PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR TEMA DE PROIECT:
Pentru Pentru elementul de construcţie construcţie ,,arbore ,,arbore cotit, cotit, având o limită limită tehnică de curgere 2 Rpo,2= 780-880 N/mm se cer să se stabilească materialul optim care să asigure cerinţele de performanţă rezultate din calculele tehnico-economice şi care e adaptat posibilităţilor firmei constructoare. Cerinte: 1. Analiza funcţională,constructuvă funcţională,constructuvă şi şi tehnologică a podusului. 2. Stabilirea condiţiilor condiţiilor de exploatare exploatare alea produsului. produsului. 3. Definirea matricii de proprietăţi proprietăţi pe care trebuie sa le îndeplinească îndeplinească materialul. 4. Ierarhizarea proprietăţilor şi stabilirea ponderii de importanţă relativă a fiecăruia. 5. Proiectarea indicelui indicelui de performanţă performanţă a materialului. materialului. 6. Alegerea preliminară a cel puţin două materiale materiale candidate. 7. Determinarea plansei de valori pentru proprietăţile analizate. 8. Selecţia materialului optim prin metoda proprietăţilor ponderate. 9. Caracterizarea materialului. 10. Caracterizarea structurii şi a proprietăţilor tehnologice 11. Evaluarea şi optimizarea proprietăţilor tehnologice. 12. Optimizarea proprietăţilor de întrebuinţare. întrebuinţare. 13.Stabilirea itinerariului tehnologic principal de fabricaţie. 14.Optimizarea selecţiei materialului prin dezvoltarea unor tehnici de consolidare volumică şi de durificare a stratului de suprafaţă.
1
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR 1. Analiza funcţională,constructuvă funcţională,constructuvă şi tehnologică tehnologică a podusului.
Produsul ,,arbore cotit". Analiza funcţională:
Arborii cotiţi sunt organe organe de maşini care se rotesc in jurul axei lor longitudinale, formati formati din coturi si fusuri, şi care transforma cu ajutorul bielelor sau a culiselor, o miscare rectilinie alternativă intr-o mişcare de rotaţie, sau invers. O data cu aceste mişcări, se transmite prin arborii cotiti un moment de răsucire, respectiv o putere, altor organe de maşini, cu care aceştia sunt asamblati. Arborele cotit este supus, deci, la presiuni şi frecari pe suprafeţele fisurilor, la solicitări de încovoiere, compresiune, respectiv întindere, precum si la torsiune si vibraţii, care pot acţiona simultan în diferitele lui secţiuni. Analiza constructivă:
Un arbore cotit este format din urmatoarele elemente: -fusuri -braţe de manivela -manetoane -capete Formele acestor componete, ca şi ale arborelui întreg, trebuie astfel proiectate, încât să permită forjarea sau turnarea, fără rebuturi şi fară producerea unor tensiuni interioare mari, iar prelucrarea mecanică să fie cât mai redusă. Pe capetele arborelui se aşează diferite organe de transmisie, roata pentru cureaua ventilatorului, amortizorul de vibraţii, etc. Formele constructive şi dimensionarea arborilor cotiţi depind de mai multi factori, dupa cum urmează: Factorul gemoetric • • Siguranţa în funcţionare • Reducerea greutăţii Factorul tehnologic • Preţul de cost • Analiza tehnologică.
-Se porneşte de la profile laminate,care apoi se strujesc pe toată lungimea. -Zona de sprijin pe lagar se prelucrează foarte îngrijit prin rectificare, şlefuiri cromate. -Se mai poate executa şi prin forjare pornind tot de la semifabricatul laminat. -Operaţia de forjare pregăteşte semifabricatul în vederea prelucrării tot prin aşchiere. -Se mai poate executa si prin turnare in funcţie de condiţiile locale
2
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR
Fig.1 Arbore cotit
3
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR
Fig.2.Secţiuni ale arborelui cotit
4
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR
2.
