137
Coordonator Prof. Dr. Ing. Teodor MACHEDON – PISU Qspg/ Es/ Joh/ Fgujnjf Mvdjbo Qspg/ Es/ Joh/ Qpqftdv Spejdb Qspg/ Es/ Joh/ Nàslpt [pmuào Qspg/ Es/ Joh/ Mvdb Wbtjmf Dpog/ Es/ Joh/ Cbmuf| Mjbob Dpog/ Es/ Joh/ Dãubob Epsjo Tfg mvds/ Es/ Joh/ Nbdifepo Fmfob Tfg mvds/ Es/ Joh/ Pmài Bsuivs UFIOPMPHJB NBUFSJBMFMPS HIJE EF MVDS}SJ QSBDUJDF 3121

Indrumar STM 2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Indrumar STM 2

!!!

!Coordonator Prof. Dr. Ing. Teodor MACHEDON – PISU !!

Qspg/!Es/!Joh/!!Fgujnjf!Mvdjbo!Qspg/!Es/!Joh/!!Qpqftdv!Spejdb!

Qspg/!Es/!Joh/!!Nàslpt![pmuào!Qspg/!Es/!Joh/!!Mvdb!Wbtjmf!

Dpog/!Es/!Joh/!Cbmuf|!Mjbob!Dpog/!Es/!Joh/!!Dãubob!Epsjo!

Tfg!mvds/!Es/!Joh/!Nbdifepo!!Fmfob!!!!Tfg!mvds/!Es/!Joh/!Pmài!Bsuivs!

!!

UFIOPMPHJB!NBUFSJBMFMPS!!

HIJE!EF!MVDSSJ!QSBDUJDF!!

3121!

Page 2: Indrumar STM 2

CUVANT INTRODUCTIV

Prezentul ghid de lucrări practice la Tehnologia Materialelor se adresează tuturor studenţilor care au în programele analitice lucrari de tehnologia materialelor.

Realizarea acestor lucrări are la dispoziţie baza materială existentă la Catedra Ingineria Materialelor şi Sudării precum şi experienţa de peste 50 de ani în activitatea didactică la această disciplină.

La disciplinele tehnologice, lucrările de laborator au aceeaşi valoare instructivă şi educativă ca şi cursul predat şi urmăresc principalele probleme prezentate la curs.

Prin lucrările de laborator studentul are posibilitatea să stabilească nemijlocit, pe baza experienţei proprii, legătura dintre teorie şi practică.

Executând personal lucrarea practică, studentul capătă intuiţia directă a proprietăţilor materialelor folosite, a caracteristicilor sculelor şi utilajelor întrebuinţate şi a procesului intim de desfăşurare a procesului tehnologic, a procesului de transformare urmărit.

Prin lucrările de laborator se ascute spiritul de observaţie al studentulul şi se crează obişnuinţa de a lucra disciplinat, adunând în mod ordonat toate datele problemei, pentru ca în încheierea lucrării sa se poată face interpretarea rezultatului pe o bază ştiinţifică, adică pe baza corelaţiei strânse, calitative şi cantitative dintre cauză şi efect.

Acest rezultat presupune efectuarea prealabilă de către student a unui proces mintal complex, de analizare a fenomenului de transformare care are loc, respectiv de documentare asupra corelaţiei dintre factorii de influenţă şi rezultatul procesului de transformare studiat, documentare care se va concretiza prin prezentarea unui referat scris asupra celor studiate la începutul fiecărei ore de laborator. Acest lucru este cu atât mai necesar, cu cât vor fi şi lucrări de laborator executate înaintea prezentării bazelor lor teoretice la curs.

Subiectele lucrărilor de laborator au fost astfel alese, încât sa acopere un număr cât mai mare de probleme, cât mai variate, care să intereseze.

Colectivul de autori speră ca problemele expuse în prezentul îndrumar să-i ajute pe studenţi în completarea cunoştinţelor necesare viitoarei lor profesii. Mulţumim, de asemenea, colectivului care a recenzat lucrarea şi care prin sugestiile şi observaţiile lor au contribuit la îmbunătăţirea conţinutului prezentului material.

Lucrările au fost elaborate de colegii de caterdră sub îndrumarea Prof. Dr. Ing. Machedon Pisu Teodor, contribuţia fiecăruia este prezentată mai jos: Lucrarea nr. 1. ÎNCERCĂRI NEDISTRUCTIVE ALE ALIAJELOR – Prof. Dr. Ing. Eftimie Lucian Lucrarea nr. 2. ÎNCERCĂRI TEHNOLOGICE ALE TABLELOR ŞI SÂRMELOR – Conf. Dr. Ing. Cătana Dorin Lucrarea nr. 3. ÎNCERCĂRI DE DURITATE – Prof. Dr. Ing. Eftimie Lucian Lucrarea nr. 4. ÎNCERCĂRI MECANICE STATICE – Sef lucr. Dr. Ing. Machedon Pisu Elena

1

Page 3: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 5 ÎNCERCĂRILE NISIPURILOR DE TURNĂTORIE – Sef lucr. Dr. Ing. Machedon Pisu Elena Lucrarea nr. 6. STUDIUL COMPORTĂRII LA SUDARE A METALULUI DE BAZĂ ŞI A TRANSFORMĂRILOR DIN ZONA INFLUENŢATĂ TERMOMECANIC - Prof. Dr. Ing. Machedon Pisu Teodor Lucrarea nr. 7 EXECUTAREA MIEZURILOR DIN AMESTECURI CU LIANŢI ORGANICI Şl USCAREA LOR – Sef lucr. Dr. Ing. Olah Arthur Lucrarea nr. 8 EXECUTAREA MANUALĂ A FORMELOR TEMPORARE – Sef lucr. Dr. Ing. Olah Arthur Lucrarea nr. 9 DETERMINAREA GRADULUI DE INDESARE LA FORMELE TEMPORARE EXECUTATE MANUAL ŞI MECANIC – Prof. Dr. Ing. Popescu Rodica, Prof. Dr. Ing. Markos Zoltan Lucrarea nr.10. TURNAREA ÎN FORME TEMPORARE ŞI ÎN FORME PERMANENTE CU DETERMINAREA FLUIDITĂŢII ALIAJULUI UTILIZAT – Prof. Dr. Ing. Markos Zoltan, Prof. Dr. Ing. Eftimie Lucian Lucrarea nr. 11. INFLUENŢA PARAMETRILOR DE LUCRU ASUPRA DEFORMĂRII PLASTICE A ALIAJELOR METALICE – Conf. Dr. Ing. Cătană Dorin, Prof. Dr. Ing. Eftimie Lucian Lucrarea nr. 12 – FORJAREA LIBERĂ MECANICĂ - Prof. Dr. Ing. Popescu Rodica, Prof. Dr. Ing. Markos Zoltan Lucrarea nr. 13. DEFORMARE PLASTICĂ PRIN LAMINARE – Conf. Dr. Ing. Cătană Dorin Lucrarea nr. 14. SUDAREA ŞI TĂIEREA CU FLACĂRĂ OXI – GAZ - Conf. Dr. Ing. Cătană Dorin, Prof. Dr. Ing. Eftimie Lucian Lucrarea nr. 15 LIPIREA ALIAJELOR METALICE - Prof. Dr. Ing. Popescu Rodica, Prof. Dr. Ing. Markos Zoltan Lucrarea nr.16. STUDIUL INFLUENŢEI PARAMETRILOR REGIMULUI DE SUDARE ASUPRA GEOMETRIEI SI CALITĂŢII CUSĂTURII LA SUDAREA ELECTRICĂ MANUALĂ CU ELECTROZI ÎNVELIŢI - Prof. Dr. Ing. Machedon Pisu Teodor Lucrarea nr. 17. SUDAREA ELECTRICĂ PRIN PRESIUNE – Prof. Dr. Ing. Markos Zoltan Lucrarea nr. 18. STABILIREA TEHNOLOGIEI DE SUDARE PRIN PROCEDEUL MIG, DETERMINAREA PARAMETRILOR REGIMULUI DE SUDARE. - Prof. Dr. Ing. Machedon Pisu Teodor Lucrarea nr.19. PROTECŢIA SUPRAFEŢELOR PRIN ACOPERIRI METALIC – Prof. Dr. Ing. Markos Zoltan, Prof. Dr. Ing. Eftimie Lucian Lucrarea nr. 20. DETERMINĂRI PRIVIND INFLUENŢA PARAMETRILOR TEHNOLOGICI ASUPRA CALITĂŢII SI GEOMETRIEI CORDONULUI DE SUDURĂ LA SUDAREA OŢELURILOR NEALIATE PRIN PROCEDEUL MAG. - Prof. Dr. Ing. Machedon Pisu Teodor Lucrarea nr. 21. PRELUCRĂRI PRIN FREZARE – Prof. Dr. Ing. Markos Zoltan Lucrarea nr. 22. PRELUCRĂRI PRIN RABOTARE ŞI MORTEZARE – Prof. Dr. Ing. Markos Zoltan

2

Page 4: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 23. PRELUCRAREA ALEZAJELOR – Prof. Dr. Ing. Eftimie Lucian Lucrarea nr. 24 INCERCĂRI APLICATE PIESELOR SINTERIZATE DIN PULBERI METALICE – Conf. Dr. Ing. Balteş Liana Lucrarea nr.25 EVALUAREA MICROSTRUCTURII ŞI PROPRIETĂŢILOR PRIN MĂSURAREA FRECĂRII INTERNE – Prof. Dr. Ing. Luca Vasile

3

Page 5: Indrumar STM 2

CUPRINS Lucrarea nr. 1. ÎNCERCĂRI NEDISTRUCTIVE ALE ALIAJELOR....................5 Lucrarea nr. 2. ÎNCERCĂRI TEHNOLOGICE ALE TABLELOR ŞI SÂRMELOR...........................................................................................................10 Lucrarea nr. 3. ÎNCERCĂRI DE DURITATE.......................................................16 Lucrarea nr. 4. ÎNCERCĂRI MECANICE STATICE..........................................26 Lucrarea nr. 5 ÎNCERCĂRILE NISIPURILOR DE TURNĂTORIE...................35 Lucrarea nr. 7EXECUTAREA MIEZURILOR DIN AMESTECURI CU LIANŢI ORGANICI Şl USCAREA LOR............................................................................41 Lucrarea nr. 8. EXECUTAREA MANUALĂ A FORMELOR TEMPORARE....48 Lucrarea nr. 9 DETERMINAREA GRADULUI DE INDESARE LA FORMELE TEMPORARE EXECUTATE MANUAL ŞI MECANIC.....................................52 Lucrarea nr.10. TURNAREA ÎN FORME TEMPORARE ŞI ÎN FORME PERMANENTE CU DETERMINAREA FLUIDITĂŢII ALIAJULUI UTILIZAT..............................................................................................................55 Lucrarea nr. 11. INFLUENŢA PARAMETRILOR DE LUCRU ASUPRA DEFORMĂRII PLASTICE A ALIAJELOR METALICE....................................60 Lucrarea nr. 12 FORJAREA LIBERA MECANICĂ.............................................67 Lucrarea nr. 13. DEFORMARE PLASTICĂ PRIN LAMINARE.........................71 Lucrarea nr. 14. SUDAREA ŞI TĂIEREA CU FLACĂRĂ OXI – GAZ..............75 Lucrarea nr. 15 LIPIREA ALIAJELOR METALICE............................................84 Lucrarea nr.16. SUDAREA PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC DESCOPERIT ŞI NEPROTEJAT...................................................................................................89 Lucrarea nr. 17. SUDAREA ELECTRICĂ PRIN PRESIUNE...........................94 Lucrarea nr.18.PROCEDEE MODERNE DE SUDARE PRIN TOPIRE CU ARC ELECTRIC ACOPERIT ŞI PROTEJAT..............................................................100 Lucrarea nr.19. PROTECŢIA SUPRAFEŢELOR PRIN ACOPERIRI METALICE..........................................................................................................105 Lucrarea nr. 20. DETERMINAREA PARAMETRILOR TEHNOLOGICI LA SUDAREA OŢELURILOR NEALIATE CU PROCEDEUL MAG ..................110 Lucrarea nr. 21. PRELUCRĂRI PRIN FREZARE........................................... 114 Lucrarea nr. 22. PRELUCRĂRI PRIN RABOTARE ŞI MORTEZARE119 Lucrarea nr. 23. PRELUCRAREA ALEZAJELOR.............................................122 Lucrarea nr. 24 INCERCĂRI APLICATE PIESELOR SINTERIZATE DIN PULBERI METALICE.................................................................................130 Lucrarea nr.25 EVALUAREA MICROSTRUCTURII ŞI PROPRIETĂŢILOR PRIN MĂSURAREA FRECĂRII INTERNE......................................................133 BIBLIOGRAFIE ..................................................................................................138

4

Page 6: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 1. ÎNCERCĂRI NEDISTRUCTIVE ALE ALIAJELOR

Defectoscopia cu radiaţii penetrante, cu ultrasunete şi magnetică

Tehnica modernă de control, se axează în prezent foarte mult pe metode ce permit aprecierea calităţii materialelor şi pieselor fără a le distruge, pentru a preleva epruvetele necesare încercărilor.

Aceste metode se numesc încercări de defectoscopie. Ele permit evaluarea calitativă şi cantitativă a defectelor, precum şi a cauzelor ce au condus la apariţia lor, permiţând intervenţia în procesele tehnologice pentru eliminarea lor.

Principiul ce stă la baza încercărilor de defectoscopie, este înregistrarea diferenţierilor ce apar între diversele tipuri de energii introduse în material, faţă de nivelul energiei ieşite din materialul încercat.

Metodele folosite în prezent pe scară largă folosesc energia radiaţiilor penetrante X şi γ, a ultrasunetelor şi a câmpului magnetic. Fiecare procedeu are avantaje substanţiale într-un anumit domeniu de investigaţie, deci metodele în principiu se complectează reciproc, nu se substituie.

1.1.Defectoscopia cu radiaţii penetrante.

Principii teoretice. Radiografia industrială permite obţinerea informaţiilor privind calitatea

structurii interne şi a prezenţei defectelor din piese, înregistrate pe un document. Agentul de investigaţie sunt radiaţiile nucleare. Cunoscând caracteristicile

fasciculului incident şi analizând fasciculul emergent, un detector convenabil ales sensibil la modificările produse, se trag concluziile privind calitatea produsului examinat.

În radiografia industrială se folosesc radiaţiile electromagnetice penetrante X şi γ, caracterizate prin natura, valoarea lungimilor de undă şi energia lor.

Propagarea lor se face în linie dreaptă, cu viteza luminii şi datorită energiei mari pot pătrunde în materiale. Ele ionizează mediile prin care trec şi impresionează emulsiile fotosensibile. Asupra fiinţelor vii au o influenţă nocivă şi se impune luarea unor măsuri de protecţie deosebite.

Radiaţiile X se produc în tuburi roentgen, prin frânarea bruscă pe o ţintă a unui fascicol de electroni emişi de un filament încălzit şi acceleraţi de un câmp electric. Fotonii emişi au diferite lungimi de undă, în funcţie de potenţialul de accelerare.

Radiaţiile gama apar ca urmare a proceselor de dezintegrare ce au loc în nucleele elementelor sau în izotopii radioactivi. Energia lor depinde de natura surselor.

Sursele de radiaţii gama utilizate în tehnică sunt izotopii de Co-60 (perioada de înjumătăţire 5,3 ani) Iridium . 137 (T1/2 = 74 zile).

5

Page 7: Indrumar STM 2

La trecerea radiaţiilor nucleare prin substanţe apar modificări ale caracteristicilor fasciculelor incidente, ca urmare a interacţiei acestora cu particulele de material, concretizată prin absorbţie şi împrăştiere.

Legea atenuării radiaţiilor electromagnetice penetrante este: x

0X eII μ−⋅= (1) în care: Ix = intensitatea fasciculului emergent; I0 = intensitatea fasciculului incident; x = grosimea piesei; μ = coeficient de atenuare datorită proceselor de interacţie. Atenuarea are loc după o exponenţială, ce depinde de natura substanţei

penetrante de grosimea ei şi de energia fotonilor incidenţi. Metodele radiografice se bazează pe fenomenul de atenuare diferenţiată a

fasciculului de radiaţii incident, în cazul prezenţei neomogenităţilor în materialul examinat.

În raport cu fasciculul incident de intensitate I0 radiaţiile ce trec prin zone fără defecte I1 se atenuează mai mult decât cele ce trec prin zone cu defecte I2, I3, nedepinzând de poziţia acestora.

x

01 II μ−= (2) Fig.1.1. Schema atenuării

radiaţiilor. )xx(

02 II Δ−μ−= (3) x

x0

xx0

1

2 eeI

eeIII Δμ

μ−

Δμμ−

=⋅

⋅⋅= (4)

(5) 12 II > Imaginea radiantă purtată de fluxul emergent poate fi transformată în

imagine optică-radiografie. Radiofilmul se plasează pe obiectul de examinat. Pentru a determina durata

de expunere trebuie cunoscute: intensitatea sursei şi distanţa sursă-radiofilm. Practic, se lucrează cu nomograme de expunere specifice aparatelor şi surselor.

Folosirea unor ecrane intensificatoare (folii de Pb) duce la creşterea contrastelor înregistrate pe film şi la reducerea duratei de expunere.

Pentru interpretarea radiografiilor se compară zonele de diferite opacităţi de pe film cu imaginea unui indicator de calitate standard.

Interpretarea radiografiilor se face prin transparenţă folosind un dispozitiv de iluminare-negatoscop.

Defectoscopia cu raze X dă rezultate bune la piese metalice cu grosimi de până la 100-150 mm. Gamadefectoscopia permite cercetarea pieselor cu grosimi mai mar şi anume până la 200 – 300 mm.

Folosirea razelor gamma impune măsuri de protecţie mai severe decât la razele X, dar sursele sunt mai ieftine şi se pretează la condiţii de şantier.

6

Page 8: Indrumar STM 2

1.2.Defesctoscopia cu ultrasunete.

Principii teoretice. Ultrasunetele sunt vibraţii acustice cu frecvenţa între 105 – 109 Hz, ce se

propagă sub formă de undă elastică. Ele sunt caracterizate prin viteza de propagare, intensitate, reflexie şi atenuare.

Ultrasunetele sunt produse de oscilatoare piezoelectrice, compuse dintr-un cristal de cuarţ care supus unei tensiuni alternative, va produce vibraţii cu o frecvenţă egală cu cea a tensiunii aplicate.

Plăcuţele piezoelectrice (traductorul electroacustic) sunt montate într-un palpator ce transmite ultrasunete de la palpator la piesă.

Defectoscopia cu ultrasunete se bazează pe fenomenul de reflexie al ultrasunetelor, când acestea întâlnesc o suprafaţă de separaţie între două medii de densitate diferită. Metodele uzuale sunt metoda ecoului şi metoda umbrei.

Metoda ecoului cea mai folosită în practică foloseşte palpatoare piezoelectrice de emisie-recepţie cu frecvenţa de peste l MHz. În timpul liber dintre impulsurile iniţiale 1, capul recepţionează impulsurile

reflectate în piesă şi le înregistrează pe oscilogramă. Distanţa dintre semnalele A şi B este proporţionată cu lungimea L a piese. Dacă piesa are un defect la distanţa L1, fasciculul de ultrasunete nu mai ajunge în întregime la suprafaţa opusă capului de emisie-recepţie, fiind parţial reflectat de defect. Ultrasunetele reflectate de defect parcurg un drum mai scurt şi se întorc mai repede la capul de emisie recepţie, fiind înregistrată în oscilogramă sub forma ecoului defectului C, la distanţa L1 de impulsul iniţial. Înălţimea ecoului defectului este proporţională cu suprafaţa defectului. Metoda umbrei foloseşte tot impulsuri, dar lucrează cu un palpator de emisie şi unul de recepţie şi are o sensibilitate mai mică decât metoda

ecoului. Defectoscopia cu ultrasunete are sensibilitate foarte ridicată şi se pretează la orice materiale cu grosimi de până la 5 – 10 m.

Fig.1.2. Tehnica de examinare la metoda ecoului.

1-palpator, 2-piesa, 3-oscilograma, 4-defect.

A-emisie, B-fund, C-ecou.

7

Page 9: Indrumar STM 2

1.3.Defectoscopia magnetică.

Principii teoretice. Încercările magnetice se pot aplica numai pieselor feromagnetice. Câmpul

magnetic omogen se caracterizează prin linii de forţă drepte, paralele şi la distanţe egale.

Câmpul magnetic este caracterizat prin inducţia magnetică B, excitaţia magnetică H şi permeabilitatea magnetică μ după legea:

HB ⋅μ= (6) Introducând un material fero-magnetic într-un câmp magnetic, apare o

inducţie suplimentară. Magnetizarea unui material feromagnetic duce la formarea unui câmp

omogen în interiorul său, dacă şi materialul este omogen. Când există neomogenităţi deci când permeabilitatea magnetică este diferită în interiorul lui, câmpul va fi neomogen. Prezenţa defectului opune o rezistenţă trecerii liniilor de forţă, care vor trebui să ocolească porţiunea respectivă. Liniile de forţă vor fi deviate şi în apropierea zonei rezistente din suprafaţa corpului apare o îndesire locală ce duce la creşterea intensităţii, la formarea unui câmp de dispersie şi la

reţinerea pulberii presărate pe piesă.

Fig.1.3. Câmpul magnetic de dispersie.

Intensitatea câmpului magnetic de dispersie este influenţată de: poziţia defectului, orientarea lui, adâncimea la care se află, forma defectului, permeabilitatea magnetică şi mărimea excitaţiei magnetice aplicate. Se observă că metoda dă rezultate bune în cazul defectelor apropiate de suprafaţă, de formă alungită şi orientate sub un unghi cât mai apropiat de 90º cu direcţia fluxului magnetic.

Metodele de magnetizare folosite în defectoscopia magnetică sunt: magnetizarea liniară, circulară (transversală) şi mixtă (fig.1.4.).

Fig.1.4. Metode de magnetizare. a-magnetizare liniară cu electromagnet,

b-magnetizare transversală cu curent prin piesă.

8

Page 10: Indrumar STM 2

Punerea în evidenţă a câmpurilor de dispersie se poate face cu: pulberi magnetice şi cu bandă magnetică. Aplicarea pulberii magnetice pe suprafaţa de încercat se face prin procedee umede, folosind o suspensie de pulbere în fluid.

Fig.1.5. Schema bloc a unui defectoscop magnetic. 1-bloc de comandă, 2-surse de curent pentru magnetizare. 3-suporţi pentru magnetizarea

transversală, 4-electromagnet, 5-rezervor, 6-pompă, 7-stropitoare, 8-motor electric.

Modul de lucru La defectoscopia cu radiaţii penetrante se prezintă aparatura specifică şi o

serie de piese cu defecte, radiografiile lor şi interpretare. La defectoscopia cu ultrasunete se va efectua determinarea poziţiei

defectelor dintr-o piesă prin metoda ecoului şi se va reprezenta oscilograma rezultată.

La defectoscopia magnetică se va efectua practic magnetizarea longitudinală şi transversală a pieselor şi se vor pune în evidenţă zonele cu defect, prin reţinerea piliturii pe aceste zone.

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice:

− Care este principiul defectoscopiei cu radiaţii penetrante? − Cum se pun în evidenţă defectele structurale prin defectoscopia

cu ultrasunete? − Care este principiul defectoscopiei magnetice? − Ce metode de magnetizare se cunosc?

9

Page 11: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 2. ÎNCERCĂRI TEHNOLOGICE ALE TABLELOR ŞI SÂRMELOR

Încercările tehnologice au rolul de a stabili proprietăţile tehnologice ale materialelor, adică capacitatea acestora de a se preta la diferite metode de prelucrare la cald sau la rece. Încercările tehnologice le putem clasifica în două grupe:

I. Încercări tehnologice pentru determinarea proprietăţilor de prelucrare primară.

II. Încercări tehnologice pentru determinarea proprietăţilor de prelucrare secundară.

În prima grupă intră următoarele categorii de încercări: I.1. Încercări de turnabilitate – stabilesc caracteristicile de bază privind

comportarea materialului la turnare: fluiditatea, contracţia, tendinţa de segregare, etc;

I.2. Încercări de forjabilitate – stabilesc proprietăţile metalelor de a opune rezistenţă scăzută la deformare.

În grupa a doua intră următoarele categorii de încercări: II.1. Încercări de sudabilitate – stabilesc capacitatea metalelor de a forma

îmbinări sudate; II.2. Încercări de aşchiabilitate – determină capacitatea metalelor şi aliajelor

metalice de a se prelucra prin aşchiere; II.3. Încercări de uzură – permit aprecierea durabilităţii stratului superficial

în diverse condiţii de frecare; II.4. Încercări de deformabilitate – aprecierea proprietăţilor tehnologice care

se face pe baza măsurătorilor şi a stării suprafeţelor în urma încercărilor. În continuare se expun încercările de deformabilitate folosite în cadrul

laboratorului pentru verificarea caracteristicilor metalelor. Acestea sunt:

- încercarea la îndoire; - încercarea de răsucire a sârmelor; - încercarea de ambutisare – după metoda Erichsen

2.1. Încercarea de îndoire. Principii teoretice.

