1. CURS 7 CURS DE MATERIALE - I BODEA MARIUS Sistemul de aliaje Fe-C
UNIVERSITATEA TEHNICĂ
DIN CLUJ NAPOCA
FACULTATEA DE INGINERIA
MATERIALELOR SI A MEDIULUI
BODEA MARIUS
CURS DE MATERIALE - I
CURS 7
Sistemul de aliaje Fe-C
Clasificare. Simbolizare

2. PZT, or lead zirconate titanate (Pb[Zr(x)Ti(1-x)]O3), is one of the world’s most widely used piezoelectric ceramic materials.
If a piezoelectric material is deformed, an electric charge is generated in what is known as the piezoelectric effect. If an electric field is applied to a piezoelectric material, deformation occurs in what is known as the inverse piezoelectric effect.

3. Sistem metastabil Fe-Fe3C Sistem stabil Fe-Grafit
În funcţie de viteza de răcire şi compoziţia chimică, sistemul de aliaje Fe-C poate cristaliza după sistemul stabil Fe-Grafit sau după cel metastabil Fe-Fe3C.
Sistem metastabil Fe-Fe3C
Componenţii sistemului sunt fierul şi cementita (Fe3C).
Viteza mare de răcire.
Prezenţa elementelor carburigene (Mn, Cr, V, Mo) favorizează transformările de tip metastabil
Sistem stabil Fe-Grafit
Componenţii sistemului sunt fierul şi grafitul (carbonul).
Viteza mică de răcire.
Prezenţa elementelor grafitizante (Si, Al, Ni) favorizează separarea carbonului sub formă de grafit.
Grafitul este o formă alotropică a carbonului cu structură cristalină hexagonală. Temperatura de topire este de cca. ~ 3.850C. Grafitul ca şi diamantul, la presiune normală sublimează. Grafitul este moale, lipsit de rezistenţă, prezenţa sa într-o matrice metalică produce o întrerupere a continuităţii acesteia, generând efect specific de crestare. Grafitul este rezistent la şoc termic, cu conductivitatea termică şi electrică foarte bună.
Structură cristalină diamant, grafit

4. NANOTUBURI DE CARBON (NCT)
Nanotuburile de carbon sunt extrem de rezistente şi foarte flexibile. Au proprietăţi mecanice şi electrice foarte bune, iar domeniul lor de aplicaţii este nelimitat. De ex. se pot realiza display-uri flexibile care se pot deforma şi integra în articole de îmbrăcăminte.
NCT vor revoluţiona industria electronică, înlocuind tranzistorii pe bază de Si în chip-uri, care se apropie de limita performanţei fizice a acestor semiconductori (dimensiuni, disiparea căldurii, efecte cuantice).

5. NANOTUBURI DE CARBON
The commercialization of polymer nanocomposites started in 1991 when Toyota Motor Co. first introduced nylon-6/clay nanocomposites in the market to produce timing belt covers as a part of the engine for their Toyota Camry cars, in collaboration with Ube industries in At about the same period, Unitika Co. of Japan introduced nylon-6 nanocomposite for engine covers on Mitsubishi GDI engines3 manufactured by injection moulding, the product is said to offer a 20% weight reduction and excellent surface finish.

6. NANOTUBURI DE CARBON
A team at Technical University in Dresden, Germany had discovered the tiny nanowires and nanotubes in a 17th blade using an electron microscope.
Using high-resolution electron microscopy, we have found in a sample of Damascus sabres from the 17th century both cementite nanowires and carbon nanotubes. These might be the missing link between the banding and ancient recipes to make that ultrahigh carbon steel.
Most nanowires were made of cementite, a very hard iron-based mineral. New research has found that carbon nanotubes wrap many cementite nanowires confering them protection. "These nanotube-nanowire bundles may give the swords their special properties

