Materiale conductoare - proprietatile fizice ale materialelor si aliajelor

MATERIALE CONDUCTOARE - PROPRIETATILE FIZICE ALE MATERIALELOR SI ALIAJELOR

Materialele si aliajele lor sunt conductoare de ordinal I.Ele au conductivitate electronica, isi maresc rezistivitatea cu cresterea temperaturii si nu sufera modificari chimice cand sunt strabatute de curent electric. Electrolitii sunt conductoare de ordinal II. Ei au conductivitate ionica,si micsoreaza rezistivitatea cu cresterea temperaturii si sufera modificari chimice cand sunt strabatuti de current electric. In acest capitol sunt prezentate conductoarele de ordinal I ,metalele si aliajele lor.

● Metalele au insusiri specifice comune,care le deosebesc de celelalte 23 elemente nemetale.Acestea sunt: luciul metalic,ductilitate,maleabilitate,tenacitate,conductibilitate termica si electrica. Cu exceptia catorva metale pretioase (aur,platina),care se gasesc in scoarta pamantului in stare native ,restul metalelor se gasesc sub forma de combinatii chimice (oxizi,sulfati,carbonate,silicate etc.),numite minerale. Mineralele se gasesc in roci,impreuna cu care formeaza minereurile. Metalele se extrag din minereuri prin diferite procedee.

● Aliajele metalice sunt substante obtinute din contopirea intima a doua sau mai multe elemente chimice, dintre care cel putin unul, aflat in proportia cea mai mare in aliaj si numit component de baza,este un metal. Aliajele se obtin prin topirea elementelor componente.

1.PROPRIETATILE FIZICE ALE MATERIALELOR SI ALIAJELOR

● Luciul metalic este proprietatea metalelor si aliajelor de a reflecta razele de lumina care cad pe suprafete proaspat taiate. Luciul metallic se accentueaza prin lustruire mecanica,dar dispare in timp ca urmare a reactiilor de oxidare in atmosfera(fac exceptie metalele pretioase si aliajele inoxidabile). ● Densitatea este masa pe care o are unitatea de volum a corpului considerat : m d = ── . v Ea se exprima in kg/m³,care reprezinta densitatea unui corp cu volumul de 1 m³,a carui masa este de 1 kg. Densitatea se mai exprima in kg/dm³ si g/cm³. ● Fuzibilitatea este proprietatea metalelor de a trece din stare solida in stare lichida sub influienta caldurii (de a se topi). Temperatura la care are loc topirea metalului se numeste punct de topire . Temperatura se exprima in Kelvin sau in grade Celsius.Unitatea de masura “gradul Celsius”(cu simbolul °C) este egala cu unitatea de masura “Kelvin” (cu simbolul K). Legatura dintre temperatura T exprimata in kelvin si temperature t exprimata in grade Celsius este: t[°C] = T[K] – 273,16 K. (2.1)

● Dilatarea termica reprezinta modificarea dimensiunii metalelor si aliajelor cand sunt incalzite. Dilatarea liniara (in lungime)se caracterizeaza prin coeficientul de dilatare liniara.Coeficientul de dilatare liniara arata cu cat creste in lungime un centimetru dintr-un corp ,cand temperatura creste cu unitatea de temperatura.El se noteaza cu ά si se exprima in1 sau in 1 ── ─. °C K Coeficientul α are pentru metale valori de ordinal 10ˉ5…10ˉб °Cˉ1 sau 10ˉ5…10ˉб Kˉ¹. Dilatarea in volum este proportionala cu coeficientul de dilatare in volum ,care este de trei ori mai mare decat cel de dilatare liniara (β = 3ά). ●Conductibilitatea termica este proprietatea metalelor de a transmite caldura. Marimea care caracterizeaza conductibilitatea termina se numeste conductivitate termica si reprezinta conductibilitatea termica a unui corp omogen si izotrop in care o variatie de temperatura termodinamica de 1 K produce un flux termic de 1W intre doua plane paralele care au ,fiecare;aria de 1 m² si sunt situate la distanta de 1 m unul de celalalt. Conductivitatea termica se noteaza cu λ si se exprima in watt pe metru∙kelvin (W/m∙K) sau in calorie pe secunda ∙centimetru∙grad Celsius (cal/s∙cm∙°C). Evident ca aceeasi conductivitate termica are valoare numerica diferita daca este exprimata in W/m∙K sau in cal/s∙cm∙°C Metalele cu cea mai mare conductivitate termica sunt : argintul, cuprul, aurul. Aliajele au in general conductivitatea termica mai mica decat cea a metalelor componente.

