View
7
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Utilizarea și integrarea
datelor despre materiale în
industria de prelucrare a
metalelorIulia Bătrâneanu, Key to Metals AG
1
Tendințe Noi în Procesarea Materialelor
Metalice – București, 21-22 Martie 2019
Cronologia activității Key to Metals
3
4
Baza de dateTotal Materia: Specificații
• peste 20 milioane de înregistrări pentru peste 450.000 demateriale, care provin din 74 de țări/standarde
• metale și nemetale
• cele mai cuprinzatoare tabele cu referințe încrucișate internaționale, cu 15 milioane de înregistrări
• compoziția chimică
• referințe din standarde
• proprietăti fizico-mecanice
• proprietăți la temperaturi ridicate
• diagrame pentru tratament termic
• liste cu furnizori
• proprietăți ciclice/oboseală
• și multe altele
Singura bază de date
cu certificări ISO multiple
ISO 9001, 2015
ISO 27001, 2013
5
Contextul industriei metalelor: Producție,
Fabricare și Prelucrare
• Producția primară a metalelor• Oțel
• Neferoase: aluminiu, cupru, etc.
• Produse semifinite și fabricare produse
finite
• Prelucrarea metalelor• Turnare
• Formare
• Tăiere
• Îmbinare
• Pocese asociate – Tratament termic, Acoperire…
• Producția de scule, ștanțe și dispozitive
Reducerea riscurilor și economisire
Decizii de achiziție
Oameni și procese
Selecția materialelor
• Economisire cu ajutorul echivalenților locali
• Management mai bun al furnizorilor
• Minimizarea erorilor de achiziție
• Economie de timp în găsirea proprietăților materialelor
• Echilibrarea competențelor variabile
• Eliminarea acțiunilor repetitive de căutare a datelor
• Decizii mai sigure, de încredere
• Eliminarea erorilor de selecție
• Descoperirea de noi oprotunități
6
Reducerea riscurilor: De ce este crucială?
• Fisurarea rotorului turbinei la santierul naval din Nagasaki (1970)• O fisură casantă a apărut la rotor atunci când viteza turbinei a fost crescutâ la 3,540 rpm în timpul unui
test de siguranță (!)
• Fragmentele rezultate s-au împrăștiat în zona înconjurătoare; cel mai mare (11 tone) a zburat la o distanță de 1,500 m și la o înălțime de 300 m, omorând 4 persoane și rănind 61
• Cauza: un defect microstructural de turnare
• Explozia rotorului turbinei cu aburi la centrala electrică din Tennessee (1974)• Rotorul forjat s-a fisurat la o viteză de aprox. 3,400 rpm în timpul unei porniri la rece și s-a împrăștiat în
30 de piese mari, unele dintre ele fiind proiectate în clădirea boilerului
• Șocul rezultat în SUA și în strainătate a dus la inspectarea și înlocuirea a sute de turbine
• Cauza: Selecția inadecvată a materialelor a condus la o acumulare de sulfuri de mangan (MnS), ceea ce a dus la apariția unei fisuri cauzate de oboseală și fluaj
• Dezastrul aerian al zborului United Airlines în Sioux City (1989)• Discul de ventilație al motorului #2 a cedat în mod catastrofic, explodând și defectând aeronava
• Avionul s-a prăbusit, 111 din cei 296 de pasageri fiind uciși
• Cauza: Includerea unor impurități de nitrogen în timpul procesului de forjare a blocului de titan folosit
• Orice defect de turnare poate reprezenta punctul de pornire al unei fisuri ce poate genera accidente catastrofale
Sursa: Abdul Razzaq et al. (2012)
7
Cele mai întâlnite cazuri de utilizare
1) Analiza propriețăților unui material cunoscut
2) Găsirea de materiale alternative
3) Identificarea materialelor• Identificarea unui material necunoscut pornind de la
compoziția chimică
• PMI (Positive material ID)
4) Selecția materialelor• Găsirea materialului potrivit din mai multe alternative
• Pornind de la cerințele de performanță ale materialului
• Pornind de la o “pânză albă”
8
Cazul de utilizare 1:
Analiza proprietăților unui
material cunoscut 9
Analiza proprietăților unui material cunoscut
• Aparent un caz simplu, din moment ce cunoașterea materialului ofera un punct de pornire convenabil