Stabilirea condiţiilor de exploatare alea produsului
Diametrul arborilor în secţiune unde se formează ajustajele, trebuie să aibe mărimi corespunzătoare şirului normal de numere. Se vor evita pe cât posibil, filetele tăiate în arbore pentru fixarea axiala a pieselor montate cu piuliţe; se vor prefera inele de distanţare. Arborii de turaţii ridicate impun utilizarea de lagăre rigide şi o echilibrare foarte bună. Principala solicitare la care sunt supuşi arborii cotiţi este torsiunea. Arborii se fixează axial numai într-un lagăr pentru a evita solicitările termice. Construcţia şi forma arborilor depinde în mare măsură de felul îmbinării pieselor pe arbore, cât şi de montarea arborelui în lagăre. Sarcinile au valoare variabilă in timp. Mijloacele de exploatare constau în evitarea coroziunii şi în special a celei de contact care reduce foarte mult rezistenţa la oboseală. Se vor evita loviturile, zgârieturile pe suprafaţa pisei, strângerile excesive sau insuficiente. Ţinându-se seama de conditiile de lucru, arborele cotit trebuie să satisfacă următoarele cerinţe: Să asigure o rezistenţă şi rigiditate mare. Suprafeţele de frecare să prezinte o bună rezistenă la uzură. Să evite rezonanţa oscilaţiilor de răsucire. Să fie echilibrate static si dinamic.
3. Definirea matricii de proprietăţi pe care trebuie sa le îndeplinească materialul
Produsul arbore cotit trebuie să îndeplinească următoarele proprietăţi: * Să aibe o durată de exploatare ridicată; *Să fie rezistent în medii corozive,adică să aibe rezistenţă la coroziune; *Să fie rezistent la şocuri şi vibraţii; *Să se prelucreze uşor prin aşchiere/forjare în matriţă; *Să aibe densitate mică; *Să aibe sudabilitate bună; Din punct de vedere al rolului funcţional: -Preluarea de sarcini statice sau dinamice; -Rezistenţă la solicitari mecanice; -Amortizarea şocurilor şi/sau a vibraţiilor; 5
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR -Realizarea anumitor condiţii cinematice speciale,dinamice ;
MATRICEA DE PROPRIETĂŢI. l =
n ( n − 1)
2
unde: l – este numarul total de decizii care trebuie luate; n – numarul de proprietăţi de care vrem sa ţinem cont în selecţia materialelor; l = 28 Σ = 1.
6
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR
Proprietăţi Rezistenta mecanică . Rm Modul de elasticitate EN Tenacitate a KV Aschiabili tatea Duritatea HRC Calibilitat ea J mm Conditii termice Densitatea
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
1
0
1
1
0
1
22
23
24
25
26
27
28
1
0
0,17
0 1
1
0
0
1
1
1 0
1
1
0
0,21
0
1
0
0
1 1
0
1
0
0 0
1
0,03 5
0
1
0 0
0 0
1 0
1
0 1
1
0,10
1 0
0
α
1 0
1
0,14
0
0 1
1
0,14
0
0
1
0,17
Σ=1
Tab.Nr.1
7
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR 4. Ierarhizarea proprietăţilor şi stabilirea ponderii de importanţă relativă a fiecăruia. 5.Proiectarea indicelui de performanţă a materialului.
Pentru ierarhizarea proprietăţilor şi stabilirea ponderii de importanţă relativă a fiecărui material în parte s-a întocmit tabelul nr.2,luându-se spre selecţie materialele din tabel.
Material.
C.45.
40Cr10.
42MoCr11.
C60.
40
40
60
35
540
780
740
690
50
52
54
55
4
10
23
4,2
7820
7820
2,1*105 bună
2,1*105 F.buna
Proprietăţi Tenacitate. KV.[J/cm2 Rezistenta mecanica. Rm [N/mm2] Duritate. HRC. Calibilitate. J[mm] Densitate. ρ[Kg/m3] Modul de elasticitate N/mm Aschiabilitatea
7845 2,1*105 F.bună
Tab.Nr.2
8
7820 2,1*105 bună
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR
Nr Proprietăţi crt
1.