7. DIAMANTUL
Fiecare atom de carbon formează o legătură covalentă cu alţi 4 atomi de carbon (partajează un electron cu alt atom de carbon).
Se formează astfel o reţea spaţială cristalină prin repetarea unui tetraedru în spaţiul 3D.
Proprietăţi fizice diamant:
Punct de topire foarte înalt (4000C).
Sublimează la presiuni obişnuite.
Foarte dur.
Nu conduce curentul (electronii sunt puternic legaţi prin legătura covalentă).
Structură cristalină diamant

9. DIAGRAMA FIER-CARBON
Ferita Fe(C), stabilă de la temperatura ambiantă până la 912 C. Cristalizează în sistemul cubic cu volum centrat, are un conţinut maxim de C de 0,02 % C la 727C şi de 0,06 % C la temperatura ambiantă. Ferita este un constituent moale, având plasticitate şi alungire ridicată. Apare la microscop sub forma unor graunţi poliedrici de culoare deschisă.
Austenita A=Fe (C), stabilă de la temperatura de 727C până la 1495C. Cristalizează în sistemul cubic cu feţe centrate şi are un conţinut de C de 0,77% la 727C şi de 2,11% C la 1148C.

10. Cementita Ce=Fe3C, conţine 6,67% C este un constituent dur şi fragil (compus chimic) care cristalizează într-un sistem complex rombic cu 8 atomi de Fe şi 4 atomi de C. Cementita se descompune în jurul temperaturii de 1300C.

12. Oteluri hipoeutectoide
Faze
Ferita = solutie solida Feα(C) – c.v.c.; max %C; (~80 – 90 HB, Rm≈250 – 300 MPa, A≈25 – 40 %);
Austenita = solutie solida Feγ(C) – c.f.c. (ductilitate mare): max. 2.11%C, in aliajele binare nu apare la temperatura ambianta;
Carburi = Cementita = compus chimic Fe3C are 6.67% C; duritate mare (>700 HB), fragilitate; Retea ortorombica; ttop=1227˚C; tCurie = 213˚C
Constituenti eterogeni
Perlita
Ledeburita

13. PERLITA
1. Perlita grosolana: lamelara (echilibru), globulara (recoacere de globulizare)
180 – 220 HB, A max.=12%, Rm = 700 – 800 MPa; tenacitate mai mare la perlita globulara
2. Perlita sorbitica: lamelara fina, obtinuta prin racirea austenitei
max.280 HB, Rm peste 800 MPa
Sorbita: structura lamelara fina, orientata; obtinuta din martensita, prin incalzire
Rm peste 850 MPa, raport optim rezistenta / tenacitate
3. Troostita: lamelara, foarte fina
~ 400 HB, rezistenta maxima a perlitelor (Rm>900 MPa)
Perlita P=p+Fe3C este un amestec mecanic, respectiv eutectoidul aliajelor binare Fe-C, conţine 0,77% C şi se formează prin descompunerea austenitei la temperatură constantă (727C).

14. Oteluri hipereutectoide

16. Punctele critice ale diagramei Fe-Fe3C
Linia
Temperatura
Semnificaţie (la răcire) A0
210C
Transformarea magnetică a Fe3C (este paramagnetică peste 210C) A1
PSK
727C
Temperatura de transformare eutectoidă, S → P + Fe3CK A2
MOSK C
Transformarea magnetică a feritei  (paramagnetică peste A2) A3
GOSK C
Transformarea austenitei în ferită A4 NH C
Transformarea alotropică a Fe în Fe
Acem ES C
Separarea de cementită secundară din austenită

17. Microstructura otelurilor

18. Influenţa elementelor de aliere în oţeluri

19. Elemente însoţitoare în oţeluri
INCLUZIUNI NEMETALICE
ENDOGENE
EXOGENE
Iau naştere în baia metalică (provin din topitură):
Oxizii (duri, fragili)
Sulfurile (incluziuni plastice)
Silicaţii
Origine străină de topitură (provin din zgură, materiale refractare).
ALIAJE
Trefilare Tragere
Forme metalice
Modele fuzibile
Laminare
Nisip
Continua
Forjare
Extrudare
DEFORMABILE
DE TURNATORIE

20. Elemente însoţitoare în oţeluri
Incluziuni nemetalice în ferită sub formă de benzi alungite în direcţia de laminare. După normalizare grăunţii de ferită au căpătat o formă echiaxială, în vreme ce incluziunile nemetalice au rămas alungite.