● Conductibilitatea electrica este proprietatea metalelor si aliajelor de a conduce curentul electric. Marimea care caracterizeaza aceasta proprietate se numeste conductivitate electrica. Ea este inversul rezistivitatii electrice ,se noteaza cu γ si se exprima in 1 1 m ── ,── , ── . ΩmΩcmΩmm² Se reaminteste ca rezistivitatea electrica a metalelor si aliajelor creste cu cresterea temperaturii,deci conductivitatea electrica scade cu cresterea temperaturii. Argintul este metalul cu conductivitatea electrica cea mai mare . Aliajele au conductivitati electrice mai mici decat ale metalelor componente. B.CARACTERISTICILE MECANICE ALE METALELOR SIALIAJELOR Caracteristicile mecanice sunt proprietatile care reflecta comportarea metalelor si aliajelor la actiunea fortelor mecanice exterioare la care sunt supuse.

●Elasticitatea este proprietatea corpurilor de a-si schimba forma sub actiunea unor forte exterioare,relative micisi de a reveni la forma initiala de indata ce fortele exterioare nu mai actioneaza .

●Plasticitatea este proprietatea corpurilor de a-si schimba forma sub actiunea unor forte exterioare,relative mari ,si de a ramane deformate permanent si dup ace fortele exterioate nu mai actioneaza. Pentru acelasi material , forta care il deformeaza plastic este mai mare decat forta care il deformeaza elastic.

●Duritatea este proprietatea metalelor si a aliajelor de a se opune patrunderii in masa lor a altor corpuri solide, care tind sa le deformeze suprafata . Cea mai raspandita metoda de determinare a duritatii este metoda Brinell.Aceasta metoda consta in apasarea unei bile de otel cu diametrul D (care poate fi 2,5 ; 5 sau 10 mm) cu forta F (cuprinsa de obicei intre 62,5 si 3 000 daN ) pe suprafata probei.Durata apasarii este de obicei 15 s .Dupa indepartarea bilei , pe suprafata piesei ramane o amprenta de forma unei calote sferice de diametru d.care se masoara cu ajutorul unei lupe gradate . cifra de duritate H B se calculeaza in functie de diametrul bilei D,de forta F si de diametrul d al amprentei ,cu relatia : F HB = ── daN/mm² , (2.2) S in care Feste forta aplicata ,in daN,iar S este aria,im mm²,a calotei de diametru d: пD²пD S = ── − ── √¯¯¯¯ 2 2 D² -d² (2.3) Cifra de durabilitate in functie de diametrul d al aclotei , poate fi luata si din tabele special intocmite ,publicate in literature de specialitate. Exista si alte metode pentru determinarea duritatii,ca : metoda Rockwell si metoda Vickers,descries in literatura de specialitate.

● Rezilienta este proprietatea metalelor si a aliajelor de a rezista la socuri (solicitari aplicate brusc) .Ea reprezinta raportul dintre energia necesara ruperii piesei si sectiunea transversala a piesei. Rezilienta se exprima in decajoule pe centimetru patrat (daJ/cm²).Ea se determina experimental cu ajutorul pendulului de rezistenta. Rezilienta materialelor metalice este mult influentata de temperatura.Prin scaderea temperaturii,rezilienta poate scadea brusc. In functie de rezilienta metalele si aliajele lor se impart in fragile (cele care se sparg la socuri mici) si tenace cele care rezista la socuri puternice).