Tenacitatea
U.M
KV.[J/cm2
Material
Factori de pondere
0,21
C45
42MoCr11
Val
Scal
Cifra Val merit
Scal
Cifra merit
66,67 72,97
14,00 60 12,40 740
100.00 100.00 100.00
21 17
N/mm
0,17
3
Rezistenţa mecanică Densitatea
40 540
ρ[Kg/m3]
0,17
7845
99,68
16,94 7820
100.00
17
4.
Călibilitatea
J[mm]
0,14
4
20.00
2,8
20
100.00
14
5.
Duritatea
HRC
0,14
50
92,59
12,96 54
100.00
14
6.
Modulul de N/mm2 elasticitate Aşchiabilitatea Condiţii t termice
0,10
210.000 100.00
10
210.000 100.00
10
0,035 0
f. bună 50,66
3,5 0
Bună 44,18
2,62 0
2.
7. 8.
2
Tab.Nr.3
9
100.00 100.00
72,6
75.00 87,21
95,62
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR 6 .Alegerea preliminară a cel puţin doua materiale candidate.
Nr Proprietăţi crt
U.M
Material
Factori de pondere
C60
1.
Tenacitatea
KV.[J/cm2
0,21
35
87.5
Cifra Val merit 18.37 40
2.
N/mm2
0,17
690
88.46
15.03 780
100,00
17
3
Rezistenţa mecanică Densitatea
ρ[Kg/m3]
0,17
7820
100.00
17
7820
100,00
17
4.
Călibilitatea
J[mm]
0,14
4.2
42
5.88
10
100,00
14
5.
Duritatea
HRC
0,14
55
100.00
14
52
94,54
13,23
6.
Modulul de N/mm2 elasticitate Aşchiabilitatea Condiţii t termice
0,10
210.000 100.00
10
210,000 100,00
0,035 0
F buna 44.05
3.5 0
Bună 48.83
7. 8.
Val
Scal
40Cr10
Tab.Nr.4 10
100.00 90.21
83,78
Scal 100,00
Cifra merit 21
10
75,00 2,62 100,00 0 94,85
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR 7. Determinarea plansei de valori pentru proprietăţile analizate.
11
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR 8. Selecţia materialului optim prin metoda proprietăţilor ponderate.
Nr Proprietăţi crt
U.M
Material
Factori de pondere
42MoCr11
1.
Tenacitatea
KV. [J/cm2
0,21
60
100.00
2.
N/mm2
0,17
740
94,87
3
Rezistenţa mecanică Densitatea
ρ[Kg/m3]
0,17
7820
100.00
Cifra merit 18.3 7 15.0 3 17
4.
Călibilitatea
J[mm]
0,14
20
100.00
5.
Duritatea
HRC
0,14
54
6.
Modulul de N/mm2 elasticitate Aşchiabilitate a Condiţii t termice
0,10
7. 8.
Val
Scal
40Cr10
40
Cifra merit 100.00 21
780
100.00 17
7820
100.00 17
5.88
10
100.00 14
100.00
14
52
94,54
10
0,035
210.00 100.00 0 buna 100.00
3.5
13,2 3 210,00 100.00 10 0 Bună 75,00 2,62
0
44.15
0
48.83
100.00 0
90,47
Tab.Nr.5
Val
Scal
95,6 2
Această metodă poate fi utilizată la optimizarea selecţiei materialului atunci când trebuie luate în considerare mai multe proprietăţi.Fiecărei cerinţe de material,sau proprietăţi îi este conferită o anumită pondere,dependentă de importanţa ei.Valoarea proprietăţilor ponderate se obţine prin multiplicarea valorii numerice a proprietăţii cu factorul de pondere,α.Pentru fiecare material se vor însuma valorile individuale ale proprietăţilor ponderate şi se va obţine aşa numitul index de performanţă,γ.Materialul cu indexul de performanţă cel mai ridicat va fi considerat ca optim pentru aplicaţia respectivă. În forma ei simplă,metoda proprietăţilor ponderate are dezavantajul că trebuie combinate unităţi de măsură diferite care vor putea duce la rezultate neraţionale. Acest lucru este valabil îndeosebi la combinarea valorilor numerice foarte diferite ale proprietăţilor mecanice,fizice şi chimice.Proprietatea cu valoarea numerică cea mai ridicată va
12
81,9 7