Se execută asupra aliajelor feroase şi neferoase pentru a verifica capacitatea

metalelor de a lua diferite forme prin încovoiere şi comportarea lor în timpul solicitării.

2.1.1. Încercarea la îndoire simplă Constă în deformarea unei epruvete rectilinii cu grosimea mai mare de 4

mm prin îndoire lentă şi continuă în jurul unei piese, până la formarea unui unghi între faţa unei ramuri a epruvetei şi prelungirea celeilalte ramuri îndoite.

10

Page 12: Indrumar STM 2

Încercarea se execută pe maşina universală de încercat. Se deosebesc trei tipuri de încercări:

- îndoire liberă în dispozitiv cu role la diferite unghiuri sub 160o (fig. 2.1.); - îndoire în matriţă la anumite unghiuri (fig. 2.2.); - îndoire completă la 180o, la diferite distanţe între ferestrele interioare ale

ramurilor deformate (fig. 2.3.).

Fig. 2.1. Schema îndoirii libere în diozitiv cu role:1 – role de sprijin, 2 – epruvetă, 3 – dorn de apăsare, l1 = D + 3 a; Dr – diametrul rolei de sprijin, D – diametrul poansonului

În timpul îndoirii epruvetele se vor

deforma, fibrele din partea exterioară se alungesc, iar cele din partea interioară se scurtează.

Epruvetele sunt standardizate, plate, rotunde sau poligonale. Lungimea se ia 5Q + 100 mm, dar nu mai mică de 200 mm. Modul de lucru

Fig. 2.2. Schema îndoirii în matriţă: 1 –

matriţa, 2 – epruvetă,3 – poanson, l1 = D + 3 a

: - Se măsoară epruveta trecând datele

în tabelul 2.1.; - Se aşează epruvetele pe rolele de

sprijin sau matriţă; - Se apasă dornul în mod continuu

fără şocuri asupra epruvetei până la un unghi sub 160o;

- Pe epruvetele descărcate se măsoară unghiul diedru α;

11

Page 13: Indrumar STM 2

Fig. 2.3. Schema îndoirii la 180o: 1 – bacuri, 2 – epruvetă, 3 - distanţier

- La îndoirea la 180o, după deformarea în dispozitiv, se continuă deformarea până la 180o când ramurilr ajung paralele, iar pentru reglarea distanţei între ramuri se folosesc cale de distanţare. Rezultatele se trec în tabelul 2.1.

Tabelul 2.1.

Dimensiunile iniţiale pruvetei [mm] ale e

Condiţii de încercat

Rezultate Nr. crt.

Materialul de încercat

a b d l0 D l1 α Z

Interpretarea rezultatelor

- Se examinează starea suprafeţei. Unghiul de îndoire limită se consideră atins la apariţia primei fisuri de maximum 5 mm pe suprafaţa întinsă a epruvetei;

- Se apreciază care din materiale se pretează la deformarea plastică prin îndoire şi se apreciază calitatea suprafeţei după aspect.

2.1.2. Încercarea la îndoire alternată.

Principii teoretice. Încercarea constă în îndoirea repetată la 90o, în sensuri opuse, a unei

epruvete fixate la un capăt, în jurul unor bacuri cu rază de racordare determinată. Se consideră îndoirea alternată îndoirea epruvetei la 90o şi readucerea ei la poziţia iniţială. Epruvetele folosite se prelucrează din table, benzi sau sârme. Dispozitivul de încercat este prezentat în fig. 2.4.

Modul de lucru:

- Epruvetele în stare iniţială trebuie să fie plane; - Se măsoară epruveta şi se trec datele în tabelul de rezultate (tab. 2.2.); - Se fixează cu un capăt între fălcile dispozitivului;

12

Page 14: Indrumar STM 2

- Se execută îndoiri alternative până la ruperea epruvetei. Ultima îndoire nu se ia în considerare deoarece ea nu este completă;

- Se păstrează viteza de îndoire constantă, iar aceasta nu trebuie să depăşească o îndoire pe secundă; Rezultatele se trec în tabelul 2.2.

Fig. 2.4. Dispozitivul încercării de îndoire alternantă 1 – suport pentru bacuri; 2 – bacuri schimbabile, cu diverse raze de racordare; 3 – antrenor cu fante; 4 – epruvetă.

Interpretarea rezultatelor - Se va reprezenta grafic variaţia nr. de

îndoiri f(Rbac) pentru fiecare material în parte;

- Se vor trage concluziile asupra comportării materialului..

Tabelul 2.1

Dimensiunile iniţiale ale

ruvetei, [mm] epNr.de îndoiri ptr. următoarele raze ale bacurilor

Nrcrt

Materialul de încercat d a b l0 h R=2,5 R=5 R=7,5 R=10

2.2. Încercarea la răsucire a sârmelor. Principii teoretice.

Serveşte la evidenţierea comportării sârmelor de grosime minimă 0,3 mm la solicitarea de răsucire şi depistarea neomogenităţilor, defectelor interioare sau exterioare ale materialului. Încercarea constă în răsucirea unei epruvete în jurul axei sale până la rupere. Lungimea liberă a epruvetei este L0 = 100d pentru sârme cu 1≤d<5 mm (L0 = 50d pentru 5≤d). Încercarea se execută cu un aparat a cărui schiţă de principiu este prezentată în fig. 2.5. Modul de lucru:

- Se fixează capetele în dispozitiv şi se tensionează sârme; - Se pune în funcţiune aparatul; - Se citeşte numărul de răsuciri înregistrate pe contorul aparatului; - Se împarte cifra la 2 deoarece controlul înregistrează jumătăţi de tură; - Se trec rezultatele în tabelul 2.3.

13

Page 15: Indrumar STM 2

Tabelul 2.3. Epruveta, [mm] Nr. de răsuciri Nr

. crt.

Materialul de încercat d Ltot L0 Nt1 Nt2 Nt3 Nt

med

Obs

Fig. 2.5. Schema de principiu a aparatului pentru răsucire 1 – motor electric 2 – cuplaj 3 – reductor 4 – numărător de rotaţii 5 – cap fix care are mişcare de rotaţie 6 – cap glisant de întindere 7 – întrerupător 8 – cablu 9 – sistem de pârghii cu greutăţi L0 – Lungimea liberă.

Interpretarea rezultatelor

- Se trag concluzii cu privire la comportarea materialului;

- Se observă forma şi aspectul rupturilor;

- Se face încercarea la îndoire alternantă a epruvetelor rupte la răsucire şi se trec concluziile.

2.3. Încercarea de ambutisare după metoda Ericksen. Principii teoretice.

Ambutisarea este procedeul de prelucrare a tablelor şi benzilor prin deformare plastică în scopul transformării lor în obiecte cave. În timpul ambutisării apar solicitări complexe care influenţează hotărâtor comportarea materialului. Pentru aprecierea comportării materialului, la ambutisare se pot utiliza mai multe metode dintre care metoda Ericksen este cea mai concludentă şi mai des folosită. Încercarea de ambutisare după metoda Ericksen constă în deformarea unei epruvete strânsă pe matriţa 1 printr-un inel de strângere 2, cu ajutorul unui poanson cu cap sferic 3, până la apariţia primei fisuri (fig. 2.6.) Adâncimea de ambutisare h exprimată în mm constituie indicele Ericksen. Epruvetele folosite sunt de formă pătrată sau circulară.

14

Page 16: Indrumar STM 2

Modul de lucru: - Se măsoară dimensiunile epruvetei; - Se unge suprafaţa de contact a epruvetei cu poansonul pentru a micşora

frecarea; - Se fixează epruvete între matriţă şi inelul de strângere; - Se aduce sistemul de măsurare la zero; - Se efectuează încercarea; - Se citeşte adâncimea de pătrundere a poansonului; - Se trec datele în tabelul 2.4.

Fig. 2.6. Schema încercării de ambutisare: 1 – matriţă, 2 – inel de strângere, 3 – poanson,

4 – epruvetă, Dm – diametrul matriţei, Dp – diametrul poansonului, Di – diametrul inelului de strângere, H – adâncimea de ambutisare.

Tabelul 2.4.

Dimensiunile epruvetei, [mm]

Condiţii de încercare, [mm]

Adâncimea calotei, [mm]

Nr. crt.

Materialul de încercat

g a(d) dp dm h1 h2 h3 hmed

Obs.

- Se compară rezultatele pentru diferite calităţi de tablă şi se trag concluziile.

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: De ce la îndoire tablele se fisurează la unghiuri diferite? De ce o sârmă normală şi una care înainte a fost răsucită, în cazul îndoirii alternate peste bacuri cu raza dată se rupe după un număr diferit de îndoiri? Care sunt proprietăţile materialelor care influenţează adâncimea până la care un material poate fi ambutisat?

15

Page 17: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 3. ÎNCERCĂRI DE DURITATE

Prin duritate se înţelege, în general, rezistenţa opusă de material, unei acţiuni de pătrundere mecanică a unui corp mai dur din exterior.

Scopul încercărilor de duritate este obţinerea de informaţii cu privire la caracteristicile imprimate materialului prin aplicarea unor tratamente termice, termochimice, mecanice (presare, trefilare, rulare, ecruisare, etc.), sau depuneri electrochimice.

Dintre multiplele metode de încercare a durităţii, în practica încercărilor şi-au dobândit un rol însemnat numai metodele de imprimare cu urmă remanentă, statice şi dinamice.

Metodele statice de determinare a durităţii, permit stabilirea durităţii în baza măsurării mărimilor fundamentale care definesc duritatea, forţa şi deformarea, viteza de aplicare a forţelor de încercare neavând o influenţă hotărâtoare asupra rezultatelor obţinute. Metodele statice utilizate în prac6tică se deosebesc între ele numai prin forma penetratorului şi prin felul în care se măsoară urma produsă (metodele: Brinell, Vickers, Rockwell).

Metodele dinamice de determinare a durităţii folosesc aparate speciale cu care sarcina este aplicată dinamic. Penetratorul pătrunde în materialul examinat acţionat de un şoc lăsând o urmă, (metodele Baumann, Poldi), sau este ricoşat /metoda Shore).

În continuare se expun detaliat următoarele metode de încercare a durităţii: metoda Brinell, metoda Vickers, metoda Rockwell şi metoda Foldi.

3.1. Încercarea durităţii prin metoda Brinell

3.1.1. Principii teoretice

Metoda Brinell este una dintre metodele cele mai frecvent utilizate în

examinarea metalelor cu durităţi mai mici de 650 HB. În principiu metoda (fig. 3.1.) constă în apăsarea, cu o sarcină F, un timp

dat, pe piesa de încercat, a unei bile din OL (CW) de diametru prescris D, perpendicular pe suprafaţa piesei de încercat şi măsurarea diametrului d, al urmei lăsate de bilă, după îndepărtarea sarcinii.

Se notează cu simbolul HB până la 450 HB şi cu simbolul NBW de la 450 până la 650 HB folosind bilă din carbură de wolfram.

Duritatea Brinell HB, se exprimă prin raportul dintre sarcina de încercare aplicată F şi aria urmei sferice lăsate de bilă de diametrul D pe piesa de încercat.

Duritatea se exprimă în unităţi Brinell, şi se calculează cu relaţia: HB sau HBW =

SF

gn

⋅1 unde S = ( )22

2dDDD −−⋅

π

Deci:

16

Page 18: Indrumar STM 2

HB sau HBW = ( )22

21dDDD

Fgn −−⋅

⋅π

gn – acceleraţia gravitaţiei, valoare normală. În practică valoarea durităţii HB

(HBW) nu se calculează pentru fiecare determinare ci se stabileşte din tabelele indicate în STAS 165-83 în funcţie de F, D şi d.

Pentru a se obţine rezultate identice în cazul folosirii penetratoarelor cu bile de diametre diferite şi sarcini de încărcare diferite, este necesar să existe o similitudine geometrică. Această similitudine este respectată când unghiul φ este identic la toate urmele.

În aceste condiţii se poate scrie:

2n

n22

22

1

1

DF ... ===

DF

DF = constant.

Raportul K = 21

DF

gn

⋅ se numeşte grad de

solicitare. Se recomandă pentru K valorile 30; 15; 10; 5; 2,5; 1 şi se alege astfel încât diametrul urmei

să satisfacă condiţia: 0,24 D < d < 0,6D.

Fig. 3.1. Schema încercării durităţii prin metoda Brinell

Valoarea durităţii este urmată de simbolul HB (HBW) cu trei indici, primul reprezentând diametrul D al bilei-penetrator, al doilea sarcina de încercare, în kgf, iar al treilea timpul de menţinere a sarcinii în secunde, de exemplu 250 HB 5/750/20. Pentru condiţiile de determinare cu bila de 10 mm diametru, sarcina 294,2 N şi timpul de menţinere de 10 … 15 s, simbolizarea se face numai prin HB (HBW).

Timpul de menţinere a sarcinii şi distanţele b şi c depind de natura materialului şi se aleg din SR EN.

Pentru determinarea durităţii Brinell se execută cel puţin trei încercări obţinându-se o valoare globală a durităţii materialului.

3.1.2. Materiale şi aparatură Piesele sau probele supuse încercării, trebuie să îndeplinească condiţiile

prevăzute de standard: suprafaţa examinată trebuie să fie lipsită de defecte (porozităţi, incluziuni) şi porţiuni oxidate. Grosimea minimă χ a piesei de încercat trebuie să fie de minim 8 ori adâncimea urmei h, care este dată de relaţia:

2

22 dDDh −−= [mm] (3.2.)

Suprafaţa de încercat va avea luciu metalic şi va asigura măsurarea corectă a diametrelor urmelor lăsate de bilă. Eventualele prelucrări nu vor modifica

17

Page 19: Indrumar STM 2

structura straturilor superficiale. Erorile ce pot apare sunt determinate: fie de o surpare în jurul bilei, fie de o umflătură în jurul urmei, fie de abaterea diametrului bilei de la valoarea nominală, fie de deformarea elastică sau plastică a bilei.

Aparatul pentru încercare (Balanţa Sibiu) realizează ciclul de încărcare şi descărcare Brinell în mod semiautomat. Cu acest aparat se pot realiza sarcini de 187,5; 250; 500; 750; 1000; 1500 şi 3000 Kgf. Penetratoarele folosite sunt bile cu diametre de 10; 5; 2,5; 2 lşi 1 mm confecţionate din oţel de rulmenţi.

Măsurarea diametrului urmei se face cu precizia de 0,01 mm folosind o lupă Brinell a cărui principiu de măsurare este prezentat în fig. 3.2.

3.1.3. Modul de lucru• Se alege penetratorul şi sarcina în funcţie de materialul ce se încearcă

şi se reglează aparatul; • Se aduce piesa în contact cu penetratorul; • Se pune în funcţiune aparatul Brinell; • După încetarea funcţionării aparatului se

coboară măsuţa aparatului se deplasează piesa la locul de măsurare şi se măsoară diametrul urmei pe două direcţii perpendiculare.

• Se fac trei încercări la distanţe indicate de STAS;

• Din tabele se determină duritatea prin citire;

• Dacă nu sunt rabele de duritate, se face calculul durităţii cu relaţia (3.1.).

Rezultatele obţinute se înscriu în tabelul nr. 3.1. 3.1.4. Interpretarea rezultatelorValorile obţinute experimental se compară cu cele din standard şi se trag

concluzii referitoare la proprietăţile mecanice şi tehnologice ale materialelor încercate.

Fig. 3.2. Principiul măsurării urmei

Tabelul 3.1. Diametrul mediu al urmei, [mm]

Duritatea Brinell Obs.Condiţiile încercării

urma

Nr. Crt.

Materialul încercat

F, [N]

D, [mm]

T, [s]

1 2 3 HB1 HB2 HB3 HBm

3.2. Încercarea durităţii prin metoda Vickers 3.2.1. Principii teoreticeMetoda Vickers se aseamănă în principiu cu metoda Brinell, constând în

apăsarea pe suprafaţa piesei de încercat, cu o sarcină prescrisă F, un timp dat, a

18

Page 20: Indrumar STM 2

unui penetretator piramidal drept, din diamant cu baza pătrată, având unghiul diedru la vârf, între feţele laterale opuse de 136° şi măsurarea diagonalelor d1 şi d2 ale urmei lăsate, pe suprafaţa încercată, după îndepărtarea sarcinii.

Duritatea Vickers simbolizată cu HV, se defineşte prin raportul forţei de încercare, aplicată penetratorului, la aria suprafeţei laterale, a urmei remanente produse de penetrator, urma fiind considerată ca o piramidă dreaptă, cu baza păstrată cu diagonala d=

221 dd + , având acelaşi unghi la vârf ca şi penetratorul.

Cu toate că este metoda cu cel mai larg interval de măsurare, putând fi folosită aproape universal, metoda Vickers nu este aşa de frecvent folosită ca metoda Brinell.

Unghiul de 136° între două feţe opuse la vârful penetratorului a fost astfel ales, pentru a se stabili o legătură cu duritatea Brinell. Intervalul diametrelor urmelor Brinell fiind stabilit la valori cuprinse între 0,240 şi 0,6 D, valoarea medie este 0,420. Ori piramida cu unghiul între feţele opuse de 136° are feţele tangente la o bilă de diametru D, după un cerc având diametrul d0 = 0,420 (fig. 3.3).

Notând cu F sarcina de încercare şi cu S aria suprafeţei laterale a piramidei cu diagonala d se obţine pentru duritatea Vickers expresia:

2218544,1

2136sin2

1dF

gdF

SF

gHV

nn

⋅⋅=

°

=⋅= (3.3)

gn – acceleraţia gravitaţiei, valoarea normală. Această metodă se aplică în intervalul cuprins între 4,95 HV şi 2964 HV. Adâncimea de penetrare a piramidei Vickers fiind numai 1/7 d, metode se prestează şi pentru încercarea durităţii depuse galvanic, etc. Urmele fiind foarte mici se determină duritatea locală.

Pentru determinarea durităţii prin metoda Vickers se execută cel puţin trei urme.

Din motive practice STAS-ul 492/1-85 recp,amdă pentru sarcinile de apăsare valorile: 5; 10; 20; 30; 50 şi 100 Kgf, iar pentru timpii de menţinere a sarcinii valorile: 10…15 s pentru oţel; 30…55 s pentru metale şi aliaje neferoase.

Duritatea Vickers se notează cu simbolul HV urmat de un indice care

reprezintă sarcina de încărcare ăn Kgf, când aceasta diferă de 294N şi separat printr-o linie oblică de un indice care reprezintă durata de menţinere )10…15 s); de exemplu: 450 HV 10 respectiv, 450 HV 100/30.

Fig. 3.3. Schema încercării durităţii prin metoda Vickers

19

Page 21: Indrumar STM 2

3.2.2. Materiale şi aparaturăPiesa sau proba de încercat trebuie să fie curată şi lipsită de oxizi în zona de

încercare. Rugozitatea suprafeţei va fi Ra = 0,4. Grosimea piesei (a) sau a stratului va fi minim 1,5 d în cazul metalelor şi aliajelor feroase dure şi de minim 3 d în cazul metalelor şi aliajelor neferoase moi. Modul de prelucrare a suprafeţei de încercat nu trebuie să modifice structura straturilor superficiale.

Încercarea se execută pe un aparat de tip portabil cu sarcini de încercare de 10 şi 30 Kgf.

Microscopul măreşte amprenta de 150 ori iar micrometrul permite măsurarea cu precizie de 0,001 mm. O rotaţie a şurubului micrometric ce reprezintă 100 diviziuni deplasează diafragma pe imaginea obiectivului cu 0,1 mm. Erorile ce pot apare sunt determinate: fie de aşezarea incorectă a probei, fie de măsurarea incorectă a diagonalelor urmei.

3.2.3. Modul de lucru • Piesa sau proba de încercat se aşează pe masa aparatului şi se

imobilizează. Cu ajutorul microscopului se caută o zonă curată pentru încercare. • Se execută penetraţia prin apăsarea penetratorului pe suprafaţa de încercat

lent progresiv fără şocuri. • Se ridică penetratorul şi se măsoară cele două diagonale ale urmei, după

care se calculează media aritmetică a lor. • Cu valoarea medie a celor două diagonale se determină duritatea Vickers

folosind tabelele aparatului; în lipsa tabelelor se calculează duritatea cu relaţia 3.3. Între 5 Kgf (49N) şi 100 Kgf (980N) duritatea obţinută este independentă de mărimea sarcinii de încercare.

• Se execută cel puţin trei urme respectându-se distanţele b = c = 2,5 d pentru piese din oţel, cupru şi aliaje de cupru.

• Rezultatele obţinute se înscriu în tabelul 3.2. Tabelul 3.2.

Diametrul mediu al urmei, [mm]

Duritatea Brinell Obs.Condiţiile încercării

urma Nr. Crt.

Materialul încercat Sarcina

F, [N] Timpul de menţinere al sarcinii R [s]

1 2 3

HB1 HB2 HB3 HBm

3.2.4. Interpretarea rezultatelor Pe baza rezultatelor obţinute se vor trage concluzii asupra structurii şi

proprietăţilor materialelor încercate.

20

Page 22: Indrumar STM 2

3.3. Încercarea durităţii prin metoda Rockwell 3.3.1. Principii teoretice Determinarea durităţii prin metoda Rockwell este una din încercările mult

utilizate în industria şi laboratoarele de cercetare a metalelor, fiind o metodă simplă şi rapidă dar mai puţin precisă decât metoda Vickers,

Duritatea Rockwell este numărul care reprezintă diferenţa dintre o adâncime convenţională dată (E) şi adâncimea pătrunderii remanente (e) a penetratorului sub o suprasarcină (F1), adâncimea remanentă măsurându-se faţă de poziţia penetratorului sub sarcina iniţială (F0).

Duritatea Rockwell se calculează cu relaţia HR = E-e (3.4.) Prin această metodă se determină rezistenţa pe care o opun metalele la

pătrunderea unui penetrator conic din diamant (încercarea A, C sau D) sau sferic din oţel (încercarea B. F sau G).

Încercarea constă în apăsarea penetratorului pe piesa de încercat în trei faze şi anume: (vezi fig. 3.4.).

• Faza 1 – se aplică penetratorului

sarcina iniţială (F0) sub acţiunea căreia acesta, pătrunde în piesă la o adâncime (a), care este considerată poziţie iniţială: dispozitivul de măsurare a adâncimii de penetrare se aduce la zero (la unele aparate se realizează automat);

• Faza 2 – se aplică penetratorului suprasarcina (F1), acesta pătrunzând sub acţiunea sarcinii totale F=F0+F1 mai adânc în masa piesei de încercat până la o adâncime (b);

• Faza 3 – se îndepărtează suprasarcina (F1) (la unele aparate având loc automat), menţinându-se sarcina iniţială, fapt ce provoacă revenirea

penetratorului la o adâncime (e) măsurată faţă de poziţia iniţială a penetratorului. Determinarea durităţii se face pe baza măsurării cu comparatorul cu cadran

a creşterii adâncimii urmei remanente (e). Duritatea Rockwell se notează corespunzător scării utilizate (de exemplu

57HRC înseamnă duritatea 57 obţinută cu un con de diamant sarcina totală fiind 1471N1.

3.3.2. Materiale şi aparatură Pentru executarea încercării se folosesc piese sau probe care trebuie să aibă

suprafeţe plane, netede (Ra = max. 1,6) lipsite de defecte, oxizi, impurităţi şi

Fig. 3.4. Schema încercării durităţii prin metoda Rockwell scara C.

21

Page 23: Indrumar STM 2

unsori. O condiţie esenţială impusă la această metodă de încercare, este asigurarea imobilităţii piesei în cursul încercării. Suprafaţa de încercat trebuie să fie perpendiculară pe axa penetratorului cu abatere maximă de 2°.Grosimea pieselor trebuie să fie de cel puţin 10 e.

Încercarea se execută pe un aparat Rockwell prevăzut cu un dispozitiv indicator cu două scări:

• Scara Rockwell B pentru domeniul 0 – 130 HRB • Scara Rockwell C pentru domeniul 0 – 100 HRC • Valoarea unei diviziuni de pe scara dispozitivului indicator (o unitate

de duritatea Rockwell) corespunde cu o adâncime de pătrundere a penetratorului de 0,002 mm. Sarcinile de încercare sunt:

o Sarcina iniţială F0 = 98,07 N; o Sarcina totală pentru scara Rockwell B = 980,7 N; o Sarcina totală pentru scara Rockwell C = 1471 N.

Aparatul are un dispozitiv pentru încărcare-descărcare automată a penetratorului, cu o viteză de aplicare a sarcinii sub 1 mm/s şi cu o durată de încercare reglabilă între 8s şi 20 s.

Aplicarea sarcinii iniţiale F0 este semnalizată de o lampă electrică prin stingerea ei. Manevrarea aparatului se face prin două manete.

