ALIAJE Co-Cr-Mo

  • Published on
    16-Apr-2015

  • View
    272

  • Download
    10

Embed Size (px)

DESCRIPTION

ALIAJE Co-Cr-Mo

Transcript

I. ALIAJE PE BAZ DE COBALT.

I.1. Proprieti mecanice i fizice ale elementelor Co i Cr I.1.1. Cobaltul Cobaltul este un metal de tranziie, situat n grupa a Vlll-a a tabelului periodic a lui Mendeleev. Are numrul atomic 27, masa atomic 58,933 i valenele 2 i 3. Densitatea Co este cuprins ntre 8,78 i 8,92 kg/dm3, iar n stare lichid 7,8 3 kg/dm (la 15500C). Cobaltul prezint dou modificri alotropice: - cristalizat n sistemul hexagonal compact, stabil la temperaturi mai mici de 4170C - cristalizat n sistemul cubic cu fee centrate, stabil la temperaturi ridicate. Temperatura de topire a Co este de 14950C, iar punctul de fierbere, la presiune normal, este de 29000C. Configuraia electronic a Co se prezint astfel: 1s2 /2s2 2p6 /3s2 3p6 3d7 /4s2 . Cobaltul n stare de pulbere fin este piroforic. n stare compact nu este atacat de aer sau de ap la temperaturi sczute, sub 3000C; peste aceast temperatur Co se oxideaz n aer. Co se combin uor cu halogenii, formnd halogenai. Nu formeaz combinaii cu N2, dar este descompus de amoniac la temperatura ordinar, cu formare de nitruri. Reacioneaz cu CO la temperaturi de peste 2250C, cu formare de Co2C. Capacitile calorice ale cobaltului, la diferite temperaturi sunt prezentate n Tabelul I.1.: Tabelul I.1. - Capacitatea caloric a Co ntre 10 i 20000 K . Capacitatea Temperatura Temperatura caloric [0K] [0K] [cal/0Cgatom] 10 0,02 298 15 0,04 400 20 0,07 500 25 0,14 600 30 0,24 700 50 0,98 800 70 2,04 1000 100 3,34 1200 150 4,60 1500 200 5,33 2000 250 5,75 -

Capacitatea caloric [cal/0Cgatom] 5,98 6,44 6,87 7,30 7,73 7,99 (Co) 9,16(Co) 10,33 9,60 8,30 -

n Tabelul I.2. se prezint valorile conductivitii termice ale Co la temperaturi sczute, determinate de Rosenberg.1

Tabelul I.2. - Conductivitatea termic a Co la temperaturi sczute. Conductivitatea termic Temperatura 0 [ K] [Watt/cm 0K] [cal/seccm 0C] 2 0,29 0,069 4,2 0,56 0,13 10 1,28 0,306 15 1,81 0,432 20 2,24 0,535 25 2,60 0,621 30 2,80 0,670 35 2,86 0,683 40 2,73 0,652 43 2,62 0,626 Rezistivitatea electric a Co crete cu temperatura (Tabelul I.3.). Tabelul I.3. - Rezistivitatea electric a Co. Temperatura [0C] 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Rezistivitatea electric [cm] 5,68 9,30 13,38 19,78 26,56 32,20 40,2 49,2 58,6 68,0 77,4 86,7 91,9 95,7

Cobaltul formeaz compui intermetalici cu multe metale, printre care: Al, Cr, Mo, Sn, V, W i Zn. Cobaltul metalic se dizolv uor n H2SO4 diluat, HCl diluat i HNO3, este atacat slab de NH4OH i de NaOH. Acidul azotic atac Co mai rapid dect Ni. Cobaltul este atacat de acidul azotic concentrat la temperatura camerei. Co este mai rezistent n H2SO4 5 %, 250C, n lipsa aerului, dect Fe. n prezena aerului i perde rezistena i se corodeaz rapid (Tabelul I.4.). Tabelul I.4 - Coroziunea Co n diferite medii. Denumirea mediului coroziv Soluie de amoniac 1070% Persulfat de amoniu Acid citric (la temperatura camerei) Acid formic Clorur de magneziu Metanol Metanol plus 2% formaldehid2

