4. Cercetari si incercari experimentale

4.1 Materii prime si auxiliare

Pentru efectuarea cercetarilor experimentale s-a utilizat aliajul 6082 destinat fabricatiei pistoanelor pentru compresoarele de proces (API 618).

Compozitia chimica a aliajului 6082, conform specificatiei de material a producatorului de compresoare, este prezentata in Tabelul 1

Aliaj Compozitia chimica, [% masice]Si Mg Mn Fe Zn Cu Cr Co Sb Ti Zr Al

6082 (AlMgSi)

0.78 0.65 0.58 0.24 0.16 0.04 0.02 0.01 0.02 0.02 0.01 rest

Tabelul 1 – Compozitia chimica a aliajului 6082 studiat

Aliajul a fost elaborat din urmatoarele materiale: Aluminiu primar 99.7% Prealiaje pe baza de aluminiu:

- prealiaj pentru alierea aluminiului- prealiaj AlTi5B1 pentru finisarea granulatiei

Ca materiale auxiliare s-au utilizat: Flux de protectie si curatire “FLUXAL 2” de compozitie: 45% NaCl + 45%KCL +

12%NaF in proportie de 2% din masa sarjei Flux de rafinare (dezoxidare) “COVERAL 65” de compozitie: 55%MgCl2 + 20%KCl +

16%MgF2 + 9% Ca F2 Argon pur 99.99% pentru degazarea topiturii

- 155 -

4.2 Elaborarea aliajelor de aluminiu

Elaborarea aliajului de aluminiu 6082 s-a realizat intr-un cuptor electric cu creuzet de grafit (DIAMANT) de capacitate 1,1litri , pentru a preintimpina oxidarea si gazarea intensa a topiturii.

Calculul pierderilor prin oxidare (ardere) a metalelor din sarja s-a realizat conform metodologiei din lucrarea “Aliaje Neferoase – Indrumar de Laborator” realizata de un colectiv de autori de la Catedra IMEMM din Facultatea de Stiinta si Ingineria Materialelor – Universitatea “Politehnica” Bucuresti.

Astfel, au fost considerate, in conditiile date de elaborare, urmatoarele pierderi prin oxidare:

Al → 3%Mg → 4%Mn → 2%

Dupa pregatirea cuptorului si uscarea creuzetului, a urmat topirea si supraincalzirea aluminiului primar la 750°C sub strat de flux de protectie. Apoi a urmat introducerea, pe rind, si dizolvarea prealiajelor Al-Si, Al-Mg si Al-Mg-Mn. Dupa elaborarea aliajului, topitura a fost tratata cu materialele auxiliare astfel:

- 156 -

Tratare cu flux de rafinare (dezoxidare) pentru eliminarea incluziunilor nemetalice, in special oxidice cum ar fi Al2O3 si Al2O3 MgO. Tabletele de fluxuri au fost uscate in prealabil in etuva la 120°C timp de 12 ore pentru eliminarea umiditatii.

Curatirea baii metalice de scoartele oxidice Barbotarea baii metalice cu Argon, pentru eliminarea hidrogenului. In ascensiune spre

suprafata topiturii argonul colecteaza hidrogenul din topitura si floteaza, cu conditia ca presiunea din bula gazoasa sa fie mai mare sau cel putin egala cu:

Unde: - presiunea atmosferica deasupra topiturii

- presiunea metalostatica (ρgh)

- presiunea capilara ( ), in care este tensiunea superficiala

a topiturii metalice iar este raza bulei

Dupa elaborare, aliajele au fost turnate sub forma de bare cu diametrul Ø 30mm si lungimea H = 300mm in cochila de fonta preincalzita la 250°C. Barele au fost utilizate pentru determinari ale proprietatilor mecanice si a microstructurii aliajului turnat. Probele au fost de asemenea supuse analizei spectrometrice pentru determinarea compozitiei chimice reale.O serie de probe au fost retopite si finisate cu prealiaj AlTi5B1 in proportie de 2g/kg

Figura 1.1 – Cuptorul folosit pentru elaborarea alisjului 6082

- 157 -

- 158 -

4.3Tratamente termice

Figura 3- Cuptorul de tratament folosit

Un set de probe au fost tratate termic astfel: calire de punere in solutie la 530°C si racire rapida in apa imbatrinire artificiala la temperaturi de 150°C - 180°C timp de 6 ore.