3.3.3. Modul de lucru

• Se verifică dacă manetele aparatului sunt în poziţiile corespunzătoare începerii lucrării (maneta mică în sus, manta mare în jos) şi lampa de semnalizare a aplicării sarcinii iniţiale funcţionează;

• Se fixează în montura aparatului penetratorul, care poate fi un con de diamant cu unghiul la vârf de 120 ± 0,5° la încercarea C sau sferic dintr-o bilă de oţel călit de diametru 1,588 mm la încercarea B.

• Se reglează aparatul pentru condiţiile prescrise la încercarea respectivă.

• Se examinează piesa dacă îndeplineşte condiţiile încercării, după care se aşează pe masa aparatului şi se aduce în contact cu penetratorul în mod lent şi progresiv pentru a nu se produce şocuri; se continuă apăsarea piesei de penetrator prin ridicarea mesei până la stingerea lămpii de semnalizare, fapt ce marchează aplicarea sarcinii iniţiale F0: se opreşte ridicarea mesei.

• Prin coborârea manetei mici se aplică asupra penetratorului suprasarcina (F1); din acest moment maneta mare se ridică, asupra penetratorului acţionând sarcina totală F = F0 + F1 durata prescrisă (8, 15 sau 20s) în funcţie de materialul supus încercării.

• Pe parcursul ridicării manetei mari are loc descărcarea penetratorului de suprasarcina F1 de către mecanismul automat, sarcina iniţială F0 acţionând în continuare penetratorul.

• Se citeşte pe dispozitivul indicator direct duritatea Rockwell fără a mai calcula diferenţa HR = E - e pentru că, cadranul dispozitivului indicator a fost

22

Page 24: Indrumar STM 2

adus la zero în mod automat în timpul aplicării sarcinii iniţiale asupra penetratorului.

• Se coboară maneta mare, lampa de semnalizare se aprinde, fapt ce marchează descărcarea penetratorului de sarcina iniţială; în timpul coborârii manetei mari, maneta mică se ridică.

• Se coboară masa aparatului cu piesa, aparatul fiind astfel pregătit pentru o nouă încercare, repetându-se încă de două ori încercarea; distanţa între două urme respectiv între urmă şi marginea piesei va fi de minim 2 mm în cazul penetratorului conic şi de cel puţin 3 mm în cazul penetratorului sferic. Erorile cele mai frecvente sunt cauzate de aşezarea incorectă a probelor.

• Rezultatele obţinute se înscriu în tabelul 3.3. Tabelul 3.3.

Duritatea Rockwell Obs. Nr. Crt.

Materialul Încercat Scara

Sarcina Iniţială F0[N]

Supra SarcinaF1, [N]

SarcinaTotală F, [N]

HR HR2 HR3 HRmed

3.3.4. Interpretarea rezultatelor. Cu ajutorul rezultatelor obţinute se trag concluzii asupra proprietăţilor

materialelor încercate. 3.4. Încercarea durităţii prin metoda dinamică-plastică 3.4.1. Principii teoretice. Determinarea durităţii prin metoda dinamică-plastică cu bară de comparaţie

se bazează pe pătrunderea unui penetrator sferic (bilă de oţel) simultan în materialul de încercat şi în bara de comparaţie sub efectul forţei care acţionează asupra penetratorului în mod practic instantaneu.

Din egalitatea lucrurilor mecanice produse pentru pătrunderea penetratorului în piesă şi în bara de comparaţie, rezultă, în urma unor transformări matematice, relaţia de calcul a durităţii piesei încercate:

2

2

p

eep d

dHBHB ⋅= (3.5.)

Unde: HBp este duritatea piesei încercate: HBe – duritatea barei de comparaţie; dp – diametrul urmei pe piesa încercată; de – diametrul urmei pe bara de comparaţie.

23

Page 25: Indrumar STM 2

Această metodă se foloseşte la determinarea durităţii pieselor de gabarit mare, inaccesibile aparatelor de duritate statică.

Rezultatele determinării durităţii cu această metodă sunt afectate de erori până la ±10% faţă de valoarea durităţii statice (HB). Din acest motiv metoda nu este standardizată, fiind utilizată cu caracter informativ. Metoda se aplică la încercarea pieselor cu duritatea mai mică de 450 HB.

3.4.2. Materiale şi aparatură. Pentru executarea încer4cării se folosesc piese sau probe care trebuie să fie

lipsite de defecte (porozităţi, incluziuni, oxizi) în zona de încercat. Grosimea piesei va fi mai mare de 10 mm.

Suprafaţa supusă examinării se prelucrează printr-o metodă care să nu modifice structura şi să asigure măsurarea corectă a diametrelor urmelor.

Aparatul folosit la executarea încercării este prezentat în fig. 3.3. Lucrul mecanic de lovire se realizează cu un

ciocan de 0,5 kg.

Fig. 3.5. Aparatul POLDI 1 – carcasă; 2 – tijă mobilă; 3 – bară de comparaţie; 4 – bilă de oţel de φ 10; 5 – arc elicoidal 6 – piesa de încercat

Pentru măsurarea diametrelor urmelor se foloseşte o lupă ce are o scară gradată cu precizia de 0,1 mm, iar cu ajutorul tabelelor ataşate aparatului se determină duritatea echivalentă Brinell. 3.4.3. Modul de lucru

• Se aşează bila pe materialul de încercat, aparatul fiind ţinut în poziţie perpendiculară pe suprafaţa piesei de încercat.

• Se aplică cu ciocanul o lovitură pe tija aparatului, bila producând o urmă în bara de comparaţie şi o urmă pe piesa de încercat.

• Se măsoară diametrul urmelor de pe bara de comparaţie şi de pe piesa încercată cu ajutorul lupei aparatului. Se ia drept diametru al urmei media aritmetică a două citiri pe două direcţii perpendiculare.

• Din tabelele ataşate aparatului se determină duritatea pentru fiecare încercare; în lipsa tabelelor duritatea se va calcula cu relaţia 3.5.

• Se execută trei încercări distanţa între urmele învecinate păstrându-se de 3 d. Mărimile urmelor se recomandă să fie menţinute între limitele 0,240 şi 0,60.

• Rezultatele obţinute se înscriu în tabelul nr. 3.4.

24

Page 26: Indrumar STM 2

Tabelul 3.4. Duritatea piesei HBp Diametrul

mediu al prentei pe

piesă, am

[mm]

Diametrul mediu al amprentei pe bara de comparaţie [mm]

Încercarea Nr. Crt.

Material Încercat

Duritatea barei de comparaţie, HBe

1 2 3 1 2 3 1 2 3

Media

3.4.4. Interpretarea rezultatelor Rezultatele obţinute se compară cu cele din STAS trăgându-se concluzii

asupra proprietăţilor încercate.

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice:

- Care este diferenţa dintre metodele statice şi cele dinamice de determinare a durităţilor?

- Ce tipuri de penetratoare se utilizează la diferite metode de determinare a durităţii?

- Prin ce metode se determină dimensiunile urmelor lăsate de penetratoare?

25

Page 27: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 4. ÎNCERCĂRI MECANICE STATICE

Prin încercări mecanice se înţeleg toate determinările privind comportarea materialelor la anumite solicitări, în scopul determinării caracteristicilor mecanice. Încercările mecanice pot fi:

- încercări statice, la care viteza de solicitare este de cel mult 10 daN/mm2·s, sau frecvenţa de solicitare este cel mult egală cu 50 cicluri/s şi

- încercări dinamice, la care viteza de solicitare este mai mare de 10 daN/mm2·s, sau frecvenţa de solicitare este mai mare de 50 cicluri/s.

În urma încercărilor mecanice se determină proprietăţile materialelor, sau se verifică dacă acestea satisfac anumite condiţii impuse.

În cadrul încercărilor mecanice statice se vor executa şi studia încercările : la tracţiune (întindere), la compresiune, la încovoiere şi la forfecare.

4.1. Încercarea la tracţiune

Principii teoretice Încercare la tracţiune constă în aplicarea, în general până la rupere, asupra

epruvetei a unei sarcini de tracţiune, în vederea determinării anumitor caracteristici mecanice.

Epruveta confecţionată din materialul dorit se prinde în capetele unei maşini universale de încercat la tracţiune, care aplică în lungul axei ei o forţă statică (lentă, continuă, progresivă şi fără şocuri, fig.4.1).

Fig. 4.1. Modul de prindere

al epruvetei

În timpul încercării epruveta suferă deformaţii elastice, apoi plastice (se alungeşte, se gâtuieşte), se ecruisează şi în cele din urmă se rupe. Felul cum decurge solicitarea se înregistrează automat de către maşina de încercat ( sau se determină experimental) sub forma unei diagrame denumită curbă caracteristică convenţională la tracţiune (fig.4.2). Ea se reprezintă în coordonatele: tensiunea curentă în epruvetă (σ) şi alungirea specifică (ε). Prin tensiune curentă în epruvetă (σ) se înţelege raportul dintre sarcina curentă şi aria secţiunii iniţiale a epruvetei, iar prin alungire sau lungire specifică se înţelege raportul dintre deformaţia liniară (ΔL) şi lungimea (L) a unui element dintr-un corp care se deformează: [ ]%;100.

LLΔ

Urmărind pe figura 4.2 deformarea epruvetei, se disting mai multe regiuni. Până în punctul A, numit limită de proporţionalitate, căruia îi corespunde o tensiune limită de proporţionalitate σp, lungirile specifice cresc proporţional cu tensiunile. Ecuaţia acestei porţiuni se exprimă prin legea lui Hooke : σ = E ⋅ ε ‚

26

Page 28: Indrumar STM 2

unde E este o constantă a materialului denumită modul de elasticitate (modulul lui Young).

Pe intervalul 0 – B deformaţiile epruvetei sunt elastice, adică ele dispar odată cu descărcarea epruvetei. Punctul B, situat la limita acestui interval definit de o tensiune de elasticitate σe, se numeşte limită de elasticitate.

Fig. 4.2. Curba caracteristică convenţională la tracţiune a unui oţel cu plasticitate medie.

După depăşirea limitei de elasticitate, în dreptul unui punct C, se constată că epruveta continuă să se deformeze, fără ca tensiunea să crească. Acest punct se

numeşte limită de curgere şi-i corespunde o tensiune de curgere σc. Traseul aproximativ orizontal, de multe ori sinuos, al curbei caracteristice ce urmează limitei de curgere este numit palier de curgere (C – D).La unele materiale palierul de curgere lipseşte, iar stabilirea limitei de curgere întâmpină dificultăţi. Ca urmare, se defineşte drept limită de curgere tehnică punctul de pe curba caracteristică căruia îi corespunde după

descărcarea epruvetei o lungire specifică remanentă de 0,2 %. Tensiunea normală corespunzătoare acestei limite se notează cu σ 0,2 .

Solicitat peste limita de curgere materialul prezintă proprietăţi plastice, adică el poate fi modelat uşor şi adus la forme dorite.

După depăşirea limitei de curgere curba caracteristică prezintă un nou traseu ascendent , numit zonă de întărire, până în dreptul ordonatei maxime E căreia îi corespunde, prin convenţie, tensiunea de rupere, deşi ruperea se produce în punctul F, la un efort mai mic.

σr ( ) ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 2

0

max ;mm

NS

FRm . Fig.4.3. Curba caracteristică pentru:

Acest lucru se datoreşte modului convenţional de a construi diagrama, deoarece tensiunea în epruvetă este raportată întotdeauna la secţiunea iniţială a ei şi nu la cea din momentul

1 – material cu tenacitate mare; 2 – material cu

fragilitate mare.

27

Page 29: Indrumar STM 2

ruperii. Pentru diferite materiale importantă este limita de curgere convenţională (pentru o alungire neproporţională prescrisă) notată cu Rp [N/mm], ce corespunde la o anumită valoare a lungirii neproporţionale (la oţeluri valoarea ei se ia egală cu Ap = 0,2 % şi această cifră se trece drept indice limitei de curgere).

În cazul în care supunem încercării la tracţiune materiale foarte moi (tenace) sau foarte dure (fragile), curba caracteristică are aspectul din figura 4.3.

Epruvete şi determinări

Epruvetele folosite la încercarea la tracţiune pot fi cu secţiune rotundă (cilindrice) sau dreptunghiulară (epruvete plate, fig. 4.4.). Ele au o porţiune calibrată şi două capete pentru prinderea în dispozitive.

Notaţiile au următoarele semnificaţii: d0 – diametrul iniţial în porţiunea calibrată; a0 şi b0 – grosimea şi lăţimea iniţială în porţiunea calibrată;L0 – lungimea iniţială; Lc – lungimea calibrată; Lt – lungimea totală; h – lungimea capetelor de prindere; B,D – lăţimea şi respectiv diametrul capetelor de prindere.

Epruvetele se execută cu factorul dimensional n = 5 sau n = 10 (n fiind raportul între L0 şi d0).

În urma încercării la tracţiune se pot determina următoarele caracteristici: - rezistenţa la rupere la

tracţiune: ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 2

0

max ;mm

NS

FRm ;

- limita de curgere aparentă:

Rc sau ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 2

02,0 ;

mmN

SF

R c ;

unde Fmax, Fc – forţele aferente, [N];

S0 - aria secţiunii iniţiale

a epruvetei, [mm2]. Fig. 4.4. Epruveta pentru încercarea la tracţiune: a – cu secţiune rotundă; b – cu secţiune dreptunghiulară. De asemenea se poate

determina alungirea (lungirea) specifică (σ),

alungirea totală (At), alungirea la rupere (An) şi gâtuirea la rupere (Z): - lungirea (alungirea specifică) se referă la un element dintr-un corp ce se

deformează: [ ],%;100⋅Δ

=LLε

- alungirea totală (alungirea determinată de aplicarea unei sarcini); [ ],%;100100

00

0 ⋅Δ

=⋅−

=LL

LLLA u

t ;

- alungirea la rupere (determinată pe epruvete după rupere, n – factor dimensional)

28

Page 30: Indrumar STM 2

[ ],%;100.0

0

LLLA u

n−

=

- gâtuire la rupere : [ ],%;100.0SSSZ uo −

=

unde: - L este lungimea epruvetei la un moment dat [mm]; L0 – lungimea iniţială

[mm]; Lu lungimea după rupere [mm]; So şi Su – aria secţiunii iniţiale şi aria epruvetei în momentul ruperii[mm2].

Modul de lucru - Se studiază maşina de încercat şi se identifică comenzile; - Se măsoară epruvetele de încercat şi se completează tabelul 4.1; - Se prind epruvetele în capetele de prindere; - Se pune maşina în funcţiune şi se încearcă epruvetele până la rupere; - Se determină forţele, deformaţiile şi se măsoară epruvetele încercate; - Se completează tabelul 4.2. şi se calculează Rm, An şi Z. Tabelul 4.1

Dimensiunile iniţiale ale epruvetelor, [mm] Nr. crt.

Material d0 a0 b0 S0 L0 Lc Lt D B h

Tabelul 4.2

Dimensiunile epruvetei după rupere, [mm]

Nr. crt.

Forţa maximă [N] du au bu Su Lu

Alungirea la rupere, [%] An

Gâtuirea la rupere, [%] Z

Rezistenţa la rupere Rm, [N/mm2]

4.2. Încercarea la compresiune Principii teoretice Încercarea constă în aplicarea asupra epruvetei a unei sarcini de

compresiune, în general până la ruperea ei, în vederea determinării anumitor caracteristici. Încercarea se aplică la materiale la care prin încercarea la tracţiune nu se pot determina prea multe caracteristici, ca de exemplu: fonta, bronzul, alama, sau unele materiale de construcţii (ciment, cărămidă, beton, lemn).

Fig.4.5. Schema

încercării la compresiune.

La această încercare forţele sunt orientate în sens invers forţelor de tracţiune (fig. 4.5). Ele sunt dezvoltate tot de o maşină universală de încercat care înregistrează automat deformaţiile epruvetei pe o curbă caracteristică (fig. 4.6). Ca urmare în locul alungirii epruvetei se obţine o scurtare, iar în locul gâtuirii, o umflare. De remarcat este faptul că la

29

Page 31: Indrumar STM 2

compresiune ruperea se înregistrează numai la materiale fragile, la cele tenace se obţine o deformaţie plastică continuă, (în acest caz încercarea se efectuează până la o scurtare de 50%).

Pentru a se obţine o determinare bună la compresiune trebuie ca forţele de frecare între platourile maşinii şi epruvetă să fie mici. În acest

scop platourile de obicei se ung cu parafină, iar ruperea epruvetelor are loc in lungul lor şi nu după un plan la 450. (fig.4.7)

Epruvete şi determinări.

Epruvetele folosite au formă

cilindrică având de cele mai multe ori diametrul egal cu înălţimea, sau conform standardului în vigoare. Suprafeţele epruvetei (bazele şi cea laterală) trebuie să fie prelucrate prin rectificare. În urma încercării epruveta îşi micşorează lungimea şi îşi măreşte diametrul (fig.4.8.)

Fig. 4.6. Curba caracteristică la compresiune Prin încercare se pot determina

următoarele caracteristici de rezistenţă: - Rezistenţa la rupere la compresiune

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 2

0

max ,mm

NS

FRc ;

- Limita de curgere (aparentă) : ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 2

0

,mm

NSF

R cece ;

Unde: Fmax (Fce) este forţa aferentă pentru alungirea specifică respectivă, în daN sau N; S0 – aria secţiuni iniţiale a epruvetei în [mm2]. De asemenea se mai pot determina scurtarea şi umflarea epruvetei cu următoarele relaţii: - scurtarea la rupere (la epruvete încercate până la rupere),

[ ]0

0

0

0

13,1,%;100

SLn

LLLA u

cn =⋅−

=

- umflarea secţiunii transversale a epruvetei la rupere [ ],%;100.

0

0

SSSZ u

c−

=

unde: L0 este lungimea iniţială a epruvetei în [mm]; Lu – lungimea la rupere în [mm]; S0 – aria secţiunii iniţiale a epruvetei, [mm2]; Su – aria secţiunii la rupere în [mm2]. Fig.4.7. Forme de rupere

încercarea la compresiune pentru epruvete din fontă.

30

Page 32: Indrumar STM 2

Modul de lucru

- se măsoară dimensiunile epruvetelor şi se trec datele în tabelul 4.3;

- se aşează epruvetele pe platoul inferior al maşinii de încercat, şi se aduce platoul superior în contact cu ea;

- se pune în funcţiune maşina şi se studiază deformaţiile epruvetei;

Fig. 4.8. Epruvetă după încercare - se citesc forţele indicate de maşină, - se măsoară epruvetele şi se trec datele în

tabelul 4.3, efectuându-se şi calculele necesare

Tabelul 4.3 Dimensiunile epruvetei Iniţiale Finale

Nr. crt.

Material Forţa max. Fmax, [daN]

L0 [mm]

d0 [mm]

S0 [mm2]

Lu [mm]

Du [mm]

Su [mm2]

Rezis-tenţa la com-presiuneRc [daN/mm2]

ScurtareaAcn [%]

Um-fla-rea Zc [%]

4.3. Încercarea la încovoiere.

Principii teoretice

Încercarea constă în aplicarea asupra epruvetei a unei sarcini de încovoiere până la ruperea acesteia, în vederea determinării anumitor caracteristici. Ea se aplică în general materialelor fragile (fonte); materialele tenace nu se pot încerca prin încovoiere deoarece ele sufere în acest caz o simplă îndoire.

Epruveta de încercat se aşează liber pe două role cilindrice şi asupra ei se aplică o forţă statică, la mijlocul distanţei dintre reazeme (fig. 4.9, forţa fiind dezvoltată de o maşină universală de încercat).

Sub acţiunea sarcinii epruveta se deformează (se încovoaie) şi la un moment dat se rupe. Ea suferă tensiuni de întindere la partea inferioară şi de compresiune la cea superioară; fibra medie rămâne însă de lungime constantă. Deformaţia pe verticală a epruvetei în timpul încercării poartă numele de săgeată (f).

31

Page 33: Indrumar STM 2

Epruvete şi determinări.

Pentru încovoiere se utilizează epruvete cilindrice cu raportul L/d0 >20, în stare turnată, prelucrate sau neprelucrate. În urma încercării se pot determina următoarele caracteristici: - rezistenţa la rupere la încovoiere (σi),

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 2;mm

NWMiR

zi ,

unde: Mî este momentul de încovoiere la rupere,

(daN·mm); Wz – modulul de rezistenţă (mm3). Fig. 4.9 Schema încercării la

încovoiere. Dacă ne referim la fig. 4.9 ,

iM şi 32. 3

0dWz

π= deci max3

0

...8 FdlRî

π= ;

30.

.8dlc

π= deci max.FcRî = .

Valoarea consatantei c este dată de standard pentru diferite dimensiuni de

epruvete. Săgeata de încovoiere – f (mm) – este deformaţia epruvetei pe verticală în

punctul de aplicare al sarcinii. De obicei se măsoară direct la maşina de încercat. Standardul indică pentru evitarea erorilor condiţiile de încercare din tabelul

4.4.

Tabelul 4.4. Diametrul epruvetei, do (mm)

Lungimea epruvetei lo (mm)

Diametrul rolelor D (mm)

Distanţa dintre reazeme l(mm)

Raza piesei de apăsare R (mm)

Sarcina iniţială (daN)

9 13 20 30 45

220 300 450 650 1000

20 –30 20 – 30 50 – 60 50 – 60 50 - 60

180 260 400 600 900

10 – 15 10 – 15 25 – 30 25 – 30 25 - 30

2 – 4 4 – 6 10 – 20 20 – 40 40 - 80

Modul de lucru - Se măsoară dimensiunile epruvetelor şi se trec în tabelul 4.5, - Se aşează epruveta la maşina de încercat, - Se pune în funcţiune maşina şi se urmăresc indicaţiile aparatelor, - Se trec rezultatele în tabel şi se fac calculele necesare.

32

Page 34: Indrumar STM 2

Tabelul 4.5

Dimensiunea epruvetei

Nr. crt.

Material

do [mm]

lo [mm]

Lungimea de înc.l [mm]

Diame-trul rolelor D [mm]

Raza piesei de apă-sare R [m]

Sarcina ini-ţială Fi [N]

Sarcina max. Fmax [N]

Rezistenţa la încovoiere Rî

[N/mm]

Săgea-ta F, [mm]

4.4. Încercarea la forfecare

Principii teoretice

Constă în aplicarea asupra epruvetei a unei sarcini de forfecare, în vederea determinării anumitor caracteristici. Este rar folosită şi se aplică mai ales la materialele care sub formă de piese finite vor fi solicitate la forfecare. Se aplică numai la materialele care au rezistenţă la tracţiune sub 50 daN/mm2. În cazul încercării la forfecare epruveta se rupe întotdeauna în două sau mai multe secţiuni (fig. 4.10). solicitarea la forfecare de cele mai multe ori nu este pură, ci este

însoţită de strivire, compresiune bilaterală şi de încovoieri ale materialului încercat.

Epruvete şi încercări

Epruvetele utilizate sunt cilindrice sau paralelipipedice. La executarea lor trebuie avut în vedere ca ruperea să se producă la solicitarea de forfecare pură. În urma încercării se determină rezistenţa de rupere prin forfecare.

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 222

0

max ;;;. mm

kgfmm

NmmdaN

SnF

rτ ;

Fig. 4.10. Dispozitivul folosit la încercare

1 – corpul, 2 – glisieră,

unde: F max este forţa maximă, (daN); S0 – secţiunea iniţială a epruvetei, (mm2); n – numărul secţiunilor de rupere prin forfecare (în cazul de faţă două)

3 şi 4 - fălci de fixare, 5 – falcă de tăiere.

Pentru o încercare corectă de forfecare pură trebuiesc respectate datele prezentate în tabelul 4.6.

33

Page 35: Indrumar STM 2

Tabelul 4.6 Diametrul epruvetei d

(mm) Grosimea fălcii fixe

X (mm) Grosimea fălcii de

tăiere Y (mm) Lungimea epruvetei

(minimă) (mm) de la 2 la 5 de la 5 la 8 de la 8 la 12 de la 12 la 16 de la 16 la 20 de la 20 la 25

5 6 8 10 12 16

5 8 12 16 20 25

15 20 28 36 44 57

Modul de lucru - Se măsoară dimensiunile epruvetei şi se trec valorile în tabelul 4.7, - Se introduce dispozitivul şi cu epruveta între platourile maşinii universale de

încercat, - Se porneşte maşina, se înregistrează indicaţiile aparatului de măsura şi se fac

calculele necesare. Tabelul 4.7

Dimensiunile epruvetei Nr. crt.

Materialul epruvetei lo

[mm] ao

[mm] bo

[mm] do

[mm] So

[mm2]

Nr. de secţi-uni, n

F max (daN)

Rezistenţa la forfecare τr, (N/mm2)

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice:

• Definiţi limita de proporţionalitate a unui material şi explicaţi cum sunt lungirile specifice ale acestuia pe intervalul OA (vezi fig. 4.2);

• Care este punctul de pe curba caracteristică convenţională (vezi fig. 4.2), în care începe curgerea materialului?