Observaii Atacat Atacat Atacat Neatacat Atacat Neatacat Neatacat

Metanol plus 1% acid formic Metanol plus 25% ap de mare Metanol plus 20% ap Acid oleic (ntre 901000C) Persulfat de potasiu Ap de mare Ap de mare plus aer Hidroxid de sodiu (1050%) Acid sulfuros Monoclorur de sulf Acid tartric Ap de ploaie plus aer

Atacat Atacat Atacat Neatacat Atacat Atacat Atacat Atacat Atacat Neatacat Atacat Atacat

Duritatea Brinell pentru Co, n diferite stri, este urmtoarea: Co n stare turnat: 124130; Co tratat termic: 48; Co electrolitic: 270311;

I.1.2.Cromul Cromul este n prezent unul din cele mai impotante metale industriale, constituind elementul principal de aliere n oelurile de construcie de nalt rezisten, oeluri antiacide, inoxidabile, termostabile i refractare, n superaliajele pe baz de Ni i Co i n alte materiale cu destinaie special. Perspective deosebite se deschid pentru acest metal ca element de aliere cu Ti, Nb, Ta, Mo, W, Al i Cu. Metalul face parte din grupa a VI-a a sistemului periodic lui Mendeleev, cu numrul de ordine 24 i masa atomic 51,996, proprietile sale fiind apropiate de Mo i W. structura electronic a atomului acestui element este : 1s2 / 2s2 2p6 / 3s2 3p6 3d5 / 4s1 , avnd pe nveliurile exterioare s, p, d, 6 electroni. Prin ionizare Cr se poate afla n starea de oxidare de la II la VI, forma cea mai stabil n mediu neutru fiind III, cnd se aseamn cu Fe sau Al. A) Proprieti fizice. Cr n stare compact are o culoare alb-argintie i prezint dou transformri alotropice i . Modificaia cristalizeaz n sistem cubic cu volum centrat, avnd parametrul reelei a = 2,884, iar stabil la temperaturi ridicate are structura hexagonal-compact. Cele mai importante proprieti fizice ale metalului sunt date n Tabelul I.5. Cr se deformeaz n domeniul temperaturilor 70015000C, putndu-se obine profile, tabl, evi sau alte produse. Temperatura de recristalizare este de 8509800C Tabelul I.5. - Proprietile fizice ale Cr. Nr.crt Proprietatea Potenial de electrod 1 standard 2 Electronegativitatea 3 Densitatea la 200C 4 Duritatea (Mohs) 5 Temperatura de topire 6 Temperatura de fierbere3

U.M V kg/dm3 0 C 0 C

Valoarea 0,74 1,6 7,1 5,0 1903 2199

7 8 9

10

11

12

Cldura latent de topire Cldura latent de fierbere Cldura specific la: 200C 4000C 9000C Conductibilitatea termic la: 200C 4000C 9000C Coeficient de dilatare liniar 10-6 ntre: 206000C 2010000C Conductibilitatea electric la: 200C 4000C 16000C

kJ/mol x 4,18 kJ/mol x 4,18 kJ/g C x 4,180

3,2 - 3,64 76,635 0,106x 10-3 0,110x 10-3 0,114x 10-3 0,212 0,180 0,154

J/cms C x 4,180

-

8,8 10

cm

12,8 65,0 145,0

Proprietile mecanice i dependena acestora de temperatura n cazul cromului deformat i recopt se poate observa n Tabelul I.6. Astfel rezistena materialului, duritatea, R0,2 i modulul de elasticitate E, dar mai puin alungirea, nregistreaz cele mai mari valori la temperatura ambiant, urmnd ca ele s descreasc cu creterea temperaturii. Tabelul I.6 - Dependena de temperatur a Cr deformat i recopt. Temperatura, [0C] Proprieti mecanice 20 200 800 1150 R, 3035 35 1719 57 [daN/mm2] R0,2, 1820 [daN/mm2] A, 510 25 7085 7090 [%] E, 28000 28000 20000 16000 [daN/mm2] HB, 100110 70 [daN/mm2]