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR avea o influenţă mai mare decât cea conferită prin factorul ei de pondere.Acest dezavantaj este înlăturat prin introducerea factorilor de scalare Fiecare prroprietate este astfel scalată încât valoarea sa numerică maximă să nu depăşească 100.Ori de câte ori se evaluează o listă de materiale candidate,se va lua în considerare câte o singură proprietate de-o dată.Cea mai bună valoare din listă se apreciază ca fiind 100,iar celelalte vor fi scalate proporţional.Introducerea factorului de scalare facilitează conversia valorilor normale ale fiecărei proprietăţi a materialului în valori scalate adimensionale . Pentru o proprietate dată,valoarea scalată B,la un material candidat va fi: B
=
proprietat ea scalata
=
valoarea numerica a proprietat ii x100 valoarea max ima in lista
Pentru proprietăţi cum ar fi costul,coroziunea sau pierderea prin uzare,cerşterea în greutate prin oxidare,etc.ar fi de dorit valori cat mai scazute.În asemenea cazuri valoarea cea mai scăzută este apreciată ca fiind 100 şi B este calculată astfel: B
= proprietat ea scalata =
valoarea min ima in lista x 100 valoarea numerica a proprietat ii
Aplicarea procedurii de mai sus este foarte simplă pentru proprietăţile materialului care pot fi reprezentate prin valori numerice.Totuşi în cazul proprietăţilor ca rezistenţa la coroziune şi la uzare,prelucrabilitatea prin aşchiere,sudabiliatea etc.valorile numerice sunt date foarte rar şi aprecierea materialelor se face prin calificativele foarte bine,satisfăcător,slab,etc.
13
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR În astfel de cazuri,calificativul se poate converti în valori numerice utilizând o scară arbitrară.De exemplu calificativele rezistenţei la coroziune: excelent,foarte bine,bine,satisfăcător şi slab pot primi valorile numerice 5,4,3,2 şi respectiv 1. Indexul de performanţă a materialului va fi: n
γ = Σ
i =1
Bi x α i
În care i este însumat din toate cele n proprietăţi relevante. În cazurile în care numeroase proprietăţi ale materialului sunt specificate şi importanţa relativă a fiecăreia dintre ele nu este clară,determinarea factorilor de pondere α poate fi în mare măsură intuitivă,fapt care reduce gradul de încredere în activitatea de selecţie.Aceasta problemă poate fi rezolvată printr-o abordare sistemică a determinării lui α folosind logica deciziei.Conform acesteia numarul total de decizii este: l =
n ( n − 1)
2
Prin împărţirea numarului de decizii pozitive în cadrul fiecărei proprietăţi la numărul total de decizii se obţin factorii de pondere. Costul(material,prelucrări)poate fi considerat ca fiind una din proprietăţi şi I se poate da un factor de pondere adecvat. Cu toate acestea,dacă există un număr mare de proprietăţi care trebui luate în considerare,importanţa costului poate fi subliniată prin considerarea separată a acestuia,ca un modificator al indicelui de performanţă al materialului γ.În cazurile în care materialul este utilizat ca umplutură,costul poate fi introdus în baza unităţii de volum.
9. Caracterizarea materialului. Din selecţia materialelor pe baza ponderii de importantă relativă a proprietaţilor a rezultat că materialul optim pentru realizarea arborelui cotit este un oţel aliat cu 0,42%C oţelul este 42MoCr11. Caracteristici mecanice ale oţelului 42MoCr11.
14
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR Tratam. termic.
Grosimea sau diam piesei. [mm]
Călire martensitică + revenire înaltă.
40-100
Rm
Rp02
[N/mm²] [N/mm²]
8801080
A5
KCU300/2
[min]
J/cm²(min)
690
12
70
HB. În stare recoa ptă.