• Cum sunt lungirile specifice ale materialului pe intervalul CD?; Cum este definit acest interval?

• Pe ce interval de pe curba caracteristică a materialului acesta poate fi modelat (deformat plastic)?

• Cum este definită rezistenţa la rupere a unui material şi în ce punct de pe curba caracteristică a materialului are loc ruperea acestuia (vezi fig. 4.2)?

• Explicaţi curba caracteristică pentru materiale tenace şi materiale fragile? • Ce fel de tensiuni suferă un material care este încercat la încovoiere

(respectiv partea superioară şi partea inferioară a materialului)?

34

Page 36: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 5 ÎNCERCĂRILE NISIPURILOR DE TURNĂTORIE

Nisipurile de turnătorie sunt substanţe granulare rezultate din descompunerea rocilor metamorfice sau eruptive, având drept component de bază silicea (SiO2), şi o anumită cantitate de componentă levigabilă (argilă).

Pentru ca nisipul să fie utilizat cu succes în turnătorie el trebuie să prezinte anumite proprietăţi fizico – chimice, dependente de o serie de factori specifici ca: forma granulelor, compoziţia granulometrică, conţinutul de minerale însoţitoare nocive (cu punct de fuziune scăzut, generatoare de gaze, etc.) şi altele, a căror cunoaştere se realizează prin încercările aplicate nisipurilor.

5.1. Determinarea părţilor levigabile Principii teoretice Prin părţi levigabile se înţeleg particulele minerale cu dimensiuni sub 0,02

mm prezente în nisip, fie sub formă de praf între granule, fie sub formă de pelicule în jurul granulelor de nisip, particule ce pot fi separate şi înlăturate prin spălări repetate cu apă şi un agent de dispersie.

Partea levigabilă a nisipurilor constituie o componentă nedorită a acestora, întrucât influenţează negativ proprietăţile tehnologice ale amestecurilor de formare preparate din nisipul respectiv.

Modul de lucru Se cântăresc 25 g nisip uscat şi se introduc într-un pahar Berzelius de 600

cm3 de tip înalt. Se adaugă 200 cm3 apă şi 25 cm3 soluţia de NaOH în apă 1% ca agent de dispersie. În vas se mai introduce şi o bucată de sârmă de oţel φ 3 x 30 mm cu rol de agitator pentru conţinutul paharului în timpul spălării.

Pentru spălare se va utiliza agitatorul magnetic prezentat în fig. 5.1., timp de 5 minute. După spălare se completează conţinutul paharului cu apă până la 550 cm3 (circa 125 mm de la fundul paharului) şi se lasă în repaus 8 minute pentru decantarea nisipului. Fig. 5.1. Agitator magnetic 1 – carcasă suport, 2 – motor electric cu turaţie reglabilă, 3 – magnet permanent fixat de axul motorului, 4 – platoul agitatorului, 5 – paharul Berzelius, 6 – conţinutul paharului (nisip, apă, tijă de sârmă).

După decantarea nisipului substanţele levigabile rămân în suspensie şi se îndepărtează prin sifonare folosind o ţeavă sifon (trompă) vezi fig.5.2.

35

Page 37: Indrumar STM 2

Elementul de distanţare fixat de capătul scurt şi ţevii asigură sifonarea până la un nivel de 30 mm de fundul paharului, eliminând posibilitatea evacuării unor cantităţi de nisip din pahar.

Pentru înlăturarea completă a părţilor levigabile, se repetă spălarea în s, până la obţinerea de apă complet limpede.

După ultimacondiţiile arătate mai su

spălare şi sifonare a apei, conţinutul paharu

ă obţinută se cântăreşte cu pre

care.

tabelul 5.1 sunt prezentate cantităţile de nisipuri confor

Tabelul 5.1

abelul 5.2

m1, P.L. Denumirea nisipului Clasa nisipului )

Obs.

Fig. 5.2. Schema

lui se trece prin hârtie de filtru, iar după scurgerea completă a apei se usucă într-un uscător cu aer cald la temperatura de 1050C.

După uscare masa nisipoascizie şi se determină părţile levigabile cu relaţia:

% părţi levigabile (P.L.) = în care: m - masa iniţială a nisipului (25 g); m1- masa nisipului după spălare şi us

Însifo n nării 1 – ţeavă sifo(trompă); 2 – paharul

Berzelius m standardelor în funcţie de conţinutul în părţi

levigabile.

Rezultatele încercării efectuate vor fi trecute în tabelul 5.2.

TDenumirea m, nisipului utilizat

[g]

[g] [%] (după tabelul 5.1) (după tabelul 5.1

5.2. Determinarea granulaţiei Principii teoretice Granulaţia este determinată de dimensiunile, forma şi uniformitatea

granul

re calitativ superioare se recom

% Părţi levigabile Denumirea nisipului Clasa ului nisipcuarţos I cuarţos II cuarţos III slab semigrea grea

NO2NO5N 1,5N 10N 20N 30

Max. 0,20 0,21 – 0,50

0,51 – 1,50 1,51 – 10,0010,10 – 20,0020,10 – 30,00

elor nisipului de turnătorie. Prin aceste caracteristici influenţează hotărâtor toate proprietăţile amestecurilor de formare preparate.

Pentru obţinerea unor amestecuri de formaandă a se folosi un nisip cu granulaţie medie, uniformă şi cu granule

rotunjite.

36

Page 38: Indrumar STM 2

5.2.1 Determinarea granulozităţii lometrică) arată repartiţia procentuală în

masa nanică a nisipului supus

încerc

ig. 5.3. Granulometru – curea de

Conform standardelor un set complet de site este alcătuit din 14 site cu

dimenrnătorie sunt utilizate sitele cu

dimen

area granulozităţii se cântăreşte 100 g nisip uscat şi se introd

ă efectuarea cernerii, coloana de site se desface şi se cântăreşte restul de pe fie

imensiunile or,

Rest pe site, Suma procentelor cumulate,

Granulozitatea (compoziţia granuisipului a claselor dimensionale de granule de nisip. Determinarea granulozităţii se face prin cernerea mecării, printr-un set de site diferite suprapuse, montate pe un aparat de cernere

(granulometru) ce produc mişcări oscilatorii în plan orizontal, fig. 5.3. F1 – motor electric, 2transmisie, 3 – mecanism bielă – manivelă; 4 – platoul granulometrului; 5 – tija de ghidare a platoului; 6 – coloana de site suprapuse; 7 – dispozitiv de fixare a coloanei de site.

siunile ochiurilor între 3,15 şi 0,063 mm. În mod uzual pentru nisipurile de tusiunile ochiurilor de: 1,5; 1,0; 0,6; 0,3; 0,2; 0,1; 0,06 mm şi tava pentru

particule sub 0,06 mm. Modul de lucru Pentru determinuce în sita superioară a granulometrului. După fixarea capacului la coloana

de site cu dispozitivul 7, se execută cernerea probei timp de 5 – 10 min. cu mişcări alternative orizontale a căror frecvenţă se stabileşte cu ajutorul unei rezistenţe variabile.

Dupcare sită, rezultatele se trec într-un tabel după modelul tabelului 5.

Tabelul 5.3 Dochiurilor sitel[mm]

[g] ; [% [%], care trece prin site

1,5 1,0 0,6 0,3 0,2 0,1 0,06

2

98

tava

3 1 5920 12 1 2

95 94 35 15 3 2

37

Page 39: Indrumar STM 2

Cu ajutorul datelor obţinute şi trecute în tabel se trasează curbe cumulative a granulozităţii nisipului studiat.

Pentru trasarea curbei se utilizează un sistem de coordonate având în abscisă mărimea ochiurilor sitelor utilizate în scară logaritmică, iar pe ordonată trecerea cumulativă prin site în procente. În fig. 5.4. este prezentată curba cumulativă pentru datele din tabelul 5.3.

5.2.2. Determinarea granulaţiei medii (M50)

Prin granulaţie medie (M50) se înţelege mărirea teoretică a ochiurilor sitei prin care ar tece 50% din nisipul cercetat.

Granulaţia medie M 50 se determină grafic cu ajutorul curbei cumulative construită şi prezentată în fig.5.4, la care în dreptul cifrei de 50 % se duce o linie paralelă la abscisă până la intersectarea curbei cumulative. Proiecţia punctului de intersecţie pe abscisă indică granulaţia medie; în exemplul luat M 50 = 0,36 mm.

Conform standardului, după granulaţia medie nisipurile pentru turnătorie se împart în cinci grupe arătate în tabelul 5.4.

Pentru exemplul dat (M 50 = 0,36 mm) conform tabelului 5.4 se poate stabili grupa: (M 50) 0,4 – nisip cu caracteristica dimensională mijlocie.

Tabelul 5.4

Fig. 5.4. Exemplu de curbă cumulativă

Granulaţie medie M 50 în, [mm]

Simbolizarea grupei Caracteristica dimensională

1,0 – 0,61 0.6 – 0,41 0,4 – 0,21 0,2 – 0,11 0,1 – 0,06

(M 50) 1 (M 50) 0,6 (M 50) 0,4 (M 50) 0,2 (M 50) 0,1

Foarte mare Mare Mijlociu Fin Foarte fin

38

Page 40: Indrumar STM 2

5.2.3. Determinarea gradului de uniformitate (GU) Gradul de uniformitate se determină prin calcul folosind valoarea obţinută

pentru granulaţie medie (M 50) cu ajutorul relaţiei: ( ) ( ) 50

32.sitã prin trecece nisip de %50

34.sitã prin trecece nisip de %% MMGU −=

Din această relaţie în primul rând se determină valoarea mărimilor: ⋅=⋅= 48,036,0

3450

34 M şi 24,036,0

3250

32

=⋅=M

Cu valorile obţinute şi cu ajutorul curbei cumulative fig. 5.4, se determină mărimile din paranteze: pornind de la punctul 0,48 mm de pe abscisă cu o verticală, până la curbă, iar de aici cu o linie orizontală până la ordonată rezultă % de nisip ce trece prin site cu dimensiunea ochiurilor de 0,48 mm, în cazul nostru 93%, iar din punctul 0,24 mm de pe abscisă procedând la fel ajungem la cantitatea de 21 % nisip ce trece prin sita cu dimensiunea ochiurilor de 0,24 mm. Înlocuind în relaţia de bază rezultă: GU = 93 – 21 = 72 %

Pentru clasificarea nisipului după gradul de uniformitate, standardul stabileşte patru subgrupe cuprinse în tabelul 5.5. Tabelul 5.5.

Gradul de uniformitate GU în, [%]

Simbolul subgrupei Caracteristica uniformităţii

>70 70 - 61 60 – 41 <40

(GU) > 70 (GU) 70 (GU) 60 (GU) 40

foarte uniform uniformitate mare uniform neuniform

Pe baza tabelului 5.5 nisipul studiat cu gradul de uniformitate GU = 72% se

încadrează în subgrupa (GU) > 70 – foarte uniform.

5.2.4. Determinarea formei şi aspectului suprafeţei granulelor de nisip Conform standardelor forma granulelor individuale de nisip poate fi:

rotundă fig.5.5.a, rotunjită fig.5.5.b, colţuroasă fig. 5.5.c şi aşchioasă fig. 5.5.d. S-a arătat că pentru

obţinerea unor amestecuri de formare cu proprietăţi superioare sunt recomandate nisipuri cu granule rotunde sau rotunjite, întrucât granulele de forme colţuroase Fig. 5.5. Forma granulelor de nisip

sau aşchioase determină proprietăţi tehnologice inferioare, uneori chiar sub limitele minime impuse.

39

Page 41: Indrumar STM 2

Aspectul suprafeţei granulelor individuale de nisip poate fi de două tipuri: 1 - neted; 2 - rugos. Granulele netede reţin mai greu stratul de liant în timp ce cele rugoase

asigură aderenţa mai bună a liantului şi determină şi rezistenţe mai ridicate ale amestecului preparat.

Pentru examinarea formei şi aspectului suprafeţei granulelor se utilizează cercetarea microscopică.

Nisipul de cercetat se aşează pe o placă de sticlă într-un singur strat, forma şi aspectul suprafeţei granulelor se stabileşte după numărul maxim al granulelor de acelaşi fel din suprafaţa câmpului vizual al microscopului.

Examinarea la microscop se va face pentru cel puţin trei clase de dimensiuni ale nisipului rezultat de la proba de granulozitate.

După efectuarea completă a determinărilor referitoare la granulozitate, granulaţie medie, gradul de uniformitate, forma şi aspectul suprafeţelor granulelor pe baza clasificărilor şi simbolizărilor recomandate de standardizare se va nota simbolic nisipul, asemănător cu notarea nisipului din exemplu studiat:

N0,5. (M50)0,4(GU) >70.b2.

Studiind lucrarea , studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: - Enumeraţi factorii specifici ai nisipurilor de turnătorie de care depind

proprietăţile fizico-chimice ale acestora; - Ce se înţelege prin părţi levigabile şi ce influenţă au acestea asupra

proprietăţilor tehnologice ale amestecurilor de formare preparate din nisipul respectiv;

- Caracterizaţi un nisip notat astfel: N20 (M50) 0,6 (GU) 60 b1; - Ce fel de nisipuri sunt recomandate pentru a obţine amestecuri de formare

cu proprietăţi superioare.

40

Page 42: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 6

STUDIUL COMPORTĂRII LA SUDARE A METALULUI DE BAZĂ ŞI A TRANSFORMĂRILOR DIN ZONĂ INFLUENŢATĂ

TERMOMECANIC.

6. 1.Scopul lucrării Lucrarea permite estimarea comportării la sudare a metalului de bază, prin

determinarea modificărilor care au intervenit în zona influenţată termomecanic- ZIT,folosind metoda plăcii etalon.

6.2.Desfăşurarea lucrării Cercetarea fenomenelor ce au loc în ZIT se va face prin metoda plăcii

etalon. Se vor parcurge următoarele etape: a) din metalul de bază MB, a cărui ZIT trebuie cercetat, se debitează o placă cu dimensiunile 200×50×20 [mm]; b) pe placă se depune o cusătură cu un electrod învelit, având diametrul de = 4 [mm] respectând următoarele:

Is = 170 ± 10°, vs = 150 ± 10 mm/min (6.1) • se topeşte un singur electrod ; • sudarea se face liniar, fără pendularea electrodului; • electrodul se va alege pentru a fi compatibil cu metalul de bază; • placa nu se preîncălzeşte şi nici nu se tratează termic după sudare; • operaţia de sudare şi răcirea se face în aer liniştit la T = +20 oC.

Se realizează de asemenea depuneri pe cel puţin patru table, avându-se grijă să se păstreze condiţiile identice pentru fiecare dintre ele. Parametrii tehnologici aleşi produc în ZIT viteze de răcire cu circa 28 0C/s, atunci când în cursul răcirii după sudare se atinge temperatura de 540 oC. După răcirea plăcilor la t = 20oC, se efectuează prelevări de epruvete conform figurii 6.1. 6.3. Interpretarea rezultatelor încercărilor şi cercetărilor de microstructură Se vor efectua următoarele: Pe cele patru macrostructuri ( câte una pe secţiunile S1 şi S3 şi câte două pe secţiunea S2) se determină elementele geometrice ale cusăturii: lăţimea – b, supraînălţarea – h. pătrunderea p, precum şi elementele geometrice ale ZIT : lăţimea B şi pătrunderea P ( fig.6.2).

Fig.6.1 Modul de prelevare a epruvetelor

41

Page 43: Indrumar STM 2

Se estimează defectele de macrostructură, orientarea dendritelor etc.

Fig.6.2 Elementele geometrice ale cusăturii

Se determină constituenţii structurali ai ZIT-ului şi ai cusăturii pe cele patru secţiuni pregătite pentru microstructură. Se identifică eventualele defecte microstructurale, cele mai importante fiind microfisurile sau fisurile de racordare, precum şi microsuflurile şi fisurile sub cusătură ( fig. 6.3). c) Se vor face măsurători de duritate pe cele patru secţiuni folosind metoda Vickers (HV) folosind 10 [ kg] la încărcare. Se explorează atât cusătura cât şi ZIT-ul conform fig. 6.3.

Se reţine ca valoare importantă duritatea maximă din ZIT, notată cu HM.

Fig.6.3 Defecte microstructurale

1-microfisuri de racordare; 2- microfisuri sub cusătură Pentru oţelurile nealiate cu puţin carbon şi oţelurile slab aliate este important ca HM să satisfacă relaţia: HM < 350 HV10 (6.1) La oţelurile nealiate cu puţin carbon şi slab aliate duritatea maximă în ZIT se poate estima şi prin calcul cu relaţia: HM = 666Ce D + 40 [ HV10 sau HV5] ( 6.2) în care Ce D este un carbon echivalent pentru calculul durităţii şi care poate fi determinat cu relaţia : Ce D = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14 [%] (6.3) Măsurătorile efectuate pe probe vor fi comparate cu cele calculate şi dacă există diferenţe semnificative, experimentul va fi reluat. d) Secţiunile S4 şi S5 servesc pentru prelucrarea epruvetelor de rezilienţă ( fig.6.5) şi de încovoiere statică ( fig. 6.6) necesare evaluării plasticităţii ZIT. Ambele epruvete au acelaşi tip de crestătură în V şi aceeaşi secţiune de 10 x 10 [mm].

Fig.6.5 Epruveta pentru încercarea de rezilienţă

42

Page 44: Indrumar STM 2

Rezilienţa în ZIT la temperatura minimă la care va fi exploatată structura sudată trebuie să fie mai mare de 3,5 [mKg/cm2]. La încovoiere statică, condiţia generală pentru α este: α >20 0.

Fig.6.6 Modul de prelevare al epruvetei de

încovoiere statică

Pentru oţelurile nealiate cu puţin carbon şi slab aliate, punctul determinat în funcţie de Ce şi unghiul αο trebuie să se plaseze în domeniul situat deasupra curbei

.7. de acceptare prezentată în fig. 6 Carbonul echivalent Ce, în funcţie de care e dat unghiul α , la care apare prima fisură în epruveta de încovoiere statică se calculează cu relaţia: Ce = C + Mn/9 +V/10 + Cr/20 + Mo/8 + Cu/30 + Ni/40 [%] (6.4) 6.4. Materiale necesare şi ordinea efectuării lucrării Se debitează o placă din S235 (OL 37 1K) şi o placă din S355 (OL 52), conform figurii 6.1.

• Se realizează depunerea cordoanelor de sudură folosind electrozi E50.24.13/R.g.2.1. (SUPERTIT) pe plăci din S235 (OL 37 1K) şi electrozi E 52.22.13/Bg 22H (SUPERBAZ) plăci din S355 (OL 52). • Se prelevează câte cinci epruvete din fiecare placă conform fig. 2.1: S1, S2, S3, S4, S5 şi se efectuează operaţiile prevăzute la punctele 3.a) şi 3.b). • Se măsoară duritatea, conform punctului 3.c şi se compară cu duritatea maximă calculată cu formula 6.2. • Din secţiunile S4 şi S5 se prelevează epruvete şi se execută încercări pentru rezilienţă şi încovoiere statică. Se înregistrează valorile lui KV şi ale unghiului α (α > 20o) pentru acceptare). • Valorile măsurătorilor şi cele rezultate din calcul se vor trece în tabelul 6.1. pe baza acestor mărimi se vor trage concluzii asupra sudabilităţii celor două materiale.

Tabel 6.1.

43

Page 45: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 7 EXECUTAREA MIEZURILOR DIN AMESTEC CU LIANŢI ORGANICI

ŞI USCAREA LOR.

7.1. Principii teoretice Miezurile sunt elemente ale formei care reproduc golurile din piesele

turnate. Deoarece miezurile sunt înconjurate din mai multe părţi de metal lichid, în timpul turnării, ele trebuie să prezinte proprietăţi superioare comparativ cu formele.

Amestecurile de miez se prepară din nisip cuarţos spălat şi lianţi organici : dextrina care conferă miezului rezistenţă în stare crudă şi ulei vegetal care conferă rezistenţa în stare uscată.

Miezurile trebuie să prezinte permeabilitate şi rezistenţă ridicată, să fie compresibile şi să se dezbată uşor după răcirea piesei, caracteristici asigurate de lianţii de natură organică precizaţi, dar şi de răşinile termoreactive de tipul novolacului care duc la întărirea miezului folosind cutii de miez calde.

Miezurile se execută în cutii de miez de lemn şi metalice. Pentru sprijinirea miezurilor în forme, acestea sunt prevăzute cu mărci.

Cutiile de miez pot fi dintr-o singură bucată sau din două părţi asamblate cu bride sau cu şurub piuliţă fluture.

Miezurile în stare crudă se scot din cutiile de miez pe plăci de uscare plane sau profilate.

Îndesarea amestecului de miez în cutia de miez se poate face manual cu bătătoare de lemn şi mecanic prin procedee specifice: suflare şi împuşcare.

Pentru mărirea permeabilităţii miezurilor, se fac canale de aerisire, prin înţepare cu vergele metalice, iar pentru mărirea rezistenţei mecanice se pot introduce armături profilate.

1 - bride de strângere 2 - semicutii 3 - miez 4 - canale de aerisire

1 - armătură inelară 2 - canale de aerisire

Fig.7.1. Cutie de miez din lemn

Fig.7.2. Cutie de miez metalică dintr-o bucată

44

Page 46: Indrumar STM 2

Fig.7.3. Cutie de miez metalică din două bucăţi cu mai multe

locaşuri 1 - miez; 2 - marca miezului 3 - armătură 4 - canal de aerisire

Uscarea miezurilor are ca scop creşterea rezistenţei mecanice a acestora

(de cel puţin 10 ori comparat cu miezurile crude). In acelaşi timp se asigură reducerea cantităţii de gaze ce se degajă la turnare şi a vaporilor de apă, mărind astfel permeabilitatea.

Ciclul de uscare cuprinde următoarele etape: - încălzire lentă pentru a evita evaporarea apei, doar din straturile

superficiale ale miezurilor; - uscare propriu-zisă când are loc oxidarea liantului (uleiul vegetal),

cu formarea unei structuri spaţiale ce leagă rigid grăunţii de nisip între ei; - răcirea miezurilor în uscător;

Temperatura de uscare depinde de natura liantului, iar timpul de uscare de grosimea miezurilor (T = 2200C).

Culoarea optimă este cea brună. După uscare miezurile se curăţă de bavuri.

7.2. Modul de lucru

- Se curăţă şi se asamblează cutiile de miez;

- Se îndeasă amestecul de miez în straturi succesive cu bătătoarea de lemn;

- Se îndepărtează surplusul de amestec prin radere;

- Se introduc armături metalice la sfârşit sau între straturile îndesate, în funcţie de configuraţia miezului;

- Se fac canale de aerisire prin mărci, cu vergele metalice; - Se scot miezurile pe plăci de uscare adecvate;

- Se pulverizează apă pe toată suprafaţa miezului (pentru a compensa evaporarea inegală).

- Se introduc miezurile în uscător, unde se menţin până la obţinerea culori brune.

Fig.7.4. Placă de uscare pentru miez

Fig.7.5. Tehnologie de confecţionare a miezului

Să se proiecteze tehnologia de confecţionare a unui miez (cutii de miez, plăci de

45

Page 47: Indrumar STM 2

uscare) pentru o piesă dată (fig, 7.5). Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: - Ce sunt miezurile şi ce rol au ele? - Care este componenta amestecului de miez şi care este tehnologia de execuţie

a miezurilor?

46

Page 48: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 8 EXECUTAREA MANUALĂ A FORMELOR TEMPORARE

8.1. Principii teoretice Executarea formelor este denumită pe scurt formare. Ea este operaţia din

procesul tehnologic al unei piese turnate, care realizează cavitatea ce reproduce conturul viitoarei piese.

Formarea manuală, deşi formarea mecanizată este mult mai productivă, este o metodă de bază în fabricarea pieselor turnate. Sa se poate aplica la piesele mici şi simple, sau la piese meri şi complice te al este singura metodă de formare recomandată pentru piese unicate.

Formarea manuală se poate aplica la diverse metode de turnare ca: formare în rame, în solul turnătoriei, fără rame, în miezuri; cea cu nai sulte posibilităţi de aplicare rămânând totuşi formarea în rame. Ea se poate realiza în două sau mai multe rame. Ea se poate realiza în două sau mai multe rame de formare după complexitatea piesei.

La formarea manuală în rame de formare sunt necesare amestecuri de formare şi de miez, unelte şi utilaje pentru formare.

Amestecul de formare este compus din nisip (SiO2), liant (argilă, bentonită, ciment, silicat de sodiu, uleiuri vegetale, răşini sintetice, dextrină, etc.) şi materiale auxiliare (adaosuri pentru îmbunătăţirea proprietăţilor amestecurilor).

Modelul şi miezul ne ajută să realizăm cavitatea formei (modelul reproduce configuraţia exterioară a piesei, iar miezul golurile interioare). Miezul la rândul lui se execută într-o cutie de miez şi se aşează în formă pe nişte locaşuri denumite mărci.