● Rezistenta mecanica este proprietatea metalelor si aliajelor de a se opune actiunii fortelor exterioare care tind sa le deformeze sau sa le distruga . Fortele exterioare pot determina urmatoarele solicitari simple ale corourilor : - intindere - compresiune - forfecare - incovoiere - rasucire In practica corpurile sunt supuse la solicitari compuse (simultan la mai multe solicitari simple). Pentru dimensionarea pieselor confectionate din materiale metalice, supuse la anumite forte exterioare ,este necesar sa se cunoasca fortele care actioneaza ,precum si rezistenta specifica a materialului . Rezistenta specifica la intindere sau compresiune a materialului reprezinta raportul dintre forta exterioara F,masurata in newtoni sau deca newtoni,si S aria sectiunii piesei,masurata in mm².Ea se noteaza cu σ F σ = ─ S Rezilientele specifice se determina pe baza incercarilor de rezistenta si a calculelor,pentru fiecare material in parte si pentru fiecare tip de solicitare.

●Rezistenta la oboseala este proprietatea metalelor de a rezista la solicitari alternative. O piesa metalica poate sa suporte fara sa se rupa o forta aplicata lent si o singura data,dar se poate rupe cand forta de aceeasi valoare revine la un anumit numar de ori.Fenomenul se numeste oboseala .Rezulta ca rezistenta la oboseala a unui material metalic este mai mica decat rezistenta sa la solicitare statica. Rezistenta la oboseala se determina la materialele destinate realizarii de piese care functioneaza timp indelungat la sarcini variabile repetate.

C.CARACTERISTICILE TEHNOLOGICE ALE MATERIALELOR SI ALIAJELOR Caracteristicile tehnologice sunt proprietatile care stabilesc modul in care materialele si aliajele pot fi prelucrate prin diverse procedee tehnologice.

●Capacitatea de turnare a unui metal sau aliaj este proprietatea de a putea fi turnat in forme , pentru a se obtine piese turnate de forme variate. Aceasta capacitate este dependenta de fuzibilitatea si fluiditatea materialului.Cu cat un material este mai fuzibil (se topeste le temperatura mai joasa)si cu cat are fluiditatea mai mare , adica in stare topita sa umple golurile cele mai inguste ale formelor de turnare ,materialul are capacitate de turnare mai mare.

● Forjabilitatea este proprietatea metalelor si aliajelor de a putea fi deformate plastic fara fisurare ,la cald sau la rece,prin lovire sau presare. Forjabilitatea se determina prin incercarea de refulare. Aceasta incercare consta in turirea ,prin presare lenta sau prin lovire ,a unei probe de forma cilindrica cu inaltimea h0 si diametrul d0 pana la o inaltime h1 si un diametru d1 .Proba refulata trebuie san u prezinte crapaturi sau fisuri. Forjabilitatea este cu atat mai buna cu cat diferenta h0 –h1 pana la aparaitia fisurilor exterioare ,este mai mare.

● Maleabilitatea este proprietatea metalelor si aliajelor de a putea fi prelucrate in foi subtiri. Cel mai maleabil metal este aurul,dupa care urmeaza argintul ,plumbul,staniul.

● Ductilitatea este proprietatea pe care o au metalele si aliajele de a putea fi trase (trefilate) in foi subtiri. Materialele care sunt maleabile sunt si ductibile. Forjabilitatea,maleabilitatea si ductilitatea sunt caracteristici care depend direct de plasticitatea materialului.

● Sudabilitatea este proprietatea metalelor si aliajelor de a permite imbinare prin incalzire pana la topire,cu sau fara adios de metal.

● Prelucrabilitatea este proprietatea metalelor si aliajelor de a putea fi prelucrate prin aschiere (strunjire ,gaurire,frezare,rabotoare etc.).