241
Tab.Nr.6
Compoziţia chimică ale oţelului 42MoCr11 Calitatea s x xs
C
Mn
0,380,45
0,400,80
Compoziţia chimică % Si P S max.0,035 max.0,035 0,170,02-0,04 0,37 max.0,025 max.0,025 0,02-0,035 Tab.Nr.7
Unele caracteristici fizice ale oţelului 42MoCr11.
Tab.Nr.8
15
Cr
Mo
0,91,3
0,150,30
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR 10.Caracterizarea structurii şi a proprietăţilor tehnologice.
Fig.3.Structura oţelului 42MoCr11 Structura oţelului aliat 42MoCr11 este formata din martensitita şi austenită reziduală.
Tensiunile interne existente în semifabricat sau piesa finită pot provoca deformarea piesei sau pot declanşa, prin apariţia crăpăturilor, distrugerea totală a ei. Deformarea pieselor afectează deci precizia de prelucrare. Se disting, în general, trei grupe de tensiuni interne şi anume: - cele legate de dimensiunile pieselor, formate în volume mari (macroscopice) - tensiuni formate la nivelul structurilor cristaline superficiale (microscopice) - tensiuni interne legate de volume ultramicroscopice. Primele două grupe prezintă interes din punctul tehnologic de vedere, al preciziei de prelucrare (mai ales prima categorie). Cauzele care determină apariţia tensiunilor interne pot fi: 16
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR - constructive - tehnologice Cauzele constructive: se datorează formelor constructive ale pieselor (s-au tratat
la disciplinele rezistenţa materialelor şi organe de maşini). Cauzele tehnologice: se datorează tehnologiei de obţinere a piesei, mai ales tehnologiei de elaborare a semifabricatului sau a tratamentului termic aplicat, etc. Aici sunt semnificative: - modificarea volumului semifabricatului sub acţiunea temperaturii la încălzire sau răcire (neuniformă) - modificarea de volum ca urmare a deformaţiilor elastico-plastice neuniforme - modificarea volumică determinată de transformările de fază ale materialului. Este de la sine înţeles că în timpul elaborării semifabricatelor prin diverse procedee ca: turnare, forjare, laminare, matriţare, etc.; precum şi în timpul tratamentelor termice, iar anterior în timpul însăşi aşchierii, temperatura şi presiunile care se dezvoltă generează apariţia tensiunilor interne. Frecvent, în urma aşchierii, întâlnim fenomenul de ecruisare care introduce tensiuni interne în material. Adâncimea stratului ecruisat şi implicit eforturile unitare, în cazul aşchierii, depind de calitatea materialului precum şi de caracteristicile procesului de aşchiere. Putem trage concluzia că regimul de aşchiere are o mare influenţă asupra tensiunilor interne. Fiindcă tendinţa de mărire a volumului stratului superficial deformat este frânată de straturile interioare de metal nedeformat, stratul exterior este supus unor tensiuni de compresie iar straturile interioare unor tensiuni de întindere. Efectul căldurii degajate în timpul procesului de aşchiere este următorul: - la o strunjire cu viteze cuprinse în domeniul 80-170 m/min, temperatura stratului superficial se ridică la 600-800 °C, iar în cazul rectificărilor rapide chiar în jurul a 8001200°C. Această încălzire produce o mărire volumică a straturilor exterioare, împiedicată de straturile interioare reci. Astfel rezultă şi aici tensiuni de compresiune în straturile superficiale. Dacă nu aplicăm obişnuitul tratament de detensionare, s-ar produce microfisuri sau chiar deteriorarea piesei. Acest fenomen apare mai ales după prelucrările de degroşare, prelucrare care strică echilibrul tensiunilor interne ale semifabricatului. Este cunoscut faptul că tensiunile interne ale pieselor forjate, matriţate, laminate, trefilate şi aşchiate pot fi detensionate printr-un tratament de recoacere (ex. la piesele din fontă detensionarea se poate face prin îmbătrânire naturală sau artificială). De reţinut