Modelele se execută dintr-o singură bucată sau din mai multe, separarea făcându-se prin plan de separaţie. Ele au dimensiuni mai mari decât piesa finită. Surplusul la cotă este constituit din adaosul de prelucrare, adaosul tehnologic şi de contracţie. Modelele conţin şi marca miezului. Modelele şi cutiile de miez se execută din lemn, materiale metalice, răşini sintetice, mase plastice, etc.

Modelele se vopsesc după metalul ce se va turna şi anume: albastru pentru oţel, roşu pentru fontă, galben pentru aliaje neferoase, negru pentru miez, mărci de miez, maselote şi reţea de turnare.

Planul de separaţie al modelului este acelaşi cu al piesei şi el stabileşte poziţia piesei în formă. In majoritatea cazurilor pentru formare se utilizează o pereche de rame cu dimensiunile corespunzătoare pieselor ce se vor turna. Ele se toarnă din materiale metalice şi se asamblează cu ajutorul ştifturilor de ghidare.

Trusa cu unelte de turnătorie la formarea manuală mai cuprinde în mare următoarele: bătător manual, sită pentru cernut amestec, sac pentru pudră, troilă, vergele, lopată, lansetă, perie, suflător pentru lichide şi croşetă (fig. 8.1).

47

Page 49: Indrumar STM 2

În figura 8.2, se prezintă o formă pregătită pentru turnare destinată obţinerii piesei 1, cu toate părţile componente. Suprafaţa care desparte semiforma inferioară de cea superioară se numeşte suprafaţă sau plan de separaţie al formei şi este acelaşi cu cel de la model

Fig.8.1. Trusa cu unelte pentru turnătorie 1. bătător manual; 2 - troilă; 3 - lansetă; 4 - croşetă; 5 - ac pentru găuri de aerisire;

6 - vergea pentru dezbătut şi extras modelul; 7 - ştift de ghidare

Ansamblul compus din pâlnie de turnare, picior şi alimentare formează reţeaua de turnare

Fig.8.2. Obţinerea unei piese turnate 1 - piesa finită; 2 - model (compus din două părţi); 3 - miez;

4 - rama superioară şi semiforma superioară; 5 - rama inferioară şi semiforma inferioară; 6 - cavitatea formei; 7 - canale de ventilaţie; 8 - ştifturi de ghidare; 9 - pâlnie de turnare;

10 - picior de turnare; 11 - canal de alimentare

8.2. Formarea manuală a unei piese cu un singur plan de separaţie şi fără miez

Pentru realizarea formei se utilizează un amestec cu următoarea

compoziţie: nisip de Aghireş, amestec utilizat, bentonită şi apă.

48

Page 50: Indrumar STM 2

Fig.8.3. Prezentarea succesiunii operaţiilor la formarea unei piese simple Pentru executarea formei trebuie parcurse mai multe operaţii şi anume:

- Se aşează modelul (2) pe masa (1); se aduce rama de formare (3) şi pudrează modelul şi masa cu pudră de izolaţie; se cerne un strat de amestec de 3o - 4o mm şi se îndeasă cu mâna; se completează restul formei cu straturi de amestec îndesându-se cu bătătorul (4); ultimul strat se îndeasă cu partea lată a bătătorului; se îndepărtează surplusul de amestec cu o riglă metalică; se dau canale de ventilaţie (5) cu o vergea metalică şi semiforma inferioară este gata (fig. 8.3 a). - Se roteşte semiforma inferioară cu 1800 şi se aşează rama superioară

(6) cu ajutorul ştifturilor de ghidare (7); se presară nisip uscat cu pudră de izolaţie; se fixează modelul piciorului de turnare (8) şi se repetă operaţiile de îndesare ca la semiforma inferioară; se îndepărtează surplusul de amestec şi se dau canale de ventilaţie (9).

- Se ridică semiforma superioară, se aşează la 900 pe masă şi se execută pâlnia de turnare (11); se extrage modelul pentru piciorul de turnare (8). În se-miforma inferioară se execută canalul de alimentare (10) şi colectorul de zgură (11) şi se extrage modelul (2) cu ajutorul unei vergele (operaţie denumită demulare).

- Se repară eventualele defecte în cele două semiforme şi se închide semiforma superioară peste cea inferioară cu ajutorul ştifturilor de ghidare (fig.8.3 b).

- Se asigură forma contra presiunii hidrostatice a metalului lichid aşezând peste semiforma superioară greutăţi, sau se fixează cu bride şi forma este gata pentru turnare.

8.3. Formarea manuală a unei piese cu un plan de separaţie şi cu

miezuri Pentru exemplificare vom lua tot piesa din figura 8.2. Formarea va

necesita de asemenea mai multe faze: In primul rând se analizează piesa şi modelul şi se stabileşte planul de

separaţie. Se execută la fel ca în cazul precedent semiforma inferioară cu modelul inferior; se întoarce semiforma inferioară la 1800, se aduce rama superioară, se aşează modelul superior; în rest operaţiile sunt aceleaşi ca în cazul precedent.

După demulare se are grijă ca înainte de a se închide forma să se monteze miezul în semiforma inferioară. Fixarea miezurilor se realizează

49

Page 51: Indrumar STM 2

orientându-le astfel ca mărcile lor să se aşeze în mărcile formei, care nu sunt altceva decât negativul mărcilor miezurilor. Se verifică exactitatea execuţiei.

Dacă totul este în ordine forma se închide, se asigură şi se poate turna,

8.4. Modul de lucru

- Printr-o aplicaţie demonstrativă

studenţii îşi vor însuşi fazele de execuţie a unei forme;

- Executarea individuală a unei forme de către studenţi şi pregătirea ei pentru turnare; - Se va studia piesa din figura 8.4 şi se va stabili planul de separaţie

şi poziţia de turnare; se va schiţa modelul, miezul şi o secţiune prin formă. Fig. 8.4.

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice:

- Care este tehnologia de execuţie a formelor manuale şi ce rol au ele? - Care sunt etapele de turnare in forme manuale?

50

Page 52: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 9 DETERMINAREA GRADULUI DE ÎNDESARE LA FORMELE

TEMPORARE EXECUTATE MANUAL ŞI MECANIC.

9.1. Principii teoretice

La executarea formelor temporare, este necesară o îndesare a amestecului de formare în ramele de formare, in jurul modelului, pentru a mări forţele de adeziune dintre particulele de nişip şi a obţine rezistenţă mecanică suficientă. Prin îndesare spaţiile intergranulare se micşorează prin apropierea granulelor şi îndepărtarea lor. Îndesarea se realizează prin reducerea volumului amestecului sub acţiunea forţelor de compresiune cu componente pe toate cele trei direcţii. Îndesarea normală se face la presiuni de 2-3 daN/cm2 şi permite realizarea unor forme capabile sa reziste la solicitările mecanice de manevrare şi transport precum şi la cele termice şi la presiunile metalostatice din timpul turnării.

Determinrea şi cunoaşterea gradului de îndesare prezintă o importanţă deosebită în practica turnării.

Cu cât este mai mare îndesarea amestecului cu atât creşte rezistenţa formei, în schimb prin micşorarea spaţiilor intergranulare scade permeabilitatea ei. Îndesarea prea puternică poate genera defecte ca incluziuni de gaze, fisuri; de asemenea o îndesare insuficientă poate duce la deformarea sau distrugerea pereţilor formei.

Din punct de vedere practic, este necesar să se realizeze o astfel de îndesare a amestecului în forme, care să conducă la o rezistenţă suficientă, menţinându-se în acelaşi timp permeabilitatea la un nivel acceptabil.

Gradul de îndesare a formelor este mai mare cu cât reducerea volumului faţă de volumul iniţial în stare varsată, este mai mare.

El se poate caracteriza fie pe baza densitaţii aparente a amestecului de formare, fie pe baza duriţatii superficiale.

Având la baza criteriul densităţii, gradul de îndesare se poate exprima ca raport între masa amestecului şi volumul ocupat de ea.

δ =VM [g/cm3]

unde: M – masa amestecului in [g]; V – volumul de amestec cantărit [cm3]

Determinarea gradului de îndesare al formelor prin metoda densităţii

relative se face cu aparatul Ciunaev. Ea permite stabilirea variaţiei gradului de îndesare pe înalţimea formei.

Pornind de la criteriul durităţii care este strâns legată de gradul de îndesare s-au creat metode şi aparate caracterizate prin simplitatea şi rapiditatea controlului. La determinarea durităţii formelor crude se foloseşte durimetrul Dietert. Aceasta

51

Page 53: Indrumar STM 2

metodă este nedistructivă şi permite determinarea durităţii în planul de separaţie al formelor.

Gardul de îndesare in interiorul formelor temporare ia valori diferite şi neuniform repartizate in funcţie de metoda de îndesare utilizată.

Creşterea gradului de îndesare conduce la scăderea permeabilităţii amestecului de formare (fig. 9.3.).

Astfel, la îndesarea manuală, variaţia gradului de îndesare este neuniform, depinzând doar de factorul uman.

La îndesarea mecanică, gradul de îndesare variază după anumite legi, ce depind de metoda de îndesare a maşinii. Astfel, la îndesarea prin presare gradul maxim de îndesare este la partea superioară a formei.

La îndesarea prin scuturare, îndesarea maximă se realizează la baza semiformei, chiar în planul de separaţie datorită acţiunii forţei de inerţie.

Pentru uniformizarea gradului de îndesare pe înalţimea formei se utilizează maşini care combină îndesarea prin scuturare cu presarea.

9.2. Utilajul şi modul de lucru Aparatul Ciunaev este prezentat in fig. 9.4.

Fig. 9 .1 Variaţia gradului de îndesare la presare

1 – traversa de presare;2 - rama de umplere;3 - rama de formare; 4 - placa de model; 5 - piston de presare: 6- cilindru de

presare;

Fig.9.2. Variaţia gradului de îndesare la vibrare (scuturare)

1-piston de scuturere 2- cilindru de scuturare

Fig.9.3. Variaţia gradului de îndesare Determinarea gradului de îndesare al

formelor se face astfel: - Se aşeaza formă confecţionată fara model pe

masa suport; - Rotind şurubul de 10 ori cuţitul îndepartează o cantitate de amestec care se

cântareşte (diametrul d=50mm); - Se raportează greutatea amestecului la volumul ocupat de el;

52

Page 54: Indrumar STM 2

- Rezultatele succesive astfel obţinute se raporteaza într-un şistem de coordonate în care pe abscisă avem gradul de îndesare, iar pe ordonată înălţimea ramei de formare;

Fig. 9.4 Aparatul Ciunaev pentru

determinarea gradului de îndesare la formele temporare

1. - formă; 2. - masă suport; 3. - cuţit cu d = 50 mm; 4. - şurub cu pasul 2,5 mm; 5. - piuliţă fixă; 6. - jgheab colector; 7. - roată de mână; 8. roată de lanţ 9. lanţ

În laborator, se vor face determinări ale gradului de îndesare pe forme

temporare executate manual şi mecanic (prin scuturare, presare, sau scuturare şi presare) şi se vor trasa diagramele variaţiei gradului de îndesare in coordonate H = f (δ ) cu datele din tabelul 9.1.

Tabelul 9.1. H, [mm]

M, [g] HdV

4

2π= , [cm3] V

M=δ , [g/cm3]

25 50 75

100

Studiind lucrarea, studentul trebuie să gasească raspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: - Din ce cauză este neuniform gradul de îndesare la îndesare? - Care este metoda de îndesare mecanizată care asigură gradul de

îndesare cel mai uniform pe înălţimea formei?

53

Page 55: Indrumar STM 2

Lucrarea nr.10. TURNAREA ÎN FORME TEMPORARE ŞI ÎN FORME PERMANENTE

CU DETERMINAREA FLUIDITĂŢII ALIAJULUI UTILIZAT.

10.1. Principii teoretice

În cadrul tehnologiilor actuale, obţinerea pieselor şi semifabricatelor prin turnare este unul dintre cele mai răspândite procedee. Prin turnare se pot reproduce geometrii complicate, iar parametrii mecanici se pot menţine constanţi la un număr mare de piese.

Turnarea este procedeul de obţinere a pieselor din aliaje metalice în urma introducerii în stare lichidă şi solidificării lor în cavitatea unei forme de turnare. Cavitatea formei reproduce negativul geometric al piesei. La stabilirea dimensiunilor cavităţii formei se ţin cont de unele fenomene specifice procesului de solidificare şi răcire, precum şi de adaosurile necesare prelucrărilor mecanice ulterioare.

În practica industrială se aplică numeroase procedee de turnare, diferenţiate prin tehnologie de execuţie a formelor, prin natura materialului formei, prin modul de introducere a metalului topit în cavitatea formei, etc.

În funcţie de numărul de piese turnate care se pot obţine cu aceeaşi formă, procedeele de turnare se pot clasifica în:

a) turnarea în forme temporare, unde forma serveşte pentru obţinerea unei singure piese, forma distrugându-se la dezbaterea piesei turnate;

b) turnarea în forme permanente, unde se poate obţine un număr mare de piese cu aceeaşi formă;

c) turnare în forme semipermanente, unde se pot efectua câteva turnări într-o singură formă, după reparaţii intermediare între două turnări. Este o metodă mai rar aplicată în industria constructoare de maşini.

După alte criterii de clasificare, turnarea se poate efectua în forme statice sau în forme care se află într-o mişcare de rotaţie. Metalul lichid poate fi introdus în cavitatea formei cu suprapresiune (turnare sub presiune) sau fără suprapresiune (turnare statică). Introducerea aliajului lichid se poate face în partea superioară a cavităţii formei (turnare directă), în partea inferioară (turnare indirectă) sau în planul de separaţie (vezi fig. 10.1.).

Fig. 10.1. Metode de turnare ale formelor

a. turnarea directă (pe sus), b. turnarea indirectă (în sifon), c. turnarea în planul de separaţie.

54

Page 56: Indrumar STM 2

10.1.1. Topirea aliajului în vederea turnării Pentru a putea fi turnate, metalele şi aliajele se topesc şi se supraîncălzesc

până la o temperatură care să asigure umplerea completă a formei şi o structură corespunzătoare pieselor turnate. Topirea se execută în instalaţii speciale, numite cuptoare de elaborare.

Topitura obţinută în urma elaborării aliajului se transportă la locul de turnare cu ajutorul oalelor de turnare. Oalele de turnare în principiu se confecţionează dintr-o manta metalică sudată din tablă de oţel, căptuşită la interior cu un material refractar, de obicei şamotă. În funcţie de natura aliajului se poate utiliza oala de turnare cu dop (la oţeluri) sau oală de turnare cu cioc (la turnarea fontei şi a aliajelor neferoase).

10.1.2. Turnabilitatea materialelor metalice Aliajele elaborate în vederea turnării sunt caracterizate prin proprietatea

tehnologică de turnabilitate. Turnabilitatea metalelor şi aliajelor este proprietatea lor de a curge şi de a ocupa întregul volum ce au la dispoziţie cavitatea formei.

Turnabilitatea este influenţată de unele proprietăţi fizice a aliajului elaborat, ca:

− fuzibilitatea – este proprietatea metalelor şi aliajelor de a trece din stare solidă în stare lichidă. Temperatura la care se produce această formare defineşte fuzibilitatea aliajului.

− Tensiunea superficială – este forţa exercitată în suprafaţa lichidului datorată interacţiunii dintre atomii din stratul superficial şi cei din interiorul lichidului. În general, metalele şi aliajele în stare lichidă au tensiunea superficială mare. Datorită acestui fapt se obţin piese cu suprafeţe netede, fiindcă aliajul lichid nu va copia întocmai cele mai mici detalii ale suprafeţei formei (de exemplu forma granulelor de nisip).

− Fluiditatea – este proprietatea metalelor şi aliajelor aflate în stare lichidă de a curge cu uşurinţă şi de a umple cavitatea formei.

Fig. 10.2. Model utilizat pentru confecţionarea formei pentru proba spirală.

55

Page 57: Indrumar STM 2

În cazul turnării unor piese cu pereţi subţiri aliajul elaborat trebuie să aibă o fluiditate foarte bună pentru a asigura umplerea completă a cavităţii formei. La alegerea compoziţiei chimice a aliajului dintr-un sistem binar, trebuie să avem în vedere faptul că aliajele eutectice şi metalele puire au fluiditatea cea mai bună.

Fluiditatea se poate determina numai practic prin mai multe procedee. Cea mai utilizată dintre acestea este proba spirală. Aceasta constă în turnarea aliajului elaborat într-o formă temporară cu cavitatea în formă de spirală. Secţiunea spiralei este un triunghi echilateral cu latura de 10 mm (vezi fig. 10.2. Spirala are o lungime totală de 1500 mp, iar marcajele care se află la distanţa de 50 mm uşurează aprecierea fluidităţii.

Alimentarea formei în aliaj lichid se realizează în centrul formei, iar după solidificare se determină lungimea parcursă de aliaj în spirală. Cu cât este mai mare această lungime, cu atât avem o turnabilitate mai bună. Cavitatea formei este obţinută n amestecul de formare îndesat corespunzător în cele două rame de formare, centrate între ele prin ştifturile de ghidare. Aliajul lichid este condus spre cavitatea formei prin reţeaua de turnare. Canalele de aerisire măresc permeabilitatea formei şi permit evacuarea gazelor ce apar în timpul turnării piesei.

Fig. 10.3. Elementele unei forme temporare. 1-rama superioară, 2-ştift de ghidare, 3-rama inferioară, 4-miez,

5-cavitatea formei, 6-canale de aerisire, 7-pâlnie de turnare, 8-filtru de zgură, 9-piciorul de turnare, 10-colector de zgură, 11-canal de alimentare,

12-amestec de formare îndesat.

Separarea zgurei şi a altor impurităţi este asigurată prin executarea convenabilă a pâlniei de turnare, prin introducerea unor filtre ceramice la limita dintre pâlnie şi piciorul pâlniei de turnare şi prin colectorul de zgură.

10.2. Turnarea în forme temporare Turnarea în forme temporare este procedeul cel mai răspândit. Este utilizat

la obţinerea unei singure piese, forma distrugându-se la dezbaterea piesei turnate. Rentabilitatea acestui procedeu este asigurată de preţul de cost redus al formelor

56

Page 58: Indrumar STM 2

de turnare, constituite din materiale de forme ieftine, cum ar fi: nisipul cuarţos, liantul mineral şi apa.

Elementele mai importante ale unei forme temporare sunt prezentate schematic în fig. 10.3.

În urma solidificării aliajului rezultă un semifabricat în care sunt înglobate surplusuri de material necesare procesului tehnologic de prelucrare şi tehnologiei de turnare. Acest semifabricat se extrage din formă prin dezbatere, operaţie care constă din fragmentarea amestecului de formare (de obicei prin vibrare) şi dezbaterea miezului. După îndepărtarea reţelei de turnare, semifabricatul turnat este curăţat, iar ulterior prelucrat prin aşchiere, rezultând astfel piesa finită.

10.3. Turnarea în forme permanente Prin forme permanente înţelegem acele forme care rezistă la un număr mare

de turnări, fără să necesite remedieri. Formele permanente prezintă o rezistenţă mecanică foarte ridicată,

utilizându-se atât la turnări statice cât şi la turnări dinamice. Forma permanentă este executată din aliaje metalice – fontă, oţel, aliaje

neferoase – prin turnare sau prin aşchiere. Dacă grosimea pereţilor formei permanente este aproximativ constantă, se poartă denumirea de cochilă, iar în caz contrar vorbim de matriţă.

Materialul, forma şi dimensiunile formelor permanente depind de aliajul care se toarnă şi sunt în strânsă dependenţă cu mărimea şi configuraţia piesei turnate. Constructiv, ele sunt executate fie dintr-o singură bucată, fie din mai multe bucăţi, centrate şi asamblate demontabil pe suprafeţe de separaţie (fig.10.4). La cochile, pentru rigidizarea cât mai bună se prevăd şi nervuri exterioare. Cavităţile şi golurile piesei turnate se pot realiza cu ajutorul miezurilor. Acestea se pot confecţiona din aliaje metalice sau din amestecuri de miez. Construcţia formelor permanente trebuie să permită extragerea uşoară a miezurilor metalice din piesa turnată cât şi a piesei din formă. Pentru reducerea şocurilor termice cât şi pentru

obţinerea unor structuri convenabile, formele permanente se încălzesc înainte de turnare, iar suprafeţele lor active se acoperă cu vopsele refractare.

Fig.10.4. Formă metalică pentru turnarea unui piston

1-semicochilie, 2-miezuri, 3-cavitatea formei.

57

Page 59: Indrumar STM 2

10.4. Modul de lucru Cu ajutorul modelului prezentat în figura 10.2. se execută o formă

temporară în vederea determinării fluidităţii aliajului cu proba spirală. Se demontează cochila existentă în laborator, identificând părţile

componente şi se montează din nou, pregătind pentru turnare. Într-un cuptor cu flacără se topeşte aliajul şi se toarnă atât în proba spirală

cât şi în cochilă şi în forma temporară. După dezbaterea formei spirale se apreciază lungimea de pătrundere a

aliajului (ajutându-ne de semnele de pe spirală care se află la distanţa de 50 mm) şi se determină fluiditatea lui.

Se dezbate piesa din forma temporară, se scoate piesa din cochilă şi vor fi comparate din punct de vedere a calităţii suprafeţelor obţinute.

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: − Ce metode de umplere se utilizează la turnarea în forme temporare!? − Care sunt factorii care influenţează turnabilitatea metalelor şi aliajelor? − Prin ce metodă se determină turnabilitatea aliajelor? − Care sunt particularităţile turnării în forme temporare? − Care sunt particularităţile turnării în forme permanente?

58

Page 60: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 11.

INFLUENŢA PARAMETRILOR DE LUCRU ASUPRA DEFORMĂRII

PLASTICE A ALIAJELOR METALICE

11.1. Principii teoretice Prelucrarea prin deformare plastică a metalelor este posibilă pe baza structurii cristaline a acestora. Sub acţiunea unor forţe exterioare de deformare iau naştere tensiuni interioare, care provoacă deformări în reţeaua cristalină. Dacă aceste deformări depăşesc limitele de elasticitate, corpul supus acţiunii forţelor va rămâne cu configuraţia schimbată, adică s-a deformat plastic. Capacitatea de deformare a metalelor este o caracteristică a fiecărui material şi indică mărimea deformaţiilor plastice pe care le poate suporta materialul înainte de rupere la solicitări de tracţiune sau compresiune; se defineşte prin relaţia: ,cC εδ −= (11.1) în care: δ - este alungirea specifică la rupere; εc – lungimea specifică corespunzătoare limitei de curgere a materialului. Capacitatea de deformare depinde de compoziţia chimică, proprietăţile fizice şi de tipul reţelei cristaline a metalului (posibilităţi maxime la reţeaua C.F.C.). Parametrii de lucru care au influenţă asupra deformării plastice sunt: gradul de deformare, temperatura de deformare, viteza de deformare, forţele de frecare şi lucrul mecanic. 11.2. Gradul de deformare Prin gradul de deformare al unei piese se înţelege mărimea variaţiei dimensionale suferite în cursul unei operaţii de deformare plastică. Gradul relativ de deformare se poate prezenta sub următoarea formă de exprimare:

[ ],%;10000

10

hh

hhh

=⋅−

=ε (11.2)

în care: h0 – înălţimea iniţială a semifabricatului; h1 – înălţimea finală a semifabricatului. Gradul de deformare se poate calcula similar şi pentru celelalte două direcţii în care are loc deformarea materialului. Gradul de deformare plastic prealabil, influzenţează foarte puternic granulaţia materialului recristalizat, iar aceasta la

59

Page 61: Indrumar STM 2

rândul ei influenţează toate proprietăţile mecanice ale acestora. Caracteristicile de rezistenţă (limita de curgere, limita de rupere) cresc cu inversul rădăcinii pătrate a mărimii grăunţilor. Cu alte cuvinte, cu cât granulaţia materialului este mai fină, cu atât deformarea plastică are loc mai greu, forţa divizându-se pe un număr mare de grăunţi. Legătura dintre greadul de deformare (εcr) şi este de câteva procente pentru majoritatea metalelor şi aliajelor (εcr<10%) fig. 11.1.