1500 23 2030 -

B) Proprietile chimice. Cr n condiii obinuite este stabil n aer, ap i fa de numeroi ageni chimici. La temperaturi ridicate descompune vaporii de ap cu degajare de hidrogen i formare de oxizi. De asemenea, se combin cu multe elemente formnd compui: hidruri(CrH, CrH2, CrH3 ), boruri (CrB, CrB2, Cr2B ), cu proprieti refractare i duriti apropiate de diamant, siliciuri (CrSi, Cr3Si, Cr3Si2 ) greu fuzibile i anticorozive, nitruri (CrN, Cr2N ) refractare i foarte dure, iar cu halogenii formeaz urmtoarele combinaii: CrF4, CrX3 ( X = Cl, Br, I ). Aa cum se constat din datele prezentate n Tabelul I.7., metalul se dizolv energic cu HF, mai mult sau mai puin n HCl i H2SO4, dar este insolubil n HNO3, n ali acizi minerali i organici. Cr devine pasiv cu H3PO4, HNO3 i ap regal.4

Procesul de oxidare al metalului ncepe n domeniul de temperatur de 5009000C i se intensific peste 12000C; se formeaz la suprafaa metalului o pelicul de oxid a crei grosime funcie de temperatur este: Temp.,[0C] / 600 Gros., [mm] / 0,007 700 0,014 800 0,02 900 0,06 1000 0,5 1100 1

Tabelul I.7. - Viteza de coroziune a Cr n diferii acizi. Viteza de coroziune Acidul Acidul [mm/an] HNO3 HBr 0,127 HF Acid tartric se dizolv H2SO4 Amino-acizi 254 H3PO4 HI 0,8636 HCl Acid citric 1,0668 Acid oxalic Acid formic 0,0254

Viteza de coroziune [mm/an] 4,7244 0,1016 0,5842 0,381 0,1778 30,48

Pelicula fiind impermeabil pentru gaze i lichide confer metalului o stabilitate mare la temperaturi ridicate i o deosebit rezisten la coroziune. I.2. Diagrama de faze Co-Cr

Fig.1. - Diagrama de faze Co-Cr5

I.2.1. Relaiile dintre faze. Dup un prim studiu superficial asupra structurii (K. Lewkonja 1908), F. Wever, U. Haschimoto, H. Lange public o diagram de faze care, dei se bazeaz pe investigaii cuprinztoare, poate fi considerat numai o schi calitativ a domeniilor fazelor. Diagrama (A.R.Elsea, A.B.Westerman i G.K.Manning, 1949) este caracterizat de existena a dou faze intermediare, o faz de compoziie singular CrCo (46,88 %gr Cr) i o faz de compoziie variabil (indicat ulterior cu ) cu aproximativ 55-62 %gr Cr sau 58-65 %at Cr. Nu s-a ncercat o determinare precis a limitelor soluiei solide principale i a fazei intermediare ; rata de difuzie, la fel la temperaturi nalte, dovedete a fi extrem de joas, acest lucru fiind studiat ulterior (J.W.Weeton, 1952). La reinvestigarea mai atent a diagramei (Y.Matsunaga, 1931), trsturile eseniale n acord cu diagrama gsite (F. Wever, U. Haschimoto, H. Lange), cu excepia numai a acestei faze intermediare , cu aproape 53,5-62 %gr (56,6-65 %at) Cr, a artat c exist. U.Haschimoto (1937) public o diagram de faze care, n acord cu o scurt declaraie, a fost remis pe baza unei lucrri originale i date publicitii de timpuriu (F. Wever, U. Haschimoto, H. Lange i Y.Matsunaga). Fundamental, diagrama pare a fi o combinaie de rezultate ale lui F. Wever, U. Haschimoto i Y.Matsunaga. Aceasta este caracterizat de existena fazei CrCo (dup F. Wever, U. Haschimoto), rezultat n urma unei reacii peritectoide de i la aproape 12600C i de descompunerea eutectoidal din nou n i la aproximativ 9400C. Denumirea CrCo este nsoit de o problem de marc, probabil indicnd aceast dovada neconcludent legat de prezena acestei faze, raportat de F. Wever, U. Haschimoto i neevideniat de Y.Matsunaga, a fost gsit. Diagrama de faze prezentat n Fig.1. este fundamental datorit acestora (A.R.Elsea, A.B.Westerman i G.K.Manning). Curbele lichidus i solidus ale aliajelor urc pn la aproape 65 %gr Cr conform cercetrilor fcute de F. Wever, U. Haschimoto i A.G.Metcalfe(1953). Temperatura eutectic gsit a fi 14080C (F. Wever, U. Haschimoto), 13