este şi faptul că tratamentele termice provoacă tensiuni interne nu numai prin modificările volumice datorită temperaturii, ci şi datorită transformărilor de fază (ex.: descompunerea austenitei reziduale; transformarea martensitei tetragonale în martensită cubică; formarea amestecurilor mecanice de ferită şi carburi-troostită sau sorbită). Disciplinele anterior studiate, tehnologia materialelor de exemplu, tratează o serie de cazuri ale tensiunilor interne intervenite în situaţia semifabricatelor turnate, matriţate, forjate, laminate, etc., nefiind cazul să revenim aici cu amănunte. Esenţial este faptul că efectul tensiunilor interne asupra preciziei de prelucrare este deloc neglijabil. Prin alegerea diferitelor tipuri sau procedee de prelucrare putem influenţa în mod deosebit efectul acestora, contracarându-le. 17
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR 11. Evaluarea şi optimizarea proprietăţilor tehnologice. Proces tehnologic, aspectul proiectare-optimizare
În orice situaţie reală, pentru prelucrarea unui anumit reper pot fi utilizate mai multe variante tehnologice. Chiar dacă toate aceste variante ar fi valabile, numai una din acestea este optimă. Se preconizează în tehnologia modernă căutarea pe bază ştiinţifică a soluţiei sau soluţiilor care duc la desemnarea variaţiei optime. Orice tendinţă de optimizare trebuie să plece de la anumite cerinţe numite în cazul de faţă criterii. Acestea pot fi de natură diferită, în funcţie de specificul procesului de fabricaţie. Astfel de criterii ca: precizia dimensională şi calitativă, costul de prelucrare, productivitatea, recuperarea investiţiilor s.a. sunt cele mai des întâlnite.
Fig.4. Sistem de proiectare-optimizare Pentru optimizare reală a proceselor tehnologice trebuie să pornească de la elaborarea pe baze ştiinţifice a unui sistem de proiectare –optimizare, care pornind de la informaţiile de intrare (cunoscute), trecând prin stabilirea succesiunii operaţiilor şi fazelor şi a regimurilor de aşchiere, dau mărimi prelucrate (noi) care constituie informaţiile necesare documentaţiei tehnologice. Un asemenea sistem de proiectare-optimizare este dat în schema din fig. 4. Una din căile prin care se poate asigura optimizarea proceselor tehnologice este tipizarea acestora. 12.Optimizarea proprietăţilor de întrebuinţare.
Pentru ca materialul şi piesa să aibe o calitate satisfăcătoare trebuie să corespundă condiţiilor de exploatare o perioadă dată şi unor parametri stabiliţi,trebuie să îndeplinească o serie de cerinţe:
18
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR Cerinţe funcţionale :
Cea mai importantă condiţie este DURABILITATEA ,ea reprezintă durata maximă de funcţionare a unui produs. După călire se determină duritatea la un aparat Rockwell ,de asemenea deformaţia, utilizându-se un dispozitiv cu prisme de susţinere şi un comparator. După tratamentul termic de revenire se vor determina din nou duritatea şi deformaţia. Pe lângă durabilitate ,o altă cerinţă funcţională impusă materialelor este FIABILITATEA.
Fiabilitatea este determinată de probabilitatea ca un material să funcţioneze la parametri optimi fară deteriorarea lui pe durata de funcţionare prevazută. Deteriorarea unui produs se poate realiza prin deformare ,uzură sau rupere.Acestea conduc la reducerea duratei de funcţionare a produsului. Fiabilitatea este un criteriu esenţial în industrie,deoarece orice avarie poate fi catastrofală. Întrucât majoritatea pieselor fac parte dintr-un sistem trebuie ţinut cont şi de compatibilitatea materialelor componente. Pot exista situaţii când fie datorită unor coeficienţi de dilataţie diferiţi,fie frecării pieselor conjugate,fie formării unor microcelule galvanice,vor apare tensiuni neprevăzute,deformaţii şi uzuri. Cerinţe tehnologice.
