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