22. DE UZ GENERAL DE CALITATE SPECIALE DE CALITATE SPECIALE
Clasificarea oțelurilor . CLASE DE CALITATE
NEALIATE
DE UZ GENERAL
Oţeluri elaborate prin procedee obişnuite, fără tehnologii speciale de fabricaţie:
nu necesită TT;
caracteristici prescrise mecanice conţinut limitat: C, P, S;
nu se impun condiţii particulare pentru nici un element de aliere, cu excepţia Mn, Si.
DE CALITATE
Oţeluri pentru care nu au fost prescripţii:
pentru comportamentul la TT
pentru incluziuni nemetalice;
elaborate mai îngrijit ca la „A”;
valorile referitoare la calitate mai ridicate.
SPECIALE
Oţeluri elaborate îngrijit, cu prescripţii pentru:
puritate superioară;
conţinut incluziuni redus;
comportament precizat la TT.
ALIATE
DE CALITATE
Oţeluri cu caracteristici prescrise, realizate prin adaos de elemente de aliere; nu sunt destinate TT.
Ex: cu granulaţie fină, sudabile; pt. electrotehnică; pt. şine de cale ferată; pentru deformări severe la rece, etc.
SPECIALE
Elaborate în condiţii speciale de fabricaţie si control; având caract.superioare fizico-mecanice, datorită compoziţiei chimice garantate.
Ex: inoxidabile, refractare, pt. rulmenţi, scule, cu proprietăţi fizico-chimice speciale, etc.

23. SIMBOLIZAREA OȚELURILOR (STANDARDE SR, EN, ISO)
EN şi EN-10027
Z15 gâtuire min.15%
Z25 gâtuire min.25%
Z35 gâtuire min.35%
Cerinţe speciale
Grupa OŢEL
S oţel structural
XXX limita de curgere min. MPa
Caracteristici mecanice
S235 şi S275 se pot livra în calităţile: JR, J0 şi J2
S355 se poate livra în calităţile: JR, J0, J2 şi K2
S450 se livrează în calitatea J0
S 355 J2 M + Z15 conform EN
Caracteristici mecanice
M laminat termomecanic
N laminare normalizanta
AR brut laminat
Starea de livrare
min.27J min.40J Temp.°C
JR KR 20
J0 K0 0
J2 K2 -20

24. SIMBOLURILE SUPLIMENTARE
SIMBOLIZAREA OȚELURILOR (STANDARDE SR, EN, ISO)
SIMBOLURI PRINCIPALE
G – Oţeluri Turnate
S – Oţeluri Structurale pentru Construcţii
P – Oţeluri pentru Recipiente sub Presiune
L – Oţeluri pentru Ţevi,
E – Oţeluri pentru Construcţii Mecanice
B – Oţeluri pentru Armarea Betonului;
Y – Oţeluri pentru Beton Precomprimat;
R – Sine de Cale Ferată
D - Oţeluri pentru Deformări Plastice la Rece
M – Oţeluri pentru Electrotehnică
G – Steel Castings
S – Structural Steels
P – Pressure Vessel Steels
L – Linepipe Steels
E – Engineering Steels
B – Steels for Reinforcing Concrete
Y – Steels for Prestressing Concrete
R – Steels for Rails
D – Steels for Cold Forming
M – Electrical Steels
SIMBOLURILE SUPLIMENTARE
H – secţiuni tubulare
L – rezistent la temperaturi joase (energia consumată la impact specificată la - 50°C)
M – laminat termomecanic (laminare controlată)
N – laminare normalizantă (procesul final de laminare se efectuează într-un interval de temperaturi care conduce la o stare a materialului echivalentă cu cea obţinută după normalizare)
Ex: S355 ML (laminat termomecanic M si rezistent la temperaturi joase L)