Atit probele tratate termic cit si cele netratate au fost supuse unor probe de incercari mecanice: tractiune, duritate, microduritate.

4.4Descrierea instalatiei utilizate la elaborarea tezei

S-a folosit un cuptor electric basculant, cu creuzet, fabricat la UTTIS Bucuresti ce are urmatoarele caracteristici:- capacitate creuzet: 1,1 litri (cca 3,03kg Al)- tipul incalzirii: electric- reglajul temperaturii: automat- putere instalata: 3,3 kW- tensiune de alimentare: 220V, 50Hz- dimensiuni de gabarit: 950 x 540 x 589 mm

- cuptor: 540 x 540 x 455 mm- panou comanda: 380 x 200 x 300 mm

- 159 -

Cuptorul de topire pentru aliaje de aluminiu asa cum este prezentat in Figura 1, se compune din:

- cuptorul propriuzis- instalatie electrica de comanda

Cuptorul propriuzis este format dintr-o carcasa metalica sudata, izolata termic la interior cu o zidarie refractara formata dintr-un rind de caramizi refractare ce determina spatiul de lucru si au rol de sustinere a rezistorilor, placi de fibra ceramica multistratificata.Capacul cuptorului este format dintr-o carcasa metalica sudata, izolata termic cu un strat din placi de sicaterm si fibra ceramica. Rezistorii de incalzire de pe peretii laterali sunt montati in caramizile profilate din peretele cuptorului.

Instalatia electrica a cuptorului este conceputa si realizata pentru a asigura reglarea tempera-turii in regim automat, si protectiile necesare functionarii corecte a utilajului.Creuzetul este fabricat din grafit si este de tip “Diamant”. Pentru degazarea topiturii in cuptor se utilizeaza un sistem cu rotor de grafit si o butelie de Argon. Sistemul este rabatabil si este actionat de la panoul de comanda. (Figura 2).

Modul de lucru:

Dupa elaborarea sarjei, barele de aliaj 6082 s-au debitat, s-au curatat, s-au uscat pe marginea cuptorului si s-au retopit in cuptorul de topire cu reglare automata a temperaturii. Degazarea s-a realizat cu sistemul cu rotor de grafit, mentionat mai sus, prin barbotarea cu Argon, cu un debit de 1,5 litri/minut.Probele s-au turnat in bare de Ø 30mm si lungimea H = 300mm. Dupa solidificare, s-au extras din cochila si s-au marcat prin poansonare.

4.5Analiza microscopica cantitativa

Analiza microscopica cantitativa a fost realizata cu ajutorul unui sistem de analiza compus din: microscop metalografic tip BX60M fabricatie: Olimpus videocamera KP-M1 Alb/Negru software – programul “Omnimet Express” versiunea 4.0

Microscopul metalografic BX60M-Olympus este un microscop optic cu transmisie directa, asigurind o imagine superioara celor inversate, datorita faptului ca drumul optic este mai scurt.. Maririle realizate sunt cuprinse intre 50 – 1000x. Vizualizarea se poate face in cimp luminos (BF-Bright Field), cimp intunecat (DF – Dark Field) si in lumina polarizata simplu reflectata.

Videocamera KP-M1 Alb/Negru este o camera CCD compacta, usoara, alb-negru, de tip integrat, care utilizeaza un cip CCD de imagine de 2/3” cu 410000 (490000 pentru CCIR) pixeli, in combinatie cu un montaj de densitate ridicat.