Fig. 11.1. Rezistenţa opusă la deformare

în funcţie de gradul de deformare Din punct de vedere practic, deformarea la grad critic trebuie evitată, pentru a înlătura degradarea proprietăţilor mecanice ale materialului prin apariţia unei granulaţii mari după recristalizare. După depăşirea gradului critic de deformare, creşterea în continuare a gradului de deformare conduce la o granulaţie din ce în ce mai fină în materialul recristalizat. De asemenea trebuie amintit că fineţea granulaţiei înainte de deformare produce o granulaţie fină după recristalizare. 11.2. Temperatura de deformare Temperatura metalului supus deformării plastice influenţează în mod direct plasticitatea şi rezistenţa opusă la deformare. Domeniile de încălzire în vederea deformării diferitelor metale sunt limitate. Temperatura maximă trebuie astfel stabilită, încât să nu distrugă aliajul calitativ prin ardere, să nu se formeze o structură cristalină grosolană la supraâncălzire şi să nu apară pierderi de material prin ardere. Limita inferioară de încălzire este impusă de temperatura de recristalizare, sub care apare ecruisarea metalului. Dacă: vrecristalizare > vecruisare, v = viteză (11.3)

Avem deformare plastică la cald ( ).4,0 tizarerectristal TT =

60

Page 62: Indrumar STM 2

Cu cât temperatura va fi mai ridicată, cu atât se prelucrează mai uşor metalul, fig. 11.2. În cazul lucrării de laborator, încercările se fac pe epruvete de Pb, deoarece acesta are o plasticitate ridicată la temperatura ambiantă (temperatura de recristalizare fiind de - 33oC, deci avem de-a face cu o deformare plastică la cald.

Fig. 11.2. Rezistenţa şi plasticitatea opusă la deformare în funcţie de temperatură

11.3. Viteza de deformare Viteza de deformare este în strânsă legătură de viteza sculelor de lucru, care se modifică în funcţie de utilajul folosit. La deformarea sub temperatura de recristalizare a metalelor, viteza de deformare nu are practic nici o influenţă asupra plasticităţii. Se constată însă o creştere a rezistenţei opusă deformării cu creşterea vitezei de deformare la prelucrări deasupra temperaturii de recristalizare (fig. 11.3.). Dacă viteza de deformare este mare, avem deformaţii preponderent în stratul superficial. Dacă viteza de deformare este mică, avem deformare în volum. Cauza acestei influenţe o constituie viteza de recristalizare, care la temperaturi joase de încălzire este inferioară vitezei de deformare, deci nu se elimină ecruisarea metalului în timpul deformării.

61

Page 63: Indrumar STM 2

Fig. 11.3. Rezistenţa opusă la deformare în funcţie de vd şi ε.

11.4. Forţele de frecare Curgerea materialului în timpul deformării plastice este în mare măsură influenţată de forţele de frecare între suprafeţele de contact piesă sculă. În baza existenţei acestor forţe de frecare, apar deformări neuniforme în secţiunea corpului prelucrat. Supunând de exemplu un cilindru unei operaţii de refulare între două suprafeţe plane, acesta va căpăta forma unui butoiaş (vezi fig. 11.4).

Fig. 11.4. Zonele de deformaţie maximă înregistrate la refulare

Sub acţiunea forţelor de frecare de pe suprafaţa de contact dintre material şi scule, în zonele înconjurătoare ale ambelor părţi frontale, ia naştere o stare de tensiune de comprimare triaxială care practic nu conduce la deformarea materialului (zona I, fig. 11.4.) Aceste zone insensibil deformate sunt înconjurate de zona centrală II în care ia naştere o deformare intensivă în direcţia axială şi radială. În timpul refulării materialului din zona I este împins în zona II de-a lungul limitei dintre cele două zone I şi II în direcţie axială, astfel că marginea butoiată a suprafeţei laterale trece

62

Page 64: Indrumar STM 2

în suprafaţa de contact cu sculele. În jurul suprafeţei laterale se formează zona III cu deformaţia parţial frânată, numită zona de deformaţie medie. Forţa de frecare perpendiculară pe direcţia de curgere, în interiorul corpului la refularea unui corp cilindric se exprimă prin relaţia:

hXRF dfr ⋅⋅= μ2 (11.4)

în care: μ - coeficientul de frecare; X – distanţa de la suprafaţa liberă; h – înălţimea epruvetei; Rd – rezistenţa opusă la deformare. 11.5. Lucrul mecanic necesar deformării Lucrul mecanic necesar pentru producerea deformării este proporţional cu suprafaţa deformată şi cu rezistenţa opusă deformării. Dacă rezistenţa la deformare se consideră constantă pentru tot parcursul deformării, forţa necesară refulării semifabricatului de la înălţimea h0 la o înălţime h este:

dRhh

SF ⋅⋅= 00 (11.5)

în care: S0 – suprafaţa iniţială; Rd – rezistenţa la deformare.

Lucrul mecanic unitar necesar deformării plastice este: (11.6) dzRSdzFdL dz ⋅⋅=⋅=

unde:

ZhVS z −

=0

(11.7)

Integrând obţinem:

∫−

⋅⋅=−

⋅=hh

ndd hh

lVRzh

dzVRL0

0

0

0

(11.8)

Lucrul mecanic de deformare se stabileşte funcţie de volumul dislocat şi de rezistenţa opusă la deformare. 11.6. Utilaje folosite Pentru determinarea influenţei parametrilor de lucru asupra plasticităţii metalelor se foloseşte în laborator o sonetă pentru deformarea epruvetelor. Soneta de laborator este un aparat care permite realizarea unei energii bine stabilite în momentul lovirii, prin căderea liberă a unui berbec de la o anumită înălţime. Schema cinematică este prezentată în fig. 11.5. Energia în timpul lovirii se stabileşte cu relaţia: ( )μ−⋅⋅== 1HGEL (11.9)

63

Page 65: Indrumar STM 2

în care: G – este greutatea părţilor căzătoare; H – înălţimea de cădere;

μ – coeficientul de frecare în ghidaje ( )15,01,0 ÷=μ pentru ghidaje unse cu vaselină.

Viteza berbecului (considerată şi viteză de deformare) în momentul impactului cu piesa este:

,2 2

0hHg

Vd⋅

= (11.10)

în care: h0 – înălţimea iniţială a epruvetei.

Fig. 11.5. Schema cinematică a sonetei:

1 – sabotă, 2 – ghidaje, 3 – berbec, 4 – declanşator, 5 – rolă, 6 – cârlig, 7 – cablu, 8 – tambur, 9 – mecanism de acţionare.

11.7. Modul de lucru - În funcţie de material, de temperatura de lucru şi de temperatura de recristalizare, se stabileşte dacă operaţia se face la cald sau la rece. - Se măsoară dimensiunile epruvetelor (să fie respectat raportul h/d = 2 – 3). - Dacă este cazul, se introduc epruvetele într+un cuptor de laborator în vederea încălzirii. - În funcţie de înălţimea de la care va cădea berbecul se calculează energia de deformare. - După fiecare lovitură se măsoară înălţimea şi diametrul epruvetei

64

Page 66: Indrumar STM 2

- Se fac aceleaşi operaţii folosind un lubrifiant pe suprafaţa de contact dintre piesă şi berbec. - Se măreşte înălţimea de cădere a berbecului - Se repetă operaţiile prezentate mai sus. - Rezultatele se trec în tabelul 11.1. şi se ridică diagramele ( );..lovitnrfh = ( );..lovitnrfd = ( )xfh γ= - Se studiază aspectul exterior al epruvetelor deformate.

Tabelul 11.1.

Condiţii de încercare

Dimensiunile iniţiale ale epruvetei

Dimensiunile epruvetei după fiecare lovitură

Mat

eria

lul

tiGreutat

e berbec [kg]

Înălţimea de cădere [mm]

h0 [mm]

d0 [mm]

Numărul loviturii [x]

hx [mm]

dx [mm]

Gr.relativ de deformare

1 2 3

4

Gradul relativ de deformare se calculează cu relaţia:

[ ]%1001

1 ⋅−

−−=xh

xhhhxγ (11.11)

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: Care sunt parametrii care influenţează deformarea plastică? Cum influenţează viteza de deformare, rezistenţa la deformare? Care este parametrul care delimitează deformarea plastică la rece de cea la cald? Forţele de frecare au influenţă în procesul de deformare plastică?

65

Page 67: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 12

FORJAREA LIBERĂ MECANICĂ.

Prelucrarea prin defromarea plastică a metalelor face parte din procedeele tehnologice la care transformările semifabricatului in piesa finită au loc fără producere de aşchii.

Produsele realizate prin procedee de deformare plastică pot fi piese care servesc ca semifabricate intermediare (care vor fi prelucrate in continuare prin aşchiere sau alt procedeu) sau pot fi piese finite.

Principalii factori care intervin în procesele de transformare interne sunt forţe exterioare de deformare, căldura si timpul.

12.1. Operaţiile de bază ale forjării libere

Principii teoretice Forjarea liberă este procedeul de prelucrare a metalelor prin deformare

plastică cu ajutorul unor scule simple, plane sau profilate. Prin acest procedeu se prelucrează oţeluri carbon şi aliate, aliaje de cupru,

etc. Operaţiile de bază practicate la forjarea liberă sunt: refularea, întinderea,

găurirea, îndoirea, răsucirea, crestarea si debitarea.

Refularea este operaţia prin care se reduce înalţimea semifabricatului si se obţine o creştere a secţiunii transversale perpendiculare pe direcţia de acţionare a forţei. Se deosebeşte refularea plană (fig. 12.1.a) si refularea cu proeminenţe (fig. 12.1.b).

În primul caz se utilizează scule plane, în al doilea caz scule cu cavităţi, in care se formază proeminenţe. Pentru buna reuşita a operaţiei se recomandă ca raportul dinte înălţimea h0 si diametrul iniţial d0 al semifabricatului h0 / d0 < 2,5 , iar secţiunea iniţială să fie circulară.

Întinderea este operaţia prin care se urmăreşte lungirea semifabricatului reducând secţiunea transversală perpendiculară pe direcţia de lungire (fig. 12.1.c).

Întinderea poate fi privită ca o succesiune de refulări locale, realizate prin deformări succesive ale unor zone alăturate, aplicând in acest scop lovituri succesiv alăturate. Întinderea poate fi: simplă, cu lătire, cu profilare, cu deplasare axială.

Găurirea este operaţia prin care se realizează secţiuni goale ale pieselor forjate sau ale unor porţiuni ale acestora (fig. 12.1.d). Găurirea poate fi pătrunsă sau nepatrunsă.

Tăierea este operaţia prin care sunt separate total sau parţial dintre ele diferite porţiuni ale semifabricatului (fig. 12.1.e)

66

Page 68: Indrumar STM 2

Îndoirea este operaţia de schimbare in spaţiu a orientării axei longitudinale a piesei forjate.Îndoirea se poate realiza liber sau în scule de îndoire (fig. 12.1.g).

Răsucirea este operaţia de rotire in jurul axei longitudinale a unei porţiuni fată de alta a piesei forjate (fig. 12.1.h).

12.2. Unelte si scule folosite pentru forjarea liberă se clasifică in funcţie de

destinaţia lor in urmatoarele categorii: de bază, intermediare si ajutatoare (fig. 12.2.). Din categoria sculelor de bază fac parte nicovalele (fig. 12.2.a) care pot fi plane, combinate sau profilate. Dălţile, vergelele, dornurile, matriţele arcuite (fig. 12.2.b,c,d,e) sunt scule intemediare iar scule ajutătoare sunt: cleşti pentru întindere, pentru refulare, pârghii pentru răsucire si verificatoarele (fig. 12.2.f,g).

Fig. 12,1. Operaţii de bază ale forjării libere : 1 a - refulare simplă; refulare cu proeminenţe ; c - întindere ; d - găurire ; e - tăiere

crestare îndoire liberă ; g - îndoire în matriţă ; h - răsucire. 2.3. Tehnologia de forjare cuprinde mai multe etape: aducerea

semifabricatului în stare de plasticitate maxima prin încălzire, trasportul semifabricatului încălzit cu o unealtă adecvată la locul de forjare, execuţia operaţiilor de forjare cu unelte şi scule adecvate, verificarea formei rezultate in urma forjării.

Documentul scris care cuprinde toate datele necesare executării tehnologice a unui reper se numeşte plan de operaţie.

Întocmirea desenului piesei forjate (fig. 12.3) este operaţia de pornire.

Fig.12.2. Unelte si scule pentru forjarea liberă:

a – plăci de berbec şi de nicovală; b – daltă; c – vergea; d – dorn; e – matriţă arcuită; f – cleşte; g – pârghie

pentru răsucire 67

Page 69: Indrumar STM 2

Piesa forjată va fi dimensional mai mare decât piesa finită. Diferenţa de dimensiune dintre piesa finită şi piesa forjată este materializată de adaosuri de prelucrare.

Surplusul de metal pe piesa forjată conditinat de limitele tehnologiei de forjare liberă se numeşte adaos tehnologic.

Fig.12.3. Schema întocmirii desenului piesei forjate

Încălzirea semifabricatelor se face în scopul micşorării rezistenţei la deformare a metalului şi de ridicare a plasticităţii acestuia.

Regimul de încălzire se stabileşte în funcţie de calitatea materialului piesei. Pentru C 45, temperatura trebuie să se situeze înte A3 + (30 - 500C) si A4-(150 - 2000C). Măsurarea temperaturii semifabricatelor încălzite se face cu ajutorul pirometrului optic. Schema acestuia este prevazută in fig. 12.4.

Utilajul pe care se execută în laborator operaţia de forjare liberă este un ciocan autocompresor (fig.12.5).

A-piesa forjată; B – piesa finită;

C – adaos de prelucrare; D – adaos tehnologic

Fig. 12.4. Schema pirometrului optic

1-obiectiv; 2-ocular; 3-bec cu filament special; 4-sursa de curent;

5-întrerupator; 6-reostat pentru reglarea brută;7-reostat pentru reglarea fină; 8-

miliampermetru;

9-filtru de protecţie; 10-filtru de lumină.

Fig.12.5. Schema de funcţionare a

ciocanului autocompresor 1-motor electric; 2-transmisie prin curele; 3-volant; 4-mecanism bielă-manivelă; 5-piston compresor; 6-cilindru compresor; 7-sertăraşe de comandă; 8-canal de evacuare; 9-

cilindru de lucru; 10-piston cu berbec; 11-placă de berbec cu

nicovală; 12-şabotă; 13-manetă de comandă; 14-sistem de pârghii pentru

comanda cu piciorul

68

Page 70: Indrumar STM 2

12.4. Modul de lucru: În cadrul lucrării de laborator se vor executa operaţiile de bază ale forjării

libere şi demonstrativ o piesă simplă. Se vor schiţa etapele pentru obţinerea piesei obţinute prin forjarea liberă,

exemplu anexa I la prezenta lucrare. Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: - Care sunt operaţiile de bază ale forjării libere? - Ce avantaje prezintă ciocanul autocompresor? - Pe ce principiu funcţionează pirometrul optic?

69

Page 71: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 13.

DEFORMARE PLASTICĂ PRIN LAMINARE

13.1. Principii teoretice Prin laminare se înţelege procedeul de prelucrare prin deformare plastică la cald sau la rece care se realizează prin antrenarea semifabricatului între cilindrii de laminare datorită forţelor de frecare. Utilajul se numeşte laminor, procedeul laminare, iar produsul rezultat laminat. Schema de principiu a laminorului duo este prezentată în fig. 13.1.

Fig. 13.1. Schema laminorului duo: 1 – motor electric, 2 – cuplaj, 3 – reductor,

4 – caja roţilor de antrenare, 5 – bară de cuplare, 6 – batiu, 7 – lagăre de alunecare, 8 – cilindrii de laminor, 9 – şuruburi de reglare, 10 – discuri pentru măsurarea cursei reglate,

11 – bară de cuplare articulată. La laminare, dimensiunile materialului se reduc în direcţia presării lui de către cilindrii şi cresc în celelalte direcţii, mai ales în direcţia de avans a acesteia. Laminarea se efectuează în următoarele scopuri:

- să transforme materialul metalic (lingou, semifabricat) în profile cu secţiune dorită, din care se pot prelucra ulterior diferite piese sau se pot folosi direct (construcţii, instalaţii, etc.);

- să schimbe structura rezultată la turnare (grosolană, neuniformă) într+o structură fină care determină obţinerea unor caracteristici ridicate. Prin laminare se obţin diferite tipo-dimensiuni de profile, deosebite între ele

prin forma secţiunii transversale. Majoritatea acestora sunt standardizate în ceea ce

70

Page 72: Indrumar STM 2

priveşte domeniile de bază, proprietăţile fizico – mecanice şi tehnologice, metodele de încercare.

Produsele laminate se împart în următoarele grupe de bază: 1. profile: a) cu destinaţie generală: rotund, pătrat, U, I, L, sârmă;

b) cu destinaţie specială: şine de cale ferată, de tramvai; 2. table şi benzi; 3. ţevi; 4. laminate speciale : bandaje, bile, profile periodice pentru forjare;

13.2. Modul de lucru Determinarea parametrilor de laminare se face folosind elementele

prezentate în figura 13.2. AB - arc de prindere (arc de contact); α - unghi de prindere; Fd - forţa de deformare; Ff - forţa de frecare; hi - grosimea materialului înainte de laminare; hf - grosimea materialului după laminare. Unghiul de prindere (α) se determină funcţie de reducerea grosimii

materialului şi diametrul cilindrilor astfel, (vezi fig. 13.2.):

αcos2

Rhh

R fi =−

− (1)

( )2

2sin2cos1,

2cos1 ααα =−

−=− fi hh

R (2)

22sin,

22sin 2 ααα

≈−

= fi hhD (la valori mici) (3)

( )

DfhhhDhh

D fififi

24

222222

2

2 −=⇒

−=⇒

−=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ααα

(4)

( )D

hh fi −=

2α (5)

71

Page 73: Indrumar STM 2

Fig. 13.2. Schema procesului de deformare prin laminare Valoarea exactă a unghiului de prindere, se determină cu relaţia:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−=

Dhh

l fiarccosα (6)

Pentru a obţine acelaşi grad de deformare trebuie ca hi – h1 = hi – h2.

În procesul de laminare, se pot modifica şi dimensiunile în direcţia lăţimii. Fenomenul se numeşte lăţire ( )fi bbb −=Δ . Lăţirea se calculează cu ajutorul relaţiei: hD

ihhcb Δ⋅⋅

Δ⋅=Δ

2 (7)

unde: c = coeficientul ce depinde de temperatura de laminare şi natura materialului laminat, (cplumb, 20oC = 0,33);

i

fi

i hhh

hh −

=Δ = reducerea relativă pe înălţime; (8)

D – diametrul cilindrilor În procesul laminării, materialul care iese dintre cilindri are o viteză mai mare decât a cilindrilor în direcţia laminării. Cele două viteze se calculează cu relaţiile: σff lv = este viteza laminatului la ieşire (lf = lungimea finală, σ = timpul de laminare)

72

Page 74: Indrumar STM 2

σii lv = este viteza materialului la intrare (li = lungimea iniţială, σ= timpul de laminare). Un parametru important la laminare este forţa de laminare (de deformare, Fd). În cazul laminării produselor cu secţiune dreptunghiulară pe cilindri cu tăblie netedă şi diametre egale, forţa de deformare se calculează cu relaţia: ( )

22D

fhihfbibmpclmbmpdF ⋅−⋅

+⋅=⋅⋅= , (9)

unde:

pm - presiunea medie (este aproximativ egală cu limita de curgere a materialului), ( )cmp σ≅

bm - laţimea medie a suprafeţei de contact; lc - lungime arcului de contact.

Produsul reprezintă (aproximativ) suprafaţa de contact a materialului cu unul dintre cilindrii de laminare.

cm lb ⋅

Rezultatele măsurătorilor şi a calculelor efectuate se vor trece în tabelul 1 Tabelul 11.1

Dimensiunile iniţiale

Dimensiunile finale τ α Δb Fd

Nr. crt.

Material

Nr. treceri

bi hi li bf hf lf [sec]

[grad]

[mm]

[daN]

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice: De ce valoarea lăţirii este mai mică decât a alungirii? Reducerea înălţimii la o trecere depinde de?

73

Page 75: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 14.

SUDAREA ŞI TĂIEREA CU FLACĂRĂ OXI – GAZ

14.1. Principii teoretice În practica sudării oxi-gaz şi a tăierii termice a aliajelor se utilizează căldura degajată de flacăra produsă la arderea unui amestec de oxigen cu un gaz combustibil cum ar fi: acetilenă, hidrogen, metan, butan, propan, gaz de cocserie sau biogaz. Reacţiile chimice produse între gazul combustibil şi oxigen trebuie să aibă caracter exoterm şi sunt însoţite ca fenomen secundar de emisia de lumină. Gazul combustibil utilizat pentru sudarea cu flacără oxigaz se alege în funcţie de caracteristicile aliajului prelucrat şi trebuie să asigure puterea calorică necesară topirii locale a semifabricatelor, fapt determinat de temperatura de ardere în amestec cu oxigenul. Sudarea cu flacără oxi-gaz este un procedeu cu aplicabilitate restrânsă datorită productivităţii scăzute, dificultăţilor în manipulare şi pericolului mare de explozie. 14.2. Sudarea cu flacără oxi-acetilenică Acetilena (C2H2) – datorită temperaturii mari de ardere şi puterii calorice ridicate este cel mai utilizat gaz combustibil, în cazul sudării cu flacără oxi-gaz. Flacăra oxi-acetilenică are o structură complexă – în funcţie de natura reacţiilor chimice care au loc şi cuprinde următoarele zone (fig. 14.1):

a – sâmburele nucleului format din amestec de C2H2 + O2; b – nucleul flăcării – zona de ardere intensă şi oxidare primară

JHCOOHC 222.4502 2222 ++→+ (1)

c – zona reducătoare – puternic exotermă

JOHCOOHCO 940.8512232 2222 +↑+→++ (2)

d – zona flăcării secundare unde se produce oxidarea completă

( ). mmx 42 ÷=ΔTemperatura maximă a flăcării se obţine în zona reducătoare, loc în care

trebuie să poziţionăm şi piesa de sudat. Căldura dezvoltată de flacăra oxi-acetilenică creşte – dar nu proporţional – cu consumul de acetilenă şi este dependentă de amestecul intim al gazelor în amestec. Pentru o ardere completă, raportul volumic - β0 – între oxigenul şi acetilena care participă la reacţie, este supraunitar. În acest sens se poate defini:

74

Page 76: Indrumar STM 2

22

2

22

2

0HC

O

HC

O

VV

QQ

==β ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡hmhm

//

3

3

(3)

- flacăra oxidantă 5,12.10 ÷=β ; - flacăra normală 2,11.10 ÷=β ; - flacăra carburantă .17,00 ÷=β

Alegerea adecvată a tehnologiei de sudare şi a caracterului flăcării în concordanţă cu natura aliajului topit şi cu grosimea tablelor, conduce la reuşita unei suduri de calitate, obţinându-se o cusătură sudată netedă şi uniformă, fără arderi de material.

Fig. 14.1. Structura şi repartiţia temperaturii în lungul flăcării

Tehnologia de sudare este influenţată de următorii factori:

- raportul 0β al amestecului ; 222 / HCO

- viteza gazului prin ajutajul arzătorului;

- poziţionarea corectă a piesei în zona de temperatură maximă;

- înclinaţia arzătorului pentru a dirija flacăra faţă de piesă; - viteza şi metoda de sudare; - grosimea şi proprietăţile termofizice ale piesei de sudat Pentru a realiza o îmbinare de calitate prin sudare oxi-gaz, este necesar să

poziţionăm arzătorul astfel încât flacăra să topească în acelaşi timp ambele zone de îmbinare ale semifabricatelor precum şi capătul vergelei din material de adaos. Concomitent cu avansul în lungul cusăturii sudate, arzătorul trebuie să efectueze mişcări de pendulare transversale pe axa sudurii. Aceste mişcări uniformizează temperatura în zona sudurii, preâncălzesc zona de sudare şi topesc marginile semifabricatelor, obţinându-se o topitură omogenă. Vergeaua din metal de adaos execută mişcări în concordanţă cu arzătorul, asigurând în acelaşi timp compensarea topirii capătului cald care nu va părăsi flacăra – pentru a evita oxidarea lui şi impurificarea cu oxizi a cusăturii sudate.

75

Page 77: Indrumar STM 2

Unghiul de înclinare al duzei arzătorului faţă de cusătura sudată este dependent de grosimea tablei şi este mai mare pentru piese mai groase (fig. 14.2). Pregătirea marginilor tablelor – fig. 14.3 – astfel încât să se asigure o topire bună a zonei de îmbinare, se face în funcţie de grosimea şi forma piesei.

Fig. 14.3. Pregătirea marginilor tablelor în funcţie de grosimea piesei: a – cap la cap cu margini răsfrânte, b – cap la cap fără pregătirea marginilor, c – cap la cap în V, d – de colţ şi în T.

Fig. 14.2. Unghiul de înclinare al duzei arzătorului faţă de suprafaţa metalului în funcţie de grosimea piesei: 1 – metal de bază, 2 – arzător, 3 – unghi de înclinare, 4 – material de adaos.

Flacăra secundară şi dirijarea fluxului de căldură defineşte tehnologia de sudare în funcţie de grosimea materialului.

Fig. 14.4. Metodă de sudare înainte: 1 – arzător, 2 – metal de adaos,

3 – metal de bază, 4 – sensul de sudare, 5 – cordonul de sudură, 6 – rostul îmbinării.

