Metale și aliaje folosite în construcția de echipamente electrice

Notiuni Generale

Metalele tehnic pure sunt utilizate in practica datorita unor proprietati speciale, cum sunt conductibilitatea termica si electrica,rezistenta buna la coroziune, stabilitatea la temperaturi inalte, ca de pilda cuprul, aluminiul si argintul pentru conductibilitatea lor termica si electrica mari, staniul, molibdenul si wolframul pentru stabilitatea la temperaturi inalte. In practica cele mai multe metale sunt folositoare sub forma de aliaje, adica materiale metalice rezultate din topirea impreuna a unor metale cu metale sau metale cu nemetale(metaloide).

Pentru ca un aliaj sa posede proprietati metalice, este necesar sa predomine legatura metalica. Pentru ca prin topire sa rezulte un aliaj, elementele trebuie sa se dizolve complet in stare lichida, formand o topitura omogena care, prin solidificare, sa dea nastere unui material metalic omogen din punct de vedere macroscopic. La scara atomica, toate aliajele sunt eterogene, intrucat sunt alcatuite din cel putin doua feluri(specii) de atomi. Metalele (elementele) care alcatuiesc aliajul poarta numele de componenti, iar totalitatea aliajelor formate de catre aceiasi componenti, formeaza un sistem de aliaje.

Daca se considera sistemele fizico-chimice(corp sau ansamblu de corpuri) in interactiune, izolate imaginar de mediul inconjurator, ele pot fi: omogene-cu aceleasi caracteristici in toata masa- si eterogene- formate din parti omogene separabile prin procedee mecanice. Partile omogene ale unui sistem eterogen difera intre ele prin proprietatile lor fizico-chimice.

Clasificarea sistemelor de aliaje se face in functie de solubilitatea reciproca a componentilor in stare lichida si in stare solida. Dupa solubilitatea in stare lichida se disting trei grupe mari, si anume:

- sisteme de aliaje in care componentii sunt total sunt total solubili unul in altul in stare lichida;

- sisteme de aliaje in care componentii sunt partial solubili unul in altul in stare lichida;

- sisteme de aliaje in care componentii sunt total insolubili unul in altul in stare lichida.

In cazul cand componentii sunt total solubili in stare lichida, in stare solida pot fi: total solubili, partial solubili sau total insolubili.

Daca componentii sunt partial solubili in stare lichida, in stare solida pot fi: partial solubili sau total insolubili.

Cand componentii sunt total insolubili in stare lichida, in stare solida nu pot fi decat total insolubili.

Proprietati fizice ale aliajelor

Densitatea aliajelor este de cele mai multe ori intermediara intre densitatile metalelor constituente.

Dutitatea aliajelor este mai mare decat a metalelor pure care la compun. Astfel, otelurile(aliaje ale fierului cu carbonul ) au duritatea mult mai mare decat a fierului pur.

Un adaos de carbon si wolfram dubleaza duritatea fierului.

Marirea duritatii prin aliere este unul din motivele pentru care se elaboreaza aliajele.

Temperatura de topire este mai mica in cazul aliajelor, decat temperaturile de topire ale metalelor respective; proprietatea se foloseste in procesele de prelucrare la cald.

Conductibilitatea electrica a aliajului este mai mica decat conductibilitatea componentelor; pe aceasta proprietate se bazeaza obtinerea unor aliaje(nichel, constantan) cu rezistenta electrica mare, folosite in electrotehnica.

Rezistenta mecanica a metalelor creste prin aliere: de exemplu, alama, aliaj de cupru si zinc este de aproape doua ori mai rezistenta decat cuprul pur si de patru ori mai rezistenta decat zincul.

Rezistenta la coroziune se mareste daca metalele se aliaza; aliajele sunt rezistente la aztiunea agenntilor fizici si chimici din atmosfera.

Aliaje cu importanta industriala

Fonta este un aliaj al fierului cu carbonul in procent de 1,7-5% C.

Exista trei categorii de fonte:

- Fonta de turnatorie, in care carbonul este continut sub forma de grafit, are in compozitie siliciu, mangan si procente mici de fosfor si sulf. Este folosita pentru confectionarea de radiatoare, plite,calorifere etc.

- Fonta de afinare, care contine carbonul sub forma de cementina(Fe3C), are duritatea mai mare si constituie materia prima pentru prepararea otelurilor.

- Feroaliajele contin procente mai mari de mangan(feromangan), de crom(ferocrom), de molibden(feromolibden), de vanadiu(ferovanadiu)

Ele servesc la fabricarea otelurilor speciale.

Otelurile contin fier si un procent mai mic de carbon decat fontele(0.3-2%C); de asemenea, elementele siliciu, mangan, sulf si fosfor sunt in procente foarte reduse (urme).

Otelurile-carbon, aliaje ale fierului cu carbonul, care mai pot contine mangan, siliciu, sulf si fosfor, sunt intrebuintate in constructii mecanice si pentru unele piese metalice.

Otelurile speciale contin si alte metale care le imbunatatesc calitatile: nichel, crom, vanadiu, wolfram etc.

- Otelurile cu nichel sunt rezistente la solicitari mecanice si de aceea se utilizeaza in constructiile de masini.

- Otelurile cu crom au o duritate mare si se folosesc la fabricarea de unelte, bile, roti dintate, piese inoxidabile etc.

- Otelurile rapide care contin pe langa fier si carbon elemente ca: wolfram, crom, vanadiu, cobalt, mangan, siliciu sunt folosite la fabricarea cutitelor pentru masini aschietoare si a burghielor rezistente la viteze mari de taiere.

Alamele sunt aliaje ale cuprului cu zincul; ele se prelucreaza la strung, dar nu pot fi turnate. Se folosesc la confectionarea de ventile, piulite, inele, bucse etc.

Bronzurile sunt constituite din cupru si staniu; se pot turna foarte bine, sunt dure si rezistente. Din ele se confectioneaza lagare, armaturi speciale, table, sarme, statui etc.