concentratã (gol de solidificare), care

poate fi uºor îndepãrtatã prin maselotare sau reumplere chiar în timpul solidificãrii. Aliajele cu fluiditate

redusã au tendinþa de a forma structuri puþin dense (rare), cu retasuri dispersate în masa aliajului (pori), mai

greu de îndepãrtat cu mijloace obiºnuite.

Fluiditatea definitã în sensul de curgere uºoarã ºi umplere corectã a formei, depinde de urmãtorii

factori:

-proprietãþile intrinseci ale aliajului: viscozitate, tensiune superficialã, conductivitate termicã, cãldurã

ºi greutate specificã a aliajului, interval de solidificare, cãldurã latentã de solidificare, grad de impurificare,

tendinþã de oxidare, compoziþia chimicã;

-proprietãþile formei de turnare: conductivitatea materialului formei, coeficientul de difuzivitate

termicã, calitatea suprafeþelor în contact cu aliajul turnat, temperatura iniþialã a formei;

-tehnologia de turnare: dimensiunile ºi tipul reþelei de turnare, temperatura de supraîncãlzire ºi cea de

turnare, presiunea hidrostaticã, eventual presiunea exterioarã aplicatã la turnare, (care determinã viteza de

umplere a formei).

a. Influenþa proprietãþilor aliajului asupra fluiditãþii.

Dintre proprietãþile mai sus enunþate, influenþa cea mai mare o are viscozitatea. Putem acþiona asupra

vâscozitãþii, pentru scãderea ei, atât prin ridicarea temperaturii de încãlzire a aliajului topit, cât ºi prin

modificarea compoziþiei sale chimice.

Ridicarea temperaturii este un mijloc relativ simplu de care turnãtorul poate dispune întotdeauna, dar

schimbarea compoziþiei chimice în scopul obþinerii unei fluiditãþi ridicate influenþeazã în majoritatea

cazurilor negativ structura ºi proprietãþile mecanice astfel cã obþinerea unei piese bine turnate nu mai este

posibilã în acest caz. Numai dacã proprietãþile mecanice joacã un rol secundar ºi se toarnã piese cu pereþi

subþiri (2-10 mm) se poate acþiona asupra compoziþiei chimice a aliajului pentru mãrirea corespunzãtoare a

fluiditãþii.

În general, pentru a asigura fluiditatea necesarã, aliajul lichid se supraîncãlzeºte cu 50-100°C deasupra

liniei lichidus. În timpul transportului, la curgerea prin reþeaua de turnare ºi prin cavitatea formei,

temperatura aliajului scade ºi viscozitatea lui creºte micºorând fluiditatea. Aliajul nu-ºi pierde complet

fluiditatea când temperatura lui coboarã pânã la linia lichidus, ci pãstreazã proprietatea tehnologicã de

curgere ºi dupã apariþia fazei solide, sub formã de cristale ce plutesc în masa lichidã, sau sub formã de

cristale aderente la pereþii formei. Fluiditatea dispare complet atunci când faza solidã ajunge sã reprezinte un

procent mai ridicat din greutatea aliajului (20% la oþeluri sau 30% la fonte), deci la o temperaturã situatã sub

linia lichidus.

La un sistem de aliaje cu doi sau mai mulþi componenþi, definim linia temperaturilor de fluiditate nulã

ori fluiditatea zero totalitatea punctelor de temperaturã pentru care fluiditatea este nulã la fiecare aliaj din

sistem. Aceastã linie este cuprinsã între linia lichidus ºi solidus (Figura nr.1.1).

Dupã modul de supraîncãlzire a aliajelor în scopul obþinerii unei fluiditãþi cât mai bune pentru turnare,

deosebim urmãtoarele trei tipuri de fluiditãþi: realã (a), practicã (b) ºi teoreticã (c), Figura nr.1.1.

Prin fluiditate realã se înþelege acea fluiditate care s-a determinat la o temperaturã constantã deasupra

fluiditãþii nule ºi în acest caz se obþin diferite valori ale temperaturii de turnare, Figura nr.1.1a.

Prin fluiditate practicã se înþelege acea fluiditate care se determinã la o temperaturã de turnare

constantã, deci se pot obþine diferite supraîncãlziri deasupra temperaturii fluiditãþii nule, Figura nr.1.1b.

Prin fluiditate teoreticã se înþelege acea fluiditate care se obþine prin supraîncãlzirea aliajului cu acelaºi

numãr de grade deasupra liniei lichidus, Figura nr.1.1.c.

În practicã linia de fluiditate nulã este foarte greu de stabilit ºi de aceea de multe ori se foloseºte linia

de fluiditate teoreticã.

Figura nr, 1.1. Fluiditatea

aliajelor: a-realã; b-practicã; cteoreticã.

În afarã de temperaturã, un alt factor cu o influenþã hotãrâtoare asupra fluiditãþii este intervalul de

solidificare. Aliajul cu interval mare de solidificare are fluiditate micã, pe când cel cu interval mic de

solidificare are o fluiditate ridicatã. Cea mai mare fluiditate o au aliajele eutectice ºi metalele pure, Figura

nr.1.2.

În cazul metalelor pure ºi aliajelor eutectice, care se solidificã la temperaturã constantã, cristalele au

aceleaºi dimensiuni în toate direcþiile (cristale echiaxiale), dar la aliajele care se solidificã într-un interval de

temperaturã, cristalele cresc de preferinþã într-o anumitã direcþie (cristale dendritice). În primul caz, faza

solidã pluteºte sub formã de suspensii fãrã legãturã în faza lichidã, iar dacã cristalele aderã la pereþii formei,

lasã la interior un canal cu pereþii aproape netezi, Figura nr.1.3.a, în timp ce cristalele dendritice ajung uºor

în contact unele cu altele, formând o fazã solidã continuã, iar dacã aderã la pereþi lasã în interior un canal cu

pereþi rugoºi, cu unele cristale dezvoltate mult spre axul secþiunii piesei, frânând capacitatea de curgere,

Figura nr. 1.3b.

Fluiditatea mai redusã a aliajelor cu interval mare de solidificare poate fi compensatã la turnare printro

supraîncãlzire mai mare deasupra liniei lichidus.