Condiţiile tehnologice exercită o influenţă directă asupra comportarii în serviciu a produsului. Fiecărei metode de fabricaţie îi sunt asociate o serie de cerinţe tehnologice particulare astfel : -la turnare se necesită ca materialele să prezinte o anumită fluiditate şi contracţie la răcire -la operaţiile de strunjire şi frezare criteriile tehnologice principale sunt compoziţia elementelor de aliere în special P si S ( P = 0,025 si S = 0,025 % max.) care îmbunatăţesc proprietaţile prelucrabilităţii prin aşchiere. -pentru obţinerea unor performanţe superioare prin tratament termic,condiţia esentială este călibilitatea. Cerinţe economice şi sociale.
Fiecare produs prezintă ,în condiţii economice de piaţă un preţ de cost limită care depăşit îl face necompetitiv. În aceste situaţii este necesară schimbarea concepţiei pentru a încerca modificarea unor condiţii funcţionale sau tehnologice care să conducă în final la înlocuirea materialelor, a tehnologiei de fabricaţie şi implicit la scăderea costurilor. În stabilirea deciziei finale de a alege un material nu trebuie neglijat nici faptul că societatea impune restricţii de ordin social. Utilizarea unor materiale ce pot afecta sănătatea şi securitatea oamenilor,calitatea mediului înconjurator,este limitată de norme şi reglementări coercitive în majoritatea ţărilor dezvoltate. Se condiţionează astfel alegerea şi utilizarea unor materiale noi şi mai bine adaptate situaţiilor noi create.
19
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR 13.Stabilirea itinerariului tehnologic principal de fabricaţie.
Debitare Recoacerea de înmuiere şi detensionare 700°C-730°C
Strunjire
Frezare
Găurire Îmbunătăţire 820°C-850°C şi revenire înaltă
Filetare
Rectificare
C.I.F.şi Revenire joasă 20
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR
Control calitate 14.Optimizarea selecţiei materialului prin dezvoltarea unor tehnici de consolidare volumică şi de durificare a stratului de suprafaţă.
Consolidarea volumică a acestui material se face aplicând tratamentul termic de îmbunătăţire la 820°C-850°C ,deoarece carbura de molibden se dizolvă mai încet în austenită se va ţine seama de aceasta la durata de încălzire.Dacă nu se va dizolvă,creşte viteza critică de călire.Răcirea se va face în ulei sau apă.Revenirea se aplică la 570°C650°C timp mai îndelungat,deoarece viteza de descompunere a soluţiei solide la revenire este mai scăzută.Răcirea după revenire,se poate realize în orice mediu fără precauţii speciale. În funcţie de mărimea lotului de arbori,de dimensiunile acestora şi de dotarea tehnică operaţia de călire superficială se poate realiza prin mai multe moduri : Călire prin curenţi de inducţie ; Călire prin flacără ; Călire prin contact electric ; Călire superficială prin încalzire în băi de aliaje sau săruri ; Călire superficială în electrolit. Metoda de durificare stabilită este C.I.F. (călire cu curenţi de înaltă frecvenţă) prin care se asigură anumitor suprafeţe straturi durificate de grosimi mici capabile să reziste la uzură şi oboseală. Prin călire superficială se asigură anumitor suprafeţe straturi durificate (călite) de grosimi mici capabile să reziste la uzură şi la oboseală. La arborii prevazuţi cu canale de pană sau caneluri,forma inductoarelor şi parametri tehnologici de tratament termic se vor stabili astfel încât stratul călit sa aibă o adancime de 2-3 mm şi o dispunere ca in fig.5.
21
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR Fig.5 Dispunerea pentru canale de pană
În urma călirii de suprafaţă arborii se supun unei reveniri joase la 160220°C.Obiectivul revenirii constă în reducerea tensiunilor interne apărute la călire şi realizarea proprietăţilor de exploatare impuse produsului. Grosimea de călire prestabilită se obţine prin alegerea adecvată a frecvenţei curentului şi prin corelarea acesteia cu puterea specifică, în primul rând şi cu timpul de încalzire,în al doilea rând. Banda de călibilitate şi variaţia unor caracteristici mecanice cu temperatura de revenire a oţelului 42MoCr11.
