Studiul Metalelor și Sudarea

1. Introducere. Caracteristica, structura şi rolul cursului.

Studiul metalelor este partea componentă a ştiinţei „Studiul materialelor” şi se ocupă cu studierea structurii şi proprietăţilor materialelor metalice, de legătură şi influienţă între aceşti factori (structura determină proprietăţile) precum şi metodele de influienţă asupra structurii în scopul îmbunătăţirii proprietăţilor existente sau obţinerea unor proprietăţi noi.

Sudarea este partea componentă a unei ştiinţe complexe „Tehnologia materialelor” (tehnologia materialelor se preocupă de studierea metodelor de prelucrare a materialelor în scopul producerii semifabricatelor sau pieselor finite) – în acest compartiment vor fi studiate bazele pricipale teoretice şi practice care se referă la diferite tipuri de sudare şi scopul cărora este formarea unor îmbinări nedemontabile între 2 sau mai multe piese.

2. Materiale metalice. Noţiuni generale, însuşirile comune şi baza fizică a acestora. Clasificarea materialelor.

Metalele sunt elemente chimice care sunt plasate în partea stinga a tabelului periodic.

Aceste elemente au fost unite în categoria metalelor în baza unui ansamblu de proprietăţi fizico – chimice comuna care se mai numesc proprietăţi metalice şi anume:

- luciu metalic

- duritate

- activitate chimică

- plasticitate

- conductibilitate electrică şi termică

- cristalitatea.

Proprietăţile metalice ca baza fizică au structură atomică şi structură spaţială concomitent.

Structura atomică este caracteristică prin aflarea 1-2 electroni (atomi) de valenţă pe orbite exterioare care uşor se dezbină de pe aceste orbite sub influienţa anumitor factori (temperatură, radiaţii )

Astfel de construcţie atomică structurală formează legătura interioară care se numeşte legătură metalică.

Luciul metalic - Metalele se caracterizeaza prin luciu metalic datorita proprietatii de a reflecta puternic razele de lumina care cad pe suprafata lor.Opacitatea. In timp ce marea majoritate a nemetalelor sunt substante transparente fata de razele luminoase, metalele, datorita electronilor liberi sunt opace. Aceasta proprietate decurge din faptul ca undele luminoase, intalnind in drumul lor electronii liberi, se amortizeaza nemaiputandu-se propaga mai departe.

Duritatea – proprietatea de a se opune pătrunderii unui corp dat mai dur în acest corp.

Plasticitatea – proprietatea de a se opune deformării, distrugerii, fisurării sub influienţa diferitor forţe.

Conductibilitatea termica si electrica. Toate metalele sunt bune conducatore de caldura si electricitate. Cea mai mare conductibilitate electrica o au argintul si cuprul. Mobilitatea electronilor liberi din reteaua cristalina determina conductibilitatea termica si electrica. Conductibilitatea electrica a metalelor scade o data cu cresterea temperaturii.

În practică metalele pure sînt folosite foarte rar din cauza proprietăţilor sale fizico – mecanice insuficiente. Ele sunt prea plastice ceea ce reduce considerabil proprietăţile de exploatare a lor.

Fierul pur – producerea magnetilor.

Cupru şi aluminiu – conducte, contacte electrice; Zinc, plumb – elemente de protecţie.

În cea mai mare măsură în toate domeniile economiei naţionale (construcţii, infrastructură) sunt utilizate substanţe obţinute în baza metalelor şi numite aliaje.

Aliajul metalic este o substanţă obţinută prin contopire intimă a două sau mai multe elemente chimice cel puţin unul din care, aflat în proporţii mai mare şi numit element de bază este un metal.

Aliajele metalice se caracterizează prin aceleaşi proprietăţi comune de bază ca şi metalele. Comunitatea aliajelor metalice şi metalelor formează o categorie de materiale constructive numită materiale metalice.

3. Construcţia cristalină a metalelor. Alotropia.

Toate substanţele fizice se află în trei stări de agregare.

Starea de gaze se caracterizează prin distanţe mari între atomi, prin urmare lipsa de interacţiune între atomi.

Starea lichidă se caracterizează prin apropierea atomilor la distanţe la care deja se activează forţele de interacţiune, dar aceste apropieri şi forţe sunt instabile, de scurtă durată.

Doar starea solidă se caracterizează prin apropierea atomilor la distanţa 10-8 – 10-10 m care sunt de ordinul razelor atomice.

Această apropiere asigură formarea unor forţe de interacţiune puternice din care cauze corpuri solide posedă oarecare formă pe care o pot menţine timp îndelungat.

Materialele metalice aparţin acestei categorii de corpuri solide, dar proprietăţile metalelor cunoscute au iniţiat savanţii, sute de ani în urmă, să propună că atomii metalelor nu doar sunt apropiaţi dar sint şi aranjaţi într-o oarecare ordine strictă, determinată.

Astfel de aranjare plană se numeşte planul cristalografic.

Aranjarea ordonată a atomilor metalelor în spaţiu este numită edificiu cristalin sau reţea cristalină sau cristal.

Reţelele cristaline sint constituite din figuri geometrice de volum, de obicei regulate. Cel mai mic element al reţelei cristaline constituit din cel mai mic număr de atomi, care este caracteristic acestei reţele şi prin repetarea căruia poate fi redată reţeaua cristalină în întreg volum poartă denumirea de celulă elementară.

Reţeaua cristalină, precum şi celula elementară este determinată cu un ansamblu de criterii care se numesc parametrii reţelei / celulei elementare.