25. S 355 ML SIMBOLURI SUPLIMENTARE
SIMBOLIZAREA OȚELURILOR (STANDARDE SR, EN, ISO)
SIMBOLURI SUPLIMENTARE
Simbolurile suplimentare :
C – formare la rece specială;
D – acoperire la cald;
E – are;
F – piese forjate;
H – secţiuni tubulare;
L – rezistente la temperatură joasă,
(energia consumată la impact specificată la - 50°C);
M – laminare termo-mecanică;
N – normalizare sau laminare normalizantă;
(procesul final de laminare se efectuează într-un interval de temperaturi care conduce la o stare a materialului echiv. cu cea obţinută după normalizare)
P – palplanşă;
Q – călire şi revenire;
S – construcţii navale;
T – ţevi;
W – rezistent la intemperii
Exemplu:
S 355 ML

26. Concentraţia de carbon exprimată în sutimi de procent
SIMBOLIZAREA OȚELURILOR (STANDARDE SR, EN, ISO)
EN :2006
Oţeluri nealiate care au: Mn  1%
Oţeluri aliate (excepţie cele rapide) unde elementele de aliere luate individual < 5%
Grupa OŢEL slab aliat
Concentraţia de carbon exprimată în sutimi de procent
C= 0,13%
Exemple:
Simbol oţel
Standard
Compoziţie (concentraţii medii)
13CrMo4-5 EN
C=0,13%; Cr=1%; Mo=0,5%
24CrMo13-6 EN
C=0,24%; Cr=3,25%; Mo=0,6%
41CrAlMo7-10
C=0,41%; Cr=1,7%; Al=1%
13CrMo4-5
Element
Factor
Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4
Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr 10
Ce, N, P, S
100 B
1000
Elemente de aliere
Concentraţia medie a elementelor de aliere multiplicate cu factorii din tabelul alăturat

27. X10CrNi18-8 EN-10027-1:2006 Exemple: Prefixul
SIMBOLIZAREA OȚELURILOR (STANDARDE SR, EN, ISO)
EN :2006
Oţeluri înalt aliate (cu excepţia celor rapide) unde cel puţin concentraţia medie a unui element este  5%
Grupa OŢELURI ÎNALT ALIATE
Concentraţia de carbon exprimată în sutimi de procent
C= 0,10%
Exemple:
Simbol oţel
Standard
Compoziţie (concentraţii medii)
X10CrNi18-8 EN
C=0.1%; Cr=18%; Ni=8%
X6CrMoNb17-1
C=0.06%; Cr=17%; Mo=1%
X100CrMoV5
EN ISO 4957
C=1%; Cr=5%
X10CrNi18-8
Prefixul
G – este pentru oţeluri turnate
PM – oţeluri obţinute prin metalurgia pulberilor
Exemplu:
GX10CrNi18-8
Elemente de aliere
Concentraţia medie a elementelor de aliere

28. Exemplu simbolizare oţel conform
SIMBOLIZAREA OȚELURILOR (STANDARDE SR, EN, ISO)
Nr.
crt.
Exemplu simbolizare oţel conform
SR EN :2006
Standard de oţel
Observaţii 1.
S235JR EN
Oţel structural: Rp0,2 =235MPa, 27J la 20°C (R) 2.
S355NL EN
Oţel structural: Rp0,2 =355MPa, normalizat (N), rezistent la temperaturi joase (L) 3.
S355ML EN
Oţel structural: Rp0,2 =355MPa, laminat termo-mecanic (M), rezistent la temperaturi joase (L) 4.
P355QH EN
Oţel pentru recipiente sub presiune: Rp0,2 =355MPa, călit şi revenit (Q), rezistent la temperatură ridicată (H) 5.
L360NB EN
Oţel pentru ţevi: Rp0,2 =360MPa, normalizat (N), clasa de calitate B 6
E355K2 EN
Oţel pentru construcţii mecanice (sudabil): Rp0,2=355MPa,