Programul de analiza “Omnimet Express” versiunea 4.0 include o baza de date puternicasi un generator de rapoarte care permite stocarea imaginilor si a datelor asociate acestora, cu capacitatea de a trimite aceste date in Microsoft Word, pentru generarea unui raport.

- 160 -

Baza de date este organizata intr-o structura logica cu imagini ale probelor stocate intr-un fisier al probelor si cu probe stocate intr-un fisier de proiect.

In fiecare fisier exista un numar de cimpuri pentru utilizator, destinate introducerii informatiilor suplimentare despre imagine.

Realizarea unei analize cantitative se face aplicind rutina adecvata. Fiecare rutina include in general cel putin o comanda de la unul din urmatoarele grupuri: achizitie, scala de griuri, pragul de culoare, pragul scalei de griuri, binar si masurare.

Omnimet Express, in forma sa standard, opereaza cu o paleta de griuri a unei imagini impartita in 256 nivele (8 biti) intre nivelele video 0–negru si 255-alb. Imaginea monocromatica este deobicei suficienta pentru majoritatea aplicatiilor metalurgice. Diferenta de contrast poate fi perceputa ca o diferenta intre tonuri de gri in cazul imaginilor monocromatice, sau ca o diferenta de nuanta si intensitate a culorii in cazul unei imagini color.

Programul Omnimet Express este furnizat cu rutine pre-configurate pentru fiecare analiza cantitativa dorita (de exemplu pentru determinarea marimii de graunte, etc.)

Imaginea este preluata din microscop cu ajutorul videocamerei, apoi este transmisa in calculator unde este prelucrata aplicindui-se rutina adecvata.Dupa efectuarea masuratorilor, generatorul de rapoarte Omnimet incorporat bazei de date a imaginilor, permite utilizatorului sa trimita o singura imagine sau un sir de imagini catre lista rapoartelor, pentru a genera un raport.Inainte de prelucrarea imaginilor preluate din microscop, probele necesita o pregatire, specifica fiecarui aliaj, in functie de determinarea urmarita.

Pregatirea probelor

Debitarea probelor se realizeaza cu masina de debitat tip “CUTO 20” care este o masina de debitat robusta, de sine statatoare, putind debita probe cu diametrul de pina la Ø 65 mm. Probele metalice se debiteaza cu ajutorul discurilor taietoare din carbura de siliciu (pentru aluminiu si aliajele sale se utilizeaza discuri diamantate), cu diametrul maxim de Ø254 mm (diametrul exterior).Masina este alimentata la 380V, curent trifazic, 50Hz. Pentru racirea probelor in timpul taierii, se utilizeaza un sistem cu recircularea lichidului de racire. Lichidul de racire consta in 30 litri apa la care se adauga 1 litru de lichid anticoroziv.

Corpul masinii este construit din aluminiu pe care este fixat motorul, si panoul de control. Deasupra acestei parti este situat spatiul de lucru, inchis cu un capac rabatabil, prevazut cu o fereastra transparenta, ce permite observarea etapelor operatiei de taiere. Spatiul de lucru este iluminat cu o lampa protejata impotriva umiditatii si aschiilor provenite de la operatia de taiere.

In partea dreapta, lateral, este practicata o deschidere care permite taierea probelor foarte lungi cu un diametru de maxim Ø 145mm.Discul taietor este protejat de o flansa in caz de rupere. Capacul este prevazut cu un microcontact care intrerupe alimentarea electrica in cazul in care acesta este ridicat.

- 161 -

Masina este prevazuta cu doua menghine cu prindere rapida, montate pe un banc prevazut cu caneluri in forma de T, dind posibilitatea modificarii sistemului de prindere in functie de forma si dimensiunile probei.Sistemul de rotire al menghinei permite taierea dupa diferite plane verticale, fara a necesita repozitionarea probei. Lichidul de racire este prezent prin doua stuturi flexibile in spatiul de lucru inchis, in timpul operatiei de taiere.