Metoda de sudare spre înainte este aplicată în general tablelor subţiri din oţel cu sudabilitate bună, cu grosime până la 4 mm, sau din aliaje neferoase cu punct de topire scăzut. Arzătorul dirijează flacăra în sensul avansului de sudare, preâncălzind zona ce se va suda (fig. 14.4.).

76

Page 78: Indrumar STM 2

Metoda de sudare spre înapoi – fig. 14.5 – se aplică tablelor groase din oţeluri cu sudabilitate acceptabilă şi asigură dirijarea flăcării spre zona deja sudată. În acest fel, flacăra secundară menţine temperatura cusăturii sudate şi se evită răcirea rapidă cu influenţele sale nefavorabile în zona influenţată termic.

Puterea arzătorului – cuantificată prin numărul becului – se alege în funcţie de grosimea materialului de bază şi este proporţională cu debitul orar al acetilenei (amestecului combustibil). Experimental au fost probate următoarele relaţii:

gQ HC 12022

= - pentru sudarea spre înainte;

gQ HC 10022

= - pentru sudarea spre înapoi. 14.3. Tăierea oxi-gaz Principii teoretice. Tăierea cu flacără oxi-gaz este

posibilă numai dacă materialul de tăiat îndeplineşte condiţiile următoare:

Fig. 14.5. Metodă de sudare înapoi: 1 – arzător, 2 – metal de adaos, 3 – metal de bază, 4 – sensul de sudare,5 – rostul îmbinării, 6 – cordonul de sudură.

- temperatura de formare şi de topire a oxizilor este mai mică decât temperatura de topire a aliajului;

- reacţiile de oxidare sunt puternic exoterme; - aliajul de tăiat are conductivitate scăzută.

Pentru a amorsa tăierea oxi-gaz, este necesară încălzirea locală a piesei până la apariţia primei picături topite, moment în care se proiectează în zonă un jet de oxigen pur cu presiune de 4 – 10 at. În prezenţa oxigenului, materialul topit se oxidează în continuare – reacţia este exotermă – şi topeşte alte zone, iar picăturile formate sunt spulberate de jetul de gaz. În urma tăierii oxi-gaz, marginile tăiate sunt puternic oxidate, motiv pentru care nu se recomandă sudarea lor fără o prelucrare pentru îndepărtarea oxizilor. 14.4. Aparate şi accesorii Pentru sudarea cu flacără oxi-gaz se folosesc următoarele aparate:

- generatorul de acetilenă prevăzut cu o supapă de siguranţă sau o butelie de acetilenă cu reductor de presiune;

- butelia de oxigen prevăzută cu reductorul de presiune; - trusa de sudură standard; - tuburi flexibile din cauciuc cu inserţie de pânză pentru transportul gazelor; - diverse accesorii.

77

Page 79: Indrumar STM 2

Generatorul de acetilenă – fig. 14.6. – este un aparat în care se produce acetilena ca urmare a reacţiei dintre apă şi carbura de calciu (carbid).

( )22222 2 OHCaHCOHCaC +↑=+ (4) Generatorul de acetilenă este format dintr-un clopot metalic imersat în apa

conţinută de un recipient. Recipientul şi clopotul metalic sunt de obicei rigidizate dar pot fi demontate pentru curăţire şi înlocuirea carbidului. Cele două vase formează un sistem de vase comunicante în care poate circula apa sub acţiunea presiunii din clopot. În interiorul clopotului, sub nivelul de echilibru al apei din vasele comunicante se fixează un coş metalic ce conţine bucăţi de carbură de calciu. Prin formarea acetilenei va creşte presiunea de sub clopot şi va scădea nivelul apei – fapt ce întrerupe formarea acetilenei şi stabilizează poziţiile relative ale apei şi carburii de calciu. Consumul de acetilenă va conduce din nou la scăderea presiunii - pmax = 0,7 atm – şi are ca efect reluarea ciclului de formare – consum de acetilenă descris mai sus. Se menţine astfel o presiune cu mici fluctuaţii datorate consumului În locurile unde consumul de acetilenă este redus, se preferă utilizarea buteliilor de acetilenă. Prin dizolvarea acetilenei în acetonă şi înmagazinarea lor într-o masă poroasă conţinută de o butelie de oţel se poate ridica presiunea de stocare a acetilenei până la 15 atm., fapt ce diminuează pericolele în exploatare. În stare naturală, acetilena explodează la aproximativ 2 atm, presiune critică ce scade cu creşterea temperaturii. Supapa de siguranţă utilizată pentru protecţia generatoarelor de acetilenă împiedică întoarcerea accidentală a suprapresiunii şi a flăcării înspre acesta. Este formată dintr-un vas metalic prevăzut cu tuburi – conform fig. 14.6 – care asigură un traseu bine determinat al acetilenei. În cazul funcţionării normale, acetilena traversează discontinuu – sub formă de bule de gaz – apa din supapă. În cazul unei avarii – explozie la arzător – presiunea întoarsă în supapă va împinge apa în pâlnia B, dar se va menţine totuşi – datorită supra-înălţării H – un traseu discontinuu de bule de acetilenă, care nu permite trecerea flăcării spre generator.

Înainte de punerea în funcţiune a generatorului trebuie verificat şi eventual completat nivelul apei în supapa de siguranţă. Corect este ca apa să se găsească la înălţimea robinetului de verificare (6). Oxigenul necesar este îmbuteliat în butelii de oţel la presiunea de 150 at. Deoarece la sudare este nevoie de presiuni mai mici – 0,5÷10 at. – este necesară utilizarea reductoarelor de presiune. Schema unui reductor de presiune este prezentată în fig. 14.7.

78

Page 80: Indrumar STM 2

Fig. 14.6. Generatorul de acetilenă: 1 – recipient, 2 – clopot, 3 – coş metalic, 4 – sistem de rigidizare – recipient – clopot, 5 – corp supapă de siguranţă, 6 – robinet, 7 – evacuare C2H2 spre furtun, 8 – pâlnie.

Fig. 14.7. Reductor de presiune pentru oxigen 1 – manometru pentru măsurarea presiunii din

camera de înaltă presiune, 2 – cameră de înaltă presiune, 3 – supapă, 4 – resort de

reducere, 5 – manometru pentru măsurarea presiunii din camera de joasă presiune, 6 – şurub de reglare a presiunii, 7 – resort de

reglare, 8 – tije, 9 – camera de joasă presiune, 10 – conductă de evcacuare,

11 – membrană elastică, 12 – robinet. Se disting două camere între care gazul de transferă prin intermediul unei supape cu con. Oxigenul cu presiune înaltă găseşte supapa deschisă sub acţiunea arcului 7 şi pătrunzând în camera de joasă presiune (9) acţioneză asupra membranei elastice cu o forţă ce comprimă arcul 7 şi permite închiderea supapei 3. Presiunea din camera de joasă presiune este dependentă de relaţia:

Spxk ⋅=Δ⋅ (5) unde: k – caracteristica elastică a arcului 7;

Δx – comprimarea arcului datorită reglajului cu şurubul 6; p – presiunea de lucru; S – suprafaţa membranei elastice.

Sistemul funcţionează pulsator, cu frecvenţe dependente de debitul transferat – (200÷5000) Hz. La flacără pulsaţiile nu sunt sesizabile datorită amortizării lor în sistemul de tuburi flexibile de transport. Trusa de sudură conţine corpul arzătorului cu robinetele pentru reglajul debitului, becurile de schimb şi capul de tăiere. Arzătorul pentru flacăra oxiacetilenică este prezentat în fig. 14.8.

79

Page 81: Indrumar STM 2

Fig. 14.8. Arzătorul cu injector pentru sudarea oxi-gaz 1 – corpul arzătorului, 2 – conductă de acetilenă, 3 – robinet de acetilenă, 4 – injector,

5 – garnitură de cauciuc pentru etanşare, 6 – piuliţă de asamblare, 7 – camera de amestec, 8 – ţeavă de amestec, 9 – bec, 10 – robinet pentru O2, 11 – conductă pentru O2..

Fig. 14.9 Becul de tăiere cu flacără: 1 – corpul becului, 2 – becul de tăiere. 14.5. Modul de lucru - Se vor identifica aparatele şi accesoriile care se utilizează; - Se stabilesc consumurile de gaz combustibil; - Se alege numărul becului în funcţie de grosimea materialului sudat; - Se instalează şi se verifică aparatele şi dispozitivele pentru sudare; - Se cântăresc tablele înainte de sudare (mc); - Se sudează tablele cu ambele metode; - Se cronometrează timpul de sudare; - Se cântăresc tablele după sudare (mf); - Se calculează masa materialului depus, (md); - Se măsoară lungimea cordonului L;

80

Page 82: Indrumar STM 2

- Se determină viteza de sudare (Vs); În cazul tăierii oxi-gaz: - Se trasează cu cretă direcţia de tăiere; - Se echipează arzătorul cu duza de tăiere; - Se preâncălzeşte local zona de tăiere; - Se taie tabla urmărind trasajul. 14.6. Interpretarea rezultatelor - Se apreciază calitatea îmbinării şi a tăieturilor în funcţie de metodă; - Se compară vitezele de sudare în funcţie de metodă; - Se apreciază consumurile de acetilenă şi oxigen. Rezultatele şi observaţiile se trec în tabelul următor: Tabelul 14.2.

Material Nr.

Gaz

com

b.

crt.

Cal

itate

Gro

sim

e Met

oda

Nr.

bec

m m m L t V2HCP

2OP22 HCQ

2OQi f d s s s

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice: Care sunt gazele cele mai potrivite pentru sudarea oxi-gaz? Cand se foloseşte metoda de sudare înainte şi când cea înapoi? Care sunt avantajele tăierii oxi-gaz?

81

Page 83: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 15

LIPIREA ALIAJEOR METALICE

Lucrarea prezintă noţiunile generale asupra procesului de lipire, tehnica si tehnologia lipirii precum si principalele materiale de adaos întrebuinţate la lipire. 15.1. Principiul lucrării

Lipirea este procesul tehnologic de îmbinare a două piese metalice, aflate in stare solidă, cu ajutorul unui metal de adaos topit, numit aliaj pentru lipit.

Aliajul pentru lipit are întotdeauna o temperatura de topire mai joasă decât a metalului de bază, care spre deosebire de sudare, la lipire nu se topeşte. În timpul lipirii se produce o dizolvare si o difuziune superficială reciprocă între metalele de bază şi aliajul pentru lipit, care trebuie să dizolve bine metalele de bază, să se

întindă uşor pe suprafaţa lor şi să adere cât mai bine la acestea (fig. 15.1).

Fig.15.1. Structura lipiturilor

1-material de bază Contactul dintre aliajul pentru lipit în stare lichidă şi metalul de bază în stare solidă se poate realiza numai prin completata curăţire a suprafeţelor de îmbinat.

2-stratul de difuzie 3-material de adaos

Pentru buna reuşită a procesului de lipire se întrebuinţează în afara materialului de adaos corespunzător şi fluxuri. Rolul lor este de a dizolva şi îndepărta oxizii si murdăriile de la suprafaţa metalelor, de a le proteja împotriva oxidării, de a îmbunătăţii aderarea şi întinderea metalului de lipit pe suprafaţa metalului de bază, etc.

Procedeele actuale de lipire pot fi împărţite în două categorii principale: - lipire moale; - lipire tare (brazare).

Aceste două feluri de lipire se deosebesc, în primul rând, prin temperatura de topire a aliajului de lipit.

82

Page 84: Indrumar STM 2

Fig.15.2. Lipituri prin suprapunere

Fig.15.3. Îmbinări prin lipire cap la cap

Aliajele pentru lipirea moale au o temperatură de topire sub 4000C iar aliajele

pentru lipirea tare au o temperatură de topire peste 5500C. Aliajele pentru lipirea tare au o mai mare rezistentă mecanică, rezistenţa la

rupere atingând în unele cazuri 50 daN/mm2, iar cele pentru lipirea moale de obicei pana la 5-7 daN/mm2.

Forma lipiturii influenţează caracteristicile mecanice ale acestuia. Cel mai frecvent se întrebuinţează lipitura prin suprapunere (fig. 15.2) si lipirea cap la cap (fig. 15.3).

Pentru sporirea rezistenţei mecanice se recomanda înclinări ale îmbinărilor cap la cap de peste 450 sau îmbinările sub forma de coadă de randunică.

15.2. Lipirea moale

Aliajele pentru lipirea moale fiind uşor fuzibile şi cu rezistenţă mecanică mică se utilizează acolo unde piesele nu au de suportat solicitări mecanice mari.

Lipirea moale poate fi folisită aproape la toate metalele şi aliajele lor inclusiv la metalele uşor fuzibile ca: zincul, plumbul, staniul si aliajele lor.

15.2.1. Aliaje pentru lipirea moale

Cele mai răspândite sunt staniul si plumbul (tabelul 15.1). Tabelul 15.1.

Compoziţia chimică şi întrebuinşarea aliajelor de staniu pentru lipirea moale Compoziţia chimică Temperatura oC Simbol Sn Pb Solid Lichid

Întrebuinţări

Pentru lipit plumb, oţel, alamă, cupru şi articole de uz general. Nu este utilizabil cu ciocanul de lipit.

Lp 20 20±1 rest 183 266

Pentru lipituri cu flacără şi tinichigerie obişnuită. Lipituri diverse la oţel şi plumb.

Lp30 30±1 rest 183 255

83

Page 85: Indrumar STM 2

Simbolul aliajului de topit cuprinde literele Lp adica lipit, însoţite de un

număr care indică conţinutul mediu in staniu. Aliajele se toarnă în vergele de cca. 600mm lungime şi în blocuri.

15.2.2. Fluxuri pentru lipirea moale Fluxurile sunt absolut necesare în majoritatea cazurilor de lipire, întru-cât

aliajul pentru lipit nu dizolvă destul de uşor metalul de bază, numai dacă suprafaţa acestuia este perfect curată.

Fluxul apară metalul de bază şi aliajul pentru lipit împotriva oxidării, dizolvă sau reduce oxizii formaţi, mareşte aderenţa marginilor cu aliajul pentru lipit şi îmbunătăţeşte acoperirea suprafeţei pieselor.

Fluxurile sunt foarte diferite ca aspect: lichide, paste, prafuri. Cele mai utilizate sunt: - compuşi organici: colofoniu (sacâzul), stearina, etc. - compuşi anorganici: acidul clorhidric, clorura de amoniu (tipiringul), clorura de

zinc, etc. Dupa lipire se recomandă îndepartarea fluxurilor neorganice întru-cât se

produce o coroziube rapidă.

15.2.3. Tehnologia lipirii

Pentru reuşita lipiturii este necesar ca suprafeţele de îmbinat să fie perfect curate. Curăţirea se face mecanic (periere, pilire, etc.) sau chimic prin ardere sau fierbere intr-o substantă alcalină.

După procedeul de încălzire al locului de lipit, lipirea se poate executa cu: - ciocanul de lipit; - flacară; - prin imersare; - cu ultrasunete.

Lipirea cu ciocanul

Este unul dintre cele mai des folosite procedee (fig. 15.4).

Ciocanele de lipit se încălzesc până la temperatura de 250-6000C după necesităţile operaţiei.

Ciocanul de lipit încălzit se freacă cu partea activă de clorura de amoniu (ţipirig) în prezenţa unei bobiţe de staniu. Se aplică apoi pe locul deîimbinat bine curăţat şi în acelaşi timp se apropie vergeaua de aliaj de lipit care se topeşte şi furnizează materialul de adaos.

84

Page 86: Indrumar STM 2

Lipirea se face printr-un strat subţire de material de lipit care pătrunde în spaţiul mic dintre suprafeţele de îmbinat.

Dacă îmbinarea se executa prin suprapunere, lăţimea X suprapusă se calculează

cu formula:

2

1

δδ chX ⋅⋅

= ,

în care: si 1δ 2δ sunt rezistenţa la forfecare a

materialului de bază respectiv a aliajului de lipit; h – grosimea minimă a materialului; c – coeficientul de siguranţă.

Fig.15.4. Lipitura cu ciocanul de lipit

1-piesă, 2-dispozitiv, 3-lipitură, 4-vergea din aliajul

de lipit, 5-ciocan de lipit.

Lipirea cu flacără Foloseşte pentru încălzirea locului de lipit flacără unui arzător de gaz, a unei

lampi de lipit sau altă sursă asemănătoare atunci când este necesară o temperatură puţin mai ridicată la locul de lipire sau când forma piesei nu permite utilizarea ciocanului de lipit.

Porţiunile care urmează a fi lipite se încălzesc până când se topeşte aliajul folosit, întins în prealabil o dată cu fluxul. Procedeul se foloseşte foarte mult la lipirea ţevilor (fig. 15.5). Pentru calculul lăţimii X a suprapunerii se utilizează formula:

dhdchX

⋅−⋅⋅⋅

=2

1 )(δ

δ ,

în care: d – este diametrul locului de lipit; h – grosimea minimă a materialului; c – coeficientul de siguranţă; si - rezistenţa la forfecare. 1δ 2δ

15.3. Măsurători si repere

Se vor executa epruvete din tabla de oţel, tabla de cupru si aluminiu precum si epruvete tubulare pentru lipirea cap la cap şi prin suprapunere.

Se vor calcula laţimile suprapuse în cazul lipirii prin suprapunere. Lipirea se va face cu ciocanul manual cât şi cu cel electric.

Se va aprecia macroscopic calitatea cusăturilor obţinute pentru fiecare din ciocanele de lipit întrebuinţate. Măsurătorile şi rezultatele vor fi trecute în tabelul 15.2.

85

Page 87: Indrumar STM 2

Tabelul 15.2. Cusătura Consum de aliaj de lipit Nr. Material Tipul de

lipire crt. Prin suprapunere Cap la cap Calculat Consumat

Studiind lucrarea, studentul trebuie să gasească raspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice:

- Care este diferenţa dintre lipire şi sudare? - Prin ce diferă lipirea moale de lipirea tare (brazare)? - Ce tehnologii de lipire cunoaşteţi?

Fig.15.5. Lipituri pe ţevi

86

Page 88: Indrumar STM 2

Lucrarea nr.16. STUDIUL INFLUENŢEI PARAMETRILOR REGIMULUI DE SUDARE

ASUPRA GEOMETRIEI SI CALITĂŢII CUSĂTURII LA SUDAREA ELECTRICĂ MANUALĂ CU ELECTROZI ÎNVELIŢI

16.1. Scopul lucrării Lucrarea are drept scop însuşirea metodologiei de elaborare a tehnologiei de sudare cu procedeul S.E., determinarea prin calcul a parametrilor regimului de sudare şi a influenţei acestora asupra geometriei şi calităţii cusăturii. 16.2. Calculul parametrilor regimului de sudare Elaborarea tehnologiei de sudare cu procedeul S.E. se face în mai multe etape: Etapa 1. În funcţie de calitatea metalului de bază MB, de grosimea δ a componentelor, de tipul sudurii (Scc – cap la cap, sau Sco – de colţ), de poziţia de sudare şi de posibilitatea de a suda dintr-o parte (notată 1p), sau din ambele parţi (notată 2p), se aleg tipul şi dimensiunile rostului. Etapa 2. Tipul şi dimensiunile rostului, împreună cu factorii enumeraţi la prima etapă, determină alegerea tipului electrozilor înveliţi, diametrul electrozilor “de”, numărul de treceri “nt” şi aşezarea lor în rost. Diametrul electrozilor “de” se stabileşte în funcţie de grosimea materialului de sudat δ la sudarea cap la cap, sau în funcţie de cateta k la îmbinările de colţ. Valorile recomandate pentru de sunt date în tabelele 16.1 si 16.2: Cunoscând diametrul electrodului, la sudarea îmbinărilor cap la cap, secţiunea cusăturii depuse la o trecere se calculează cu relaţiile: -pentru primul strat depus la rădăcina cordonului: A = (6…8) x de [mm2] (1) 1 -pentru straturile următoare: A = (8…12) x de [mm2] (2) i Tabel 16.1 Alegerea diametrului electrodului în funcţie de grosimea componentelor

Tabel 16.2 Alegerea diametrului electrodului în funcţie de cateta K a îmbinării de colţ

Aria necesară cordonului îmbinării de colţ, sau în T, se poate calcula în funcţie de cateta K a cordonului de sudură şi de coeficientul de supraînălţare Ky:

87

Page 89: Indrumar STM 2

An=Ky x K2/2 [mm2] (3) Valorile coeficientului Ky sunt date în tabelul 16.3: Tabel 16.3 Valorile coeficientului Ky în funcţie de cateta K a îmbinărilor de colţ

Cunoscând aria cusăturii Ac , aria primei treceri A1 si ariile celorlalte treceri A , se idetermină numărul de treceri cu relaţia:

- A (fig.5.1) poate fi calculată cunoscând aria rostului A : c r

A = (1,1 … 1,4) A (5) c rRelaţia (5) se aplică la sudurile cap la cap. În mod frecvent, prima trecere se sudează cu un electrod cu diametrul mai mic (3,25 mm, sau mai mic) şi celelalte cu diametrul mai mare.

Fig. 16.1 Aria rostului şi aria cusăturii

Adâncimea de pătrundere a cusăturii “p” la o trecere, se stabileşte cu relaţia : p = (0,3 … 0,5) r [cm] (6) unde: r = 0,0022 (El)1/2 E =energia liniară şi se determină cu relaţia: lE = η x U x Il a s/ Vs (7) în care: η = randamentul termic; η = 0,7 … 0,9; U = tensiunea arcului [V]; a Is = curentul de sudare [A]; Vs = viteza de sudare [cm/s]. Cunoscând de, se determină curentul mediu de sudare Is, folosind regresia:

Is = 62,5 x de - 50 [A]; (8)

88

Page 90: Indrumar STM 2

Relaţia (5.8) se aplică pentru electrozii cu pulbere de fier în înveliş - Eu. Pentru celelalte genuri funcţionale, regresiile liniare sunt: Is = 56,25 x de - 75 [A]; - pentru electrozi slab aliaţi (9) sau

2Is = 2,5x d + 35,5x de e - 18 - pentru electrozi nealiaţi (10) Is= 2,7xd2 +25x d -11 - pentru electrozi aliaţi (11) e eRelaţiile sunt valabile pentru1,6 > d < 8,0 [mm]; e Tensiunea arcului este recomandată de producătorul de electrozi. Dacă lipseşte această informaţie, Ua poate fi calculată cu relaţia:

U = 0,05 x Is+10 [V]; (12) aViteza de sudare. Depinde de metalul de bază prin energia liniară admisă să se introducă la sudare (materiale sensibile sau nu la supraîncălziri), aria trecerii, tipul şi diametrul electrodului, poziţia de sudare, etc. Este un parametru mai greu de controlat. Pentru calculul vitezei de sudare se pot utiliza următoarele relaţii. a) Folosind αd = coeficientul de depunere [g / Axh]

unde: IS = curentul de sudare (A) ρ = densitatea materialului (g / cm3) pt. oţel ρ = 7,8 g/cm3.

2A = aria trecerii (mm ) tCoeficientul de depunere αd depinde de tipul învelişului şi diametrul acestuia. În tabelul 16. 4 se dau valorile lui αd pentru electrozii bazici: Tabel 16.4 Coeficientul de depunere αd în funcţie de diametrul electrodului de

b) Folosind corelaţia statistică:

Produsul k x vS este determinat cu ajutorul unei corelaţii statistice, funcţie de diametrul electrodului şi aria trecerii realizată cu electrodul respectiv. În tabelul 16.5. sunt date valorile produsului k x vS în funcţie de diametrul electrodului. Tabel nr. 16.5 Valorile produsului k x vS în funcţie de diametrul electrodului de

89

Page 91: Indrumar STM 2

Viteza de sudare la sudarea manuală se poate determina informativ cu relaţia:

Vs = α x Is/3600 x γ x AI [cm/s]; (16) tîn care: Vs =viteza de sudare;

α =coeficientul de topire al electrozilor; αt t =(8…12 )[g/Ah] γ =densitetea [g/cm3];

A =secţiunea cordonului depus la o trecere[cm2]. iÎn acest fel, tehnologia sudării a fost elaborată, fiindcă s-au determinat toţi parametrii tehnologici P.T., care o definesc. 16. 3. Desfăşurarea lucrării a) Materiale utilizate În vederea efectuării lucrării, se va folosi ca metal de bază tablă de oţel calitatea OL 37.1K.,cu grosimea de 5 şi respectiv 10 [mm]. • Se vor debita câte 4 probe din fiecare grosime de material, conform fig. 16.2; • Pentru sudare se vor folosi electrozi SUPERTIT. Poziţionarea plăcilor în vederea sudării şi respectării rostului, se va face prin puncte de sudură, realizate cu electrozi SUPERTIT, d = 3,25 [mm]. eb) Stabilirea tehnologiei de sudare Având grosimea şi calitatea metalului de bază, se determină conform metodologiei prezentate, următoarele mărimi:

Diametrul electrozilor -d ; eNumărul de treceri -n ; tCurentul de sudare -Is; Tensiunea arcului -Ua; Viteza de sudare -Vs; Energia liniară -E ; lPătrunderea cusăturii la fiecare trecere - p. Mărimile se vor determina atât

pentru varianta “a”, cât si pentru varianta “b” din fig.16.2.