34. Certificatul de inspecție (EN 10204)
Certificarea conformităţii la producător pentru produsele utilizate in construcţii, garantează asigurarea premiselor pentru respectarea condiţiilor esenţiale prin Directiva 89/106/CEE, Legea 10/1995 şi Legea 608/2001, HG 622/2004 precum şi pentru aplicarea mărcii CE pentru produse.
SISTEME DE ATESTARE A CONFORMITĂŢII
Sistemele de atestare a conformităţii codificate A(1+); B(1); C(2+); D(2); E(3); F(4) exprimă în ordine descrescătoare nivelul de exigenţă în evaluarea conformităţii produsului.
DECLARAŢIE DE CONFORMITATE
Declaraţia conformitatii (declaraţie de conformitate) reprezintă declaraţia unui producător care exprimă pe propria răspundere că un anume produs este în conformitate cu un standard sau cu o specificaţie tehnică.

35. Certificatul de inspecție (EN 10204)
SISTEME DE ATESTARE A CONFORMITATII
Sistemele de atestare a conformitatii codificate A(1+); B(1); C(2+); D(2); E(3); F(4) exprima, in ordine descrescatoare nivelul de exigenta in evaluarea conformitatii produsului.

36. DESPRE STANDARDIZARE…
SAE International, initially established as the Society of Automotive Engineers, is a U.S.-based, globally active professional association and standards developing organization for engineering professionals in various industries. Principal emphasis is placed on transport industries such as automotive, aerospace, and commercial vehicles.
AISI = the American Iron and Steel Institute is an association of North American steel producers. AISI members make over 80% of the steel produced in North America.
ANSI = The American National Standards Institute, ANSI is a private, non-profit organization that administers and coordinates the U.S. voluntary standards and conformity assessment system.
UNS = Unified Numbering System for Metals and Alloys provides a means of correlating many internationally used metal and alloy numbering systems administered by societies, trade associations, and individual users and producers of metals and alloys. Jointly developed by SAE International and the American Society for Testing and Materials (ASTM), it provides the uniformity necessary for efficient indexing, record keeping, data storage and retrieval, and cross-referencing. UNS is an alloy designation system widely accepted in North America.
ASTM = American Society for Testing and Materials, is one of the largest voluntary standards developing organizations in the world. We are a not-for-profit organization that provides a forum for the development and publication of international voluntary consensus standards for materials, products, systems and services. Our volunteer members represent producers, users, consumers, government, and academia from more than 140 countries.

37. ISO = International Organization for Standardization is an independent, non-governmental international organization with a membership of 163 national standards bodies. Through its members, it brings together experts to share knowledge and develop voluntary, consensus-based, market relevant International Standards that support innovation and provide solutions to global challenges.
DIN = Deutsches Institut für Normung is a privately german organized non-profit provider of standardization services with nearly 100 years' experience. DIN Standards are the results of work at national, European and/or international level. DIN Standards are reviewed at least every five years. If a standard no longer reflects the current state of technology, it is either revised or withdrawn.
CEN = the European Committee for Standardization, is an association that brings together the National Standardization Bodies of 33 European countries. CEN is one of three European Standardization Organizations (together with CENELEC and ETSI) that have been officially recognized by the European Union and by the European Free Trade Association (EFTA) as being responsible for developing and defining voluntary standards at European level. 

38. În 1975, Comisia Comunităţilor Europene decidea demararea, în baza articolului 95 al Tratatului, a unui program de acţiune în domeniul construcţiilor.
Obiectivul programului era eliminarea barierelor tehnice în schimburile comerciale şi armonizarea specificaţiilor tehnice. În cadrul acestui program de acţiune, comisia a luat iniţiativa stabilirii unui ansamblu de reguli tehnice armonizate pentru proiectarea construcţiilor, care vor înlocui regulile existente in diferite state membre.