Stuturile sunt pozitionate in asa fel incit lichidul de racire sa fie dirijat pe discul de taiere, chiar deasupra taieturii. Rotirea discului antreneaza lichidul in taietura. Debitul de lichid poate fi reglat cu ajutorul unei valve situate la partea din fata a masinii. Rezervorul cu trei compartimente se poate scoate pentru curatire.

Surubul cu o lungime de 160mm este deplasat manual, cu ajutorul unei manete. Proba care va fi taiata, este deplasata catre discul de taiere, care este fix. Viteza de avans este de 1,5mm la o turatie completa. Deplasarea probei nu necesita forta si asigura o presiune constanta a probei pe discul de taiere.

Inglobarea probelor

Probele metalice se inglobeaza la cald in rasina (fenolica, transparenta, acrilica) in vederea slefuirii.

Inglobarea s-a realizat cu masina “SIMPLIMET 1000”. Ea este o presa automata de inglobat, robusta si de sine statatoare, pentru probe cu diametrul maxim de 30mm.Presa este compusa dintr-o carcasa, cu un sistem hidraulic de crestere a presiunii, unsistem de incalzire a cilindrului port-proba pina la 180°C si un sistem de racire cu apa, dupa inglobarea probei.Timpul de incalzire, timpul de racire, presiunea, temperatura si sitemul de ridicare si coborire a cilindrului port-proba sunt controlate de un microprocesor, pentru dimensiunea de proba pre-selectata.Panoul de comanda si control cuprinde: butonul pentru intreruperea alimentarii electrice cu doua pozitii “ON” si “OFF”, butonul de comanda pentru actionarea cilindrului port-proba, butonul pentru selectarea timpilor, butonul de initiere a timpilor de lucru si butonul pentru selectarea deplasarii cilindrului.Cilindrul port-proba este destinat pentru inglobarea probelor cu diametrul de pina la 30mm. Se pot ingloba fie doua probe fie numai una singura. Este prevazut cu un capac tip baioneta care asigura inchiderea etansa.Pentru inglobarea probelor de aluminiu si aliaje de aluminiu se foloseste rasina fenolica sau rasina transparenta. Stabilirea timpilor de lucru, presiunea si temperatura, in functie de rasina folosita se face conform datelor din urmatorul tabel:

Material (rasina) Temperatura Presiunea Timpii incalzire/racireFenolica 150°C 290 bar 1.0 / 3.0Transparenta 180°C 290 bar 6.0 / 11.0

- 162 -

Slefuirea / Finisarea probelor

Probele metalice sunt supuse slefuirii si lustruirii. “Phoenix 4000” este o masina automata de slefuire si lustruire cu doua posturi de lucru, care ofera usurinta in utilizare, combinata cu o adaptabilitate mare. mAsina este alimentata la 380V, 50Hz, curent trifazic, cu doua trepte de viteza, dezvoltind o putere de 1,2 kW. Viteza platanului de lucru este de 150/300 rpm, iar viteza suportului de probe cu plasare centrala si individuala de 150 rpm.Phoenix 4000 ofera atit aplicarea centrala a fortei de presare, cit si individuala, pe fiecare proba. Sistemul electronic de control, sub supravegherea operatorului, asigura combinatia ideala intre usurinta operarii si nivelul ridicat tehnologic.Masina este prevazuta cu doua plane de lucru cu prindere magnetica, cu diametrul de 300mm fiecare, plasate pe un disc purtator. Capul vector al masinii este prevazut cu un dispozitiv cu zece pozitii. Pentru fiecare tip de aliaj se selecteaza parametrii necesari.

Dupa finisare, probele se ataca chimic cu reactivi specifici.

Analiza prin microscopie electronicaAnaliza microstructurii s-a realizat cu microscopul electronic SEM tip XL30ESEM prevazut cu EDAX.

Determinarea microduritatiiMicroduritatea probelor s-a determinat cu ajutorul unui microdurimetru M-400-G LECO Corporation

- 163 -