• Proprietățile de interes pentru turnare• Compoziția chimică
• Mecanice: limita la curgere elastică, încărcarea la tracțiune, curbele de tensiune-deformție
• Fizice: densitate, coeficientul de dilatare termică, conductivitate, modulul lui Young, coeficientul lui Poisson
• Intervale mari de temperatură, inclusiv temperaturi înalte
• Această sarcină poate deveni și mai dificilă atunci când este analizat un material exotic sau internațional
10
Evaluarea compoziției chimice
11
Evaluarea proprietăților mecanice și fizice
12
Curbe de tensiune-deformație
13
Integrarea cu softurile CAE: exportul
datelor despre materiale
14
Procesele de forjare: temperaturi și proprietăți
• Oțel• Forjarea la cald: Temperaturi peste recristalizare, între 950–1250C
• Forjarea la temperaturi medii: între 750–950C
• Forjarea la rece: la temperatura camerei, autoîncălzire până la150C datorată energiei de formare
• Aluminiu• Activități desfășurate de obicei la temperaturi între 350 și 550C
• Proprietăți de interes• Plasticitate versus temperatură pentru diverse viteze de deformare
• Pentru forjarea la cald: conductivitate, capacitate termică, coeficientul de dilatare termica
• Pentru forjarea la rece: Modulul lui Young, Coeficientul lui Poisson
• Adițional: tratament termic și metalografie
15
Plasticitate
16
Proprietăți adiționale: tratamente termice și
metalografie
17
Metale: Reglementări privind compoziția și
substanțele
18
Cazul de utilizare 2:
Găsirea unor materiale
alternative 19
Interpretarea/traducerea corectă a
simbolurilor NU ESTE UȘOARA!
• Ce reprezintă aceste coduri:
RD-230J2, 00Cr18Ni10, 15X18H12C4TЮ?
• Cum găsim echivalenți din China pentru
X2CrNi18-9?
• Ce material indian are proprietăți mecanice
similare cu SAE 2330?
20Soluția:
Referințele încrucișate din Total Materia1) Tabelele de referințe încrucișate
• >20 milioane de înregistrări
• Categorizare unică a echivalenței
2) SmartCross2
3) Equivalence Finder (NOU!)
Tabelele de referințe încrucișate
21
SmartCross2: căutare automată a echivalenților
22
Nou: Căutare în funcție de parametri multipli
definiți de utilizator
23
Cazul de utilizare 3:
Identificarea materialelor24
25
Identificarea metalelor: SmartCompTM
Identificarea metalelor necunoscute pornind de la compoziția chimică
foarte utilă în activitățile de control al calității, inginerie inversă,
reparații și analize
• Algoritm patentat pentru identificarea materialelor similare
• Găsirea de candidați potriviți pornind de la o bază de ~350.000
aliaje din baza de date
• Folosit de primii 3 producători de spectometre
26
27
Utilizarea combinată a SmartComp și Căutare
avansată pentru Reverse Engineering
28
Rezultate transferate către Căutare
avansată
29
30
Nou: Modul QA (Quality Assurance)
31
Exemple de aplicabilitate
32
Exemplul 1:
Neconformitate probabilă într-o
turnătorie
33
1. Specificațiile de turnare
primite de la client
Material: 16Mo3
Standard: EN10222-2
2. Turnătoria folosește Total
Materia pentru a verifica ce
propriețăți trebuie sa aibă
piesa turnată
(16Mo3/EN10222-2 )
3. Turnătoria livrează
piesa turnată către client
Exemplul 1: Neconformitate probabilă într-o
turnătorie(2)
34
4. RECLAMAȚIE FĂCUTĂ DE CLIENT TURNĂTORIEI
- Piesa turnată nu este conformă cu specificațiile standardului!
- În compoziție ar trebui sa existe o referință la Cr + Cu + Mo max 0.50
- Din moment ce nu există această referință facută de turnătorie, probabil
este vorba de o neconformitate
5. SUMARUL INVESTIGAȚIILOR DERULATE(Turnătoria Alchemia & Total
Materia)
- Verificarea specificației clientului, “Cr + Cu + Mo max 0.50” - prezent
- Verificarea standardului original (16Mo3/EN10222-2) și a corectitudinii
datelor din TM
- “Cr + Cu + Mo max 0.50” nu apare nici în standardul original și nici în TM
6. CONCLUZIA
- Clientul folosea ca și referință standardul EN10222-2 (2000)
- Ultima versiune a lui EN10222-2 este cea din 2017!!