Fig.6.Bnda de călibilitate a oţelului 42MoCr11 Călirea cu C.I.F. a arborilor se poate realiza prin două metode : -prin metoda simultană (pentru suprafeţe de lungime mică); -prin metoda succesivă (pentru lungimi mari ); -poziţia de răcire va fi obligatoriu verticală;
22
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR
Stabilirea parametrilor tehnologici pentru durificarea suprafeţelor.
Fig.7.Călirea simultană De obicei piesa este prinsă între vârfuri şi execută o mişcare de rotaţie în jurul axei proprii (200…500 rot/min ) iar cuplul inductor-răcitor se deplasează în direcţie axială cu o viteză de 2…30 mm/s. Se cunosc : -diametrul : d=40-100[ mm ] am ales d=45 [mm.] -în funcţie de diametru rezultă adâncimea de strat călit : δ=1…5 [ mm. ]
δ=2,5 [mm.]
-viteza minimă de deplasare relativă între inductor şi arbore ; vmin = 5/2,5 = 2 [ mm/s.] -frecventa = 8000-10000 [Hz] (frecventa medie). Puterea specifica,Ps [KW/cm²].
Frecventa. [Hz]
Adancimea de calire (mm)
minim.
optim.
maxim.
8000-10000
2,2-3,0
0,8
1.6
2,4
23
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR
Tab.Nr. 9
Tab.Nr.9 -energia specifică :
esg =2 [KW/cm²].
-durata t de încălzire : -durata de încălzire maximă :
t = 1,25 [ s ]. t max = 2,5 [ s ].
În cazul călirii simultane se va folosi un inductor monospiral cu diametrul interior Di = da +2 j , jocul radial fiind de 2…4 [mm] j =3 [mm] .
Di = 51 [mm].
Pentru o grosime de strat călit în jur de 2,5 [mm] se va determina puterea specifică şi pe baza acesteia şi a suprafeţei de tratat,se stabilesc puterea la inductor şi respectiv regimul de lucru. Instalaţii şi metode de călire superficială prin inducţie. O instalatie este formată din : -Staţie de producere a curentului alternativ ; -Frecvenţa necesară ; -Maşina de călire a cărei construcţie depinde de geometria pieselor supuse călirii superficiale. Staţia de producere a curentului alternativ este compusă din : 1-generator de medie sau înaltă frecvenţă ; 2-bateria de condensatori pentru compensarea reacţiei inductive a circuitului de sarcină ; 3.transformator de adaptare care coboară tensiunea ridicată a generatorului la o valoare mai mică în inductor ; 4-inductorul format din una sau mai multe spire în care se introduce piesa ; 5-piesa ;
24
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR
Fig.8Instalaţie de C.I.F. În funcţie de frecvenţă rezultă tipul de generator care este generator rotativ. Răcirea stratului austenitizat în vederea călirii martensitice se face cu ajutorul unui duş de apă sau emulsie care este trimis sub presiune prin inductor sub un unghi de 30-40° faţă de axa piesei. Răcitorul poate fi situat în urma inductorului sau poate face corp comun cu acesta.
Fig.9.Răcitor
25
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR În urma călirii de suprafaţă arborii se supun unei reveniri joase la 160-220°C.Obiectivul revenirii constă în reducerea tensiunilor interne apărute la călire şi realizarea proprietăţilor de exploatare impuse produsului.
Bibliografie.
1.Prof.univ.dr.ing. ION MITELEA.Sef lucr.ing.BOGDAN RADU. Selectia si utilizarea materialelor ingineresti.E.D.P.Timisoara 1998; 2.T.DULAMITA si E.FLORIAN. Tratamente termice si termochimice.E.D.P.Bucuresti 1982; 3.Dr.ing. VIOREL-AUREL SERBAN. Elemente de stiinta si ingineria materialelor.E.D.P. Timisoara 1998; 4.Indrumator pentru lucrari de laborator pentru uzul studentilor Institutul Politehnic ,,TRAIAN VUIA “ Timisoara; 5.Prof.Ing.POPA BAZIL ŞOMCUTEANU ADRIAN Arbori cotiţi E.T.Bucureşti 1960; 26
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR
27