Total Materia a oferit cea mai actuală informație și a
contribuit la evitarea unei returnări costisitoare pentru
Alchemia
Exemplul 2:
Caracterizarea materialelor noi folosite în
forjare• Activitate: Produse forjate pentru petrol-gaze, energie
eoliană, căi ferate, sectorul naval, aplicații nucleare și industriale
• Materiale• Oțel carbon, aliat și inoxidabil
• Superaliaje
• Cupru
• Provocări: Caracterizarea unor materiale noi, nemaifolosite până în acel moment în proiectele customizate de producție pentru: • Bare, prin forjare la cald
• Inele, prin laminare la cald, cu o anumită valoare pentru Rezistența de rupere la tracțiune
35
Cerințe inițiale
• Materialul: UNS C63000 (CuAl10Ni5Fe4)
• Temperatura de lucru: 780 - 950C
• Proprietățile necesare: • Curbe de deformație ridicată
(FlosStressFlowStrain)
• Date generale de prelucrabilitate
• Proprietăți mecanice și dependența lor de temperatură
36
Cerințe suplimentare
• După operația de
forjare/laminare, materialul
trebuie tratat termic, revenit și
călit în apă pentru a obține o
Rezistență de rupere la
tracțiune de 690Mpa, pornind
de la cerințele specifice
domeniului de aplicabilitate
• Date cerute: Diagrame de
tratament termic– TTC, CCT
37
Exemplul 3:
Punerea în funcțiune a unei fabrici în Asia
• Activitate: furnizarea de componente matrițate si prelucrate mecanic pentru diverse
industrii
• Materiale• Oțel carbon, aliat și inoxidabil
• Superaliaje
• Aluminiu, alamă, cupru, titan
• Provocări: Identificarea materialelor pentru matrițare/ștanțare necesare într-o fabrică nouă din Orientul Îndepărtat și replicarea proceselor curente din Europa folosind materiale locale• Identificarea materiilor prime și materialelor echivalente pentru
specificațiile fabricii noi
• Satisfacerea nevoilor departamentului de achiziții local
38
Schematizare a proceselor
39
Analiza materialelor și evaluarea
furnizorilor
• Căutarea unor materiale GB echivalente cu cele
europene, folosind și criterii personalizate de căutare
• Evaluarea proprietăților cheie pentru a asigura
compatibilitatea noilor materiale cu parametrii
procesului de forjare
• Evaluarea uzurii și a ciclului de viață al matriței și
estimarea costurilor asociate
• Evaluarea capacității furnizorilor de a asigura
materiile prime și materialele cerute
• Evaluarea furnizorilor prin procesul de calificare a acestora
40
Realizarea unor translații corecte NU este ușoară!
Tabelele de referințe încrucișate
41
Căutarea după parametri multipli definiți de
utilizator
42
Exemplul 4:
Integrarea fluxului de date
• Activitate: Producția de țevi sudate
• Materiale: Oțel carbon și aliat
• Provocări: Evitarea risipei de timp în căutarea
datelor, dar și introducerea redundantă a acestora
în diverse programe folosite în activitatea curentă
• Softuri pentru calcurarea regimului de sudare
• Proceduri de control al calității
• Calcule de costuri
• Programe pentru prețuri și oferte
• Sistemul ERP al companiei, etc.
43
Soluția
• Crearea unei baze de date private centralizate, ca și sursă unică
folosită de diverse programe
• Customizare pentru conținutul care nu ține de materiale:
proceduri de sudare și control al calității, probe, teste, dimensiuni
etc.
44
Calcule de cost,
Preț & Ofertă
Calcule de
sudare
45
Sisteme de
calitate
Sisteme ERP
Data Management
External Databases
StandardeProceduri de
CC, serii, dimensiuni, etc. Date din
testări
IntegratorBază de date privată
customizată pentru a
popula alte programe
Baza de date
Total Materia~300 aliaje
copiate în baza
de date privată
Inginerii
Privire
generală
Popularea Bd
Utilizatorii
generali
46
Recommended