90

Page 92: Indrumar STM 2

Fig.16.2 Forma şi dimensiunile probelor

c) Sudarea probelor I. Respectând valorile lui Is, U , va s, calculate pentru fiecare grosime de material, se va executa sudarea probei cu grosimea de 10 [mm]; II. Menţinând U şi va s constante, se măreşte Is cu (15 … 20) [A] şi se sudează pe o lungime de 125 [mm], proba “a”, respectiv proba “b” ( al doilea lot din cele patru probe), apoi se micşorează Is faţă de valoarea calculată cu 15…20 [A] şi se sudează porţiunile rămase nesudate; III. Se menţin Is si v constante şi se sudează lotul trei de probe, mărind şi apoi smicşorând U , cu aproximativ 5 V, similar punctului II; aIV. Se menţin Is si U constante, şi se execută sudarea celui de-al patrulea lot de aprobe, mărind şi micşorând apoi viteza de sudare. d) Interpretarea rezultatelor După răcirea probelor sudate, se vor secţiona transversal pe cordonul de sudură. Se vor examina vizual secţiunile cu ajutorul unei lupe cu ordinul de mărire de 10x. Se vor desena cordoanele de sudură prezentându-se variaţia geometriei cusăturii, în funcţie de parametrii regimului de sudare. Pe baza calculelor efectuate şi a măsurării lui p, b, h, se va completa tabelul 16.6: Tabel 16.6 Mărimile calculate şi măsurate în cadrul lucrării

Se vor ridica graficele variaţiei lui p, b, şi h în funcţie de variaţia lui Is, U şi va s.

91

Page 93: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 17.

SUDAREA ELECTRICA PRIN PRESIUNE

17.1. Principii teoretice Sudarea prin presiune este metoda de îmbinare nedemontabilă prin

intermediul forţelor de legătură interatomice, care se realizează sub acţiunea unor forţe transmise pieselor de sudat, cu sau fără încălzirea locală a zonei de îmbinare (uneori până la topire) şi fără utilizarea unui material de adaos.

În funcţie de temperatura maximă ce se atinge în timpul sudării sub presiune, se consideră:

- Sudare la rece – procedeul la care nu se atinge temperatura de recristalizare;

- Sudare la cald – procedeul la care au loc recristalizări în cusătură sau în zona de îmbinare.

Sudarea sub presiune la cald se realizează în stare solidă sau cu topire. Metodele de încălzire pot fi foarte diferite: încălzire electrică prin rezistenţă,

cu flacără oxigaz, prin C.I.F., prin frecare, cu energie înmagazinată, etc. Cele mai răspândite procedee de sudare prin presiune se bazează pe încălzirea

electrică prin rezistenţă a zonei de îmbinare. Tehnologia de sudare constă în încălzirea locală a pieselor în contact, căldura fiind produsă la trecerea curentului electric printr-un circuit de conductori, conform legii Joule-Lenz.

Dacă în timpul încălzirii, intensitatea curentului şi rezistenţa circuitului nu se menţin constante, este valabilă relaţia:

dtRIQt

..24,00

2∫=

unde: Q – este cantitatea de energie calorică, în [J]; R – rezistenţa ohmică a circuitului, în [Ω]; I – intensitatea curentului în secundarul transformatorului, în [A]; t – timpul, în [s]. După poziţia reciprocă a pieselor de îmbinat, sudarea electrică prin presiune

poate să fie sudare cap la cap, în puncte şi în linie.

17.2. Aparatură şi utilaje

Utilajele folosite pentru sudarea electrică prin rezistenţă, trebuie să asigure regimul electric (curentul şi tensiunea la mărimea şi caracteristicile prescrise) şi regimul mecanic (forţele de presare).

Alimentarea cu energie electrică se realizează de obicei de la transformatoare construite special, de puteri uzuale între 0,5....500 kVA, putând furniza curenţi foarte mari de 5.000....30.000 A, la tensiuni secundare relativ mici, de 0,3...25 V.

92

Page 94: Indrumar STM 2

În funcţie de mărimea şi forma cusăturii, sistemele de realizare a forţelor de presare sunt foarte diferite, electrozii putând fi acţionate de dispozitive mecanice, pneumatice, hidraulice sau electrice, comandate manual, mecanizat sau mixt.

Piesele contact (electrozii) utilizate la sudarea electrică prin presiune, trebuie să îndeplinească trei condiţii:

- Să conducă curentul de sudare în zona îmbinării; - Să transmită pieselor forţa necesară pentru sudare; - Să asigure disiparea rapidă a căldurii din zona de sudare.

În acest scop, se utilizează aliaje pe bază de Cu, aliate cu diferite elemente: Cr, Cd, Be, Zn, Ni, Co, etc. În majoritatea cazurilor, piesele de contact sunt prevăzute cu sisteme de răcire cu apă.

17.3. Sudarea cap la cap

Sudarea electrică prin presiune cap la cap constă în realizarea îmbinării în stare plastică sau topită, sub acţiunea unei forţe. Încălzirea se realizează prin rezistenţa de contact a părţilor frontale ale pieselor de îmbinat, prinse între două dispozitive de strângere prin care se transmite atât curentul electric de la secundarul transformatorului de sudare cât şi forţa necesară pentru realizarea îmbinării (Fig.17.1).

În funcţie de tehnica de încălzire şi presare, se disting două variante de bază ale procedeului: Sudarea cap la cap în fază solidă – care se realizează în două faze:

a) Încălzirea – piesele cu părţile frontale prelucrate şi curăţate sunt aduse în contact (datorită forţei de presare, rezistenţa de contact între cele două piese are o valoare redusă), iar porţiunea dintre piesele de contact se încălzeşte datorită rezistenţei ohmice până la temperatura de

deformare plastică (900...1200

Fig.17.1. Schema şi fazele sudării cap la cap 1-piesele de îmbinat, 2-pese de contact, 3-sursa de curent (transformator), 4-contactor

a-faza de încălzire, b-faza de refulare (F1<F2; 2l1>2l2)

oC la oţel); b) Refularea – se realizează prin mărirea forţei de presare (F2 -

Fig.17.1.b – p2=300...500 Mpa). După răcire, îmbinarea prezintă o îngroşare şi o scurtare de refulare.

Sudarea prin topire intermediară – este procedeul la care, pe suprafeţele frontale ale pieselor se obţine o peliculă de metal lichid care este expulzat din

93

Page 95: Indrumar STM 2

interstiţiu împreună cu oxizii şi impurităţile în timpul unei refulări cu viteză ridicată. Îmbinarea se realizează şi în acest caz în două faze: încălzire şi refulare.

Topirea intermediară a suprafeţelor frontale se poate realiza prin două metode:

- Topirea directă – se realizează prin topirea capetelor cu viteză redusă şi la presiuni mici, după ce sursa de curent este cuplat. Contactele parţiale şi imperfecte (având rezistenţă de contact ridicată), conduc la încălzirea rapidă a capetelor de îmbinat până la topire.

- Topire cu preîncălzire – este asemănătoare cu tehnica precedentă, cu singura deosebire, că este precedată de o preîncălzire prin contactele intermitente realizate în urma unor impulsuri de presiune urmate de întreruperea contactelor (prin atingeri repetate ale capetelor pieselor).

În urma refulării, piesa sudată prezintă şi în acest caz o îngroşare şi o scurtare.

La sudarea prin topire intermediară, îmbinarea este de calitate superioară, deoarece impurităţile şi oxizii sunt expulzaţi împreună cu stropii de metal formaţi în timpul încălzirii. Principalele dezavantaje la această metodă sunt complexitatea procedeului şi productivitatea lui redusă.

17.4. Sudarea în puncte

Fig.17.2. Schema sudării electrice prin puncte 1-transformator, 2-electrozi, 3-piese de sudat, 4- contactor Rc – rezistenţa punctului de contact între piesele de sudat Re – rezistenţa de contact dintre electrod şi tablă Rm – rezistenţa metalului de bază

În principiu, sudarea electrică în puncte se realizează prin trecerea unui curent printr-un contact, încălzirea acestuia datorită unei rezistenţe de contact ridicate, presarea şi răcirea sub presiune. Simultan se pot realiza unul sau mai multe puncte de sudură. Sudarea în puncte se poate realiza din două părţi sau dintr-o singură parte.

Sudarea electrică prin presiune în puncte din două părţi (Fig.17.2) se realizează între piesele (3) cu electrozi (2) alimentaţi de la un transformator (1) sub acţiunea celor două forţe F egale şi de sens contrar. Conectarea la sursa de curent se face după realizarea presiunii dintre piesele de îmbinat. Datorită rezistenţei de contact de valoare ridicată dintre piesele de sudat (Rc), zona de contact se va încălzi. La creşterea temperaturii, rezistenţa de contact se micşorează, în schimb creşte rezistivitatea pieselor, astfel ca sursa termică se extinde în jurul zonei de contact, creând un nucleu sudat, format din materialele celor două elemente

94

Page 96: Indrumar STM 2

asamblate. Dacă se menţine încălzirea, punctul creşte odată cu topirea nucleului. Din această cauză, curentul trebuie întrerupt fiindcă în caz contrar punctul topit creşte până la străpungere. După răcirea metalului topit, se obţine punctul sudat.

Tehnologia sudării în puncte presupune corelarea parametrilor principali ai procesului: curentul de sudare, durata de conectare, forţa de apăsare, diametrul electrozilor şi calitatea suprafeţelor în contact.

Pentru fiecare variantă a sudării în puncte (material, diametrul punctului, forţa de strângere) se poate trasa o diagramă de sudabilitate (Fig.17.3). Pentru un curent de sudare inferior curentului Imin, sudarea nu poate avea loc, oricât ar creşte timpul. De asemenea, punctele cu coordonatele t respectiv I, aflate în zona A, indică imposibilitatea realizării unui punct de sudură.

Pentru realizarea unui punct, parametrii procesului de sudare trebuiesc

aleşi în zona B. Putem opta pentru un regim de sudare dur (I1,t1) sau pentru un regim moale (I2, t2).

Dacă parametrii sunt aleşi în zona C, se înregistrează o supraîncălzire şi o împroşcare de metal topit între electrozi şi piesele de sudat.

În afară de sudarea electrică prin presiune din două părţi, există şi alte variante, cum ar fi: sudarea dintr-o singură parte, sudarea în relief, sudarea cu energie înmagazinată, etc.

17.5. Sudarea electrică prin presiune în linie Este o metodă de sudare care se

realizează în aceleaşi condiţii ca şi sudarea în puncte, însă în unele situaţii succesiunea de puncte pot fi parţial suprapuse, rezultând astfel o cusătură etanşă.

La acest procedeu, electrozii sunt înlocuiţi cu role (Fig.17.4.). Cel puţin

Fig.17.3. Diagrama de sudabilitate la sudarea electrică în puncte

Fig.17.4. Sudarea în linie 1-rolă superioară, 2-table de îmbinat, 3-rolă

inferioară, 4-transformator

95

Page 97: Indrumar STM 2

una dintre role este antrenată mecanic. Amândouă sunt confecţionate din Cu sau aliaj de cupru, sunt răcite cu apă şi acţionează cu o forţă de presare asupra tablelor ce urmează a fi îmbinate.

Regimul electric este mai dur ca la sudarea în puncte, datorită pierderilor prin curenţi disperşi.

În funcţie de parametrii tehnologici (curentul de sudare, forţa de presare şi viteza periferică a rolelor), sudarea în linie se poate realiza prin mai multe metode:

- Prin rotirea continuă a rolelor, presiunea constantă şi deconectarea periodică a curentului;

- Prin rotirea continuă a rolelor, presiune constantă şi menţinerea constantă a curentului de sudare;

- Prin rotirea continuă a rolelor şi modularea curentului prin variaţia presiunii;

- Sudarea în paşi – cu presarea constantă şi mişcarea rolelor în contratimp cu conectarea curentului.

Sudarea în linie se aplică pentru îmbinări de rezistenţă (puncte îndepărtate) şi de etanşeitate (puncte suprapuse).

17.6. Modul de lucru şi interpretarea rezultatelor

După identificarea părţilor componente ale instalaţiilor de sudare, se vor

stabili parametrii regimurilor de sudare în funcţie de dimensiunile semifabricatelor.

Se vor executa practic următoarele îmbinări: - Sudarea electrică prin presiune cap la cap în stare solidă şi prin topire

parţială; - Sudarea prin puncte cu regim dur şi regim moale; - Sudarea în linie prin puncte îndepărtate (de rezistenţă) şi prin puncte

suprapuse (de etanşeitate). Parametrii regimurilor de sudare se vor trece în Tab.17.1. Se va aprecia

calitatea îmbinărilor obţinute folosind diferite regimuri de sudare. Tab.17.1.

Procedeul de sudare

Materialul de sudat

Dimensiunile epruvetei

I U t F F V s s r s[kA] [V] [s] [kN] [kN] [m/mi

n] Obs.

[mm] Cap la

cap

În

puncte

În

linie

96

Page 98: Indrumar STM 2

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice:

- Care este principiul sudării electrice prin presiune? - Care este diferenţa dintre sudarea electrică prin presiune cap la cap în

stare solidă şi sudarea cap la cap prin topire intermediară? - Care este semnificaţia unui regim dur şi a unui regim moale la sudarea

electrică în puncte? - Prin ce tehnici (ce parametrii tehnologici) se poate realiza sudarea

electrică prin presiune în linie?

97

Page 99: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 18 STABILIREA TEHNOLOGIEI DE SUDARE PRIN PROCEDEUL MIG,

DETERMINAREA PARAMETRILOR REGIMULUI DE SUDARE. 18.1. Scopul lucrării Lucrarea are ca scop stabilirea tehnologiei de sudare a unor plăci din oţel nealiat cu conţinut scăzut de carbon, efectuarea sudării ( aplicând tehnologia stabilită) şi verificarea influenţei parametrilor regimului de sudare asupra calităţii sudurilor realizate. 18.2. Instalaţia folosită la sudare In figura 18.1 sunt prezentate elementele componente ale unei unei instalaţii de sudare MIG / MAG.:

Fig.18.1 Elementele componente ale unei instalaţii de sudare M.I.G

1-Sursă de curent continuu (convertizor, redresor, etc.); 2 - semiautomat de sudare; 3-electrosupapă de gaz; 4- rola (bobina) cu sârmă electrod; 5 -pistolet de sudare; 6-butelie cu gaz inert; 7 - reductor de presiune; 8 -cupla pentru alimentarea de la reţeaua trifazată; 9 - metal de bază; 10 - ansamblu motor-reductor pentru acţionarea rolelor de antrenare a sârmei; 11-role de

antrenare. Instalaţia pentru sudare MIG/MAG se compune din urmatoarele părţi principale: • Sursa de curent; • Semiautomatul pentru realizarea avansului sârmei electrod cu viteză reglabilă –ve; • Pistoletul de sudare şi cablurile aferente; • Butelia ce conţine gazul inert ( sau activ) cu reductor de presiune şi manometre. 18. 3. Elaborarea tehnologiei de sudare În vederea elaborarii tehnologiei de sudare, este necesar să se cunoască urmatoarele: • Calitatea metalului de bază ce urmeaza să fie sudat; • Grosimea metalului de bază; • Tipul îmbinării (cap la cap, de colţ etc. ).

98

Page 100: Indrumar STM 2

Aceste informaţii se extrag din desenele de execuţie ale subansamblului sau ansamblului sudat. Cunoscând calitatea metalului de bază din SR EN se alege marca sârmei astfel încât să fie compatibilă cu calitatea metalului de bază. Cunoscând grosimea şi calitatea metalului de bază, din tabele tehnologice, sau din STAS se aleg forma şi dimensiunile rostului. Se recomandă: • Pentru grosimea componentelor = (3…5) [mm] – rost în I; • Pentru grosimea componentelor = (5…20) [mm] – rost în V; • Pentru grosimea componentelor = (15…40) [mm] – rost în X; • În general pentru grosimi > 20 [mm] – rost în U. În funcţie de grosimea δ a componentelor de sudat, se alege diametrul sârmei electrod de: • Pentru δ = 1 [mm] de = 0,6…0,8 [mm]; • Pentru δ = 2…5 [mm] de = 0,8…1 [mm]; • Pentru δ = 6 [mm] de = 0,8…1,2 [mm]; • Pentru δ = 7…12 [mm] de = 1…1,6 [mm]; • Pentru δ ≥ 12 [mm] de = 1,6…2,4 [mm]. Debitul gazului de protecţie se alege în limitele: • DG = 8…10 l/min. pentru δ = 1…5 [mm]; • DG = 9…12 l/min. pentru δ = 5…12 [mm]; • DG = 12…15 l/min. pentru δ > 12 [mm]. 18. 3.1 Calculul parametrilor regimului de sudare Pentru determinarea parametrilor regimului de sudare, se vor parcurge urmatoarele etape: a) Se alege modul de trecere a picăturilor de metal topit prin coloana arcului după cum urmează: - sub formă de picături ce scurtcircuitează periodic arcul electric- sudare cu arc scurt - short arc (sh) pentru grosimi mici de material (sub 3 mm) ; - sub formă de picături foarte fine, pulverizate spre baia de metal topit –sudare spray arc – (sp) pentru grosimi de material ce depăşesc 3 mm. b) În funcţie de modul de sudare ales –sh, sau sp – şi de diametrul electrodului, se calculează curentul de sudare Is, folosind relaţiile:

a. trecere sh: I = 125,5 × d - 32,5 [A]; (1) sh eb. trecere sp: Isp = 370 × de - 67de

2 - 78 [A]; (2) relaţiile fiind valabile pentru de = 0,8…2,4 [mm]. c) Tensiunea arcului Ua se determină cu relaţia:

Ua ≈ 13,34 + 0,05 × Is [V]. (3) d) În funcţie de valoarea calculată pentru curentul de sudare folosind informaţiile din tabelul 18.1, se stabileşte lungimea liberă a sârmei electrod. Tabel 18.1

99

Page 101: Indrumar STM 2

Lungimea liberă a sârmei electrodViteza de sudare vs, se calculează cunoscând: -produsul ρ·K·Vs pentru orice metal, sau aliaj metalic; -produsul K·Vs, valabil pentru oţeluri folosite în construcţiile sudate. În tabelul 8.2 sunt date valorile produselor ρ·K·Vs si K·Vs, în funcţie de modul de trecere a picăturilor de metal topit prin arcul electric Sh si Sp, fiind considerată secţiunea unei treceri, egală cu secţiunea sârmei electrod utilizată. Se determină aria rostului Ar. Aria de calcul va fi:

A = (1,1…1,3) A ; ( 8.4) Se determină coeficientul K: r cK = 4 A ti / π × d 2 (5) e

Unde Ati = aria unei treceri; fiind determinat K, folosind datele din tabelul 18.2, se determină viteza de sudare ,Vs [cm/min.].

Tabel 18.2

Valorile produselor ρ·K·Vs si K· Vs în funcţie de de şi modul de trecere Sh sau Sp. Viteza de avans a sârmei se determină pornind de la faptul că secţiunea unei treceri la înaintarea arcului cu viteza Vs, trebuie să se realizeze cu secţiunea sârmei de sudură, ce înaintează în arc cu viteza V : e

(6)

100

Page 102: Indrumar STM 2

18. 4. Desfăşurarea lucrării ♦ Se elaboreaza tehnologia de sudare MIG a unor plăci din oţel nealiat cu conţinut redus de carbon, cu dimensiunile 250 × 100 × 5 şi respectiv 250 × 100 × 10, îmbinările fiind cap la cap şi de colţ, conform fig.18.2. Se determină prin calcul Is, U , Va s, V ; eValorile calculate se vor compara cu cele existente în tabele tehnologice; se sudează probele utilizând parametrii determinaţi. ♦ Se preleveaza probe din îmbinările realizate şi se cercetează vizual aspectul cusăturii.

Fig.18.2 Forma şi dimensiunile probelor

♦ Se completează tabelul:

♦ Se interpretează datele obţinute, făcându-se aprecieri asupra ratei depunerii, a pierderilor datorate stropirii şi a calităţii îmbinărilor sudate.

101

Page 103: Indrumar STM 2

Lucrarea nr.19. PROTECŢIA SUPRAFEŢELOR PRIN ACOPERIRI METALICE

Principii teoretice Protecţia anticorozivă a suprafeţelor metalice se realizează cu un strat

subţire de material autoprotector. Acest strat trebuie să fie compact şi aderent, suficient de elastic şi plastic şi cu o grosime cât mai uniformă.

Depunerea straturilor protectoare metalice se poate realiza prin acoperiri galvanice, pe cale termică (prin pulverizarea, cufundarea în metal topit, difuzie, etc.) sau prin placare.

19.1. Protecţia suprafeţelor cu straturi metalice Aplicarea straturilor metalice protectoare pe suprafaţa pieselor prelungesc

durata de funcţionare, îmbunătăţesc condiţiile de exploatare şi duc la micşorarea consumului de metale şi aliaje deficitare.

Pentru a nu se desprinde în urma solicitărilor mecanice, stratul metalic protector trebuie să adere foarte bine la suprafaţa metalului protejat. Din această cauză, înainte de aplicarea stratului protector, suprafaţa metalică trebuie să fie pregătită corespunzător.

Pregătirea suprafeţei metalului suport se poate executa prin procedee mecanice, chimice sau electrochimice.

Prelucrarea mecanică se execută pentru îndepărtarea incluziunilor, oxizilor şi asperităţilor de pe suprafaţa metalică şi pentru a realiza o anumită rugozitate cerută de procesul tehnologic. Procedeele prin care se pot realiza aceste cerinţe sunt: sablarea, perierea, rectificarea şi suprafinisarea.

Degresarea este operaţia de îndepărtare a materialelor grase de pe suprafaţa metalică prin dizolvare, emulsionare şi saponificare. Se poate executa în solvenţi organici (benzină, petrol lampant, perclor-etilenă, tetraclorură de carbon, etc.) sau în soluţii alcaline. Acestea din urmă conţin în general hidroxid de sodiu sau potasiu, carbonat de sodiu, fosfat trisodic, polisulfaţi, etc. Pentru reducerea timpului de degresare, baia se încălzeşte la 60 ... 90ºC.

Decaparea este procesul de îndepărtare a oxizilor (rugină, ţundăr) de pe suprafaţa metalelor prin tratarea obiectului cu soluţii de acizi, săruri acide sau alcalii sau prin dizolvarea anodică. Rugina constituie un amestec de hidroxizi iar ţundărul de pe fier constă dintr-un amestec de oxizi (FeO, Fe2O3, Fe3O4). La interacţiunea cu acizii, aceşti oxizi formează săruri solubile în apă. Pentru activarea procesului de decapare, băile se încălzesc la temperaturi cuprinse între 80 ... 90 ºC.

102

Page 104: Indrumar STM 2

19.2. Acoperiri galvanice. Depunerea galvanică a metalelor constă în neutralizarea sarcinilor ionului

hidratat şi încorporarea atomului neutru în reţeaua cristalină a metalului suport. O sursă de curent exterior acţionează asupra unui electrolit care conţine ionul metalului care urmează să fie depus. Piesa ce urmează a fi acoperită joacă rolul catodului. Anodul poate fi executat din metalul acoperirii (anod solubil de exemplu la cuprare, zincare, nichelare) sau poate să fie nedizolvabil (anod insolubil la cromare).

Proiectarea unui proces tehnologic de galvanizare, indiferent de tipul acoperirii, cuprinde următoarele etape succesive:

− Alegerea metalului de protecţie în funcţie de domeniul de utilizare; − Stabilirea grosimii stratului de acoperire (în mod normal aceste grosimi

variază între 5 ... 30 μm). − Stabilirea tehnologiei care constă din alegerea electroliţilor şi anozilor

precum şi din stabilirea condiţiilor de lucru (densitatea de curent, tensiunea şi temperatura de lucru).

− Durata depunerii se poate calcula cu relaţia:

ccm RDKd6.0t

⋅⋅δ⋅⋅

= [min] (1)

unde: d este grosimea stratului depus, [μm], δ – greutatea specifică a metalului depus, [g/cm3], Km – echivalentul electrochimic al metalului depus [g/Ah], D – densitatea curentului [A/cm2], Rc c – randamentul curentului [%].

− Controlul calitativ al stratului depus constă în verificarea: aderenţei, porozităţii, grosimii, aspectului şi rezistenţei la coroziune.

Grosimea medie a stratului depus poate fi determinată prin metoda cântăririi. Piesa se cântăreşte cu un cântar de precizie înainte şi după galvanizare, după o uscare prealabilă în ambele cazuri. Grosimea d a stratului depus se poate calcula cu formula:

( )S

10GGd4

12

⋅ρ⋅−

=−

, [μm] (2)

în care: G1 şi G2 – masa piesei înainte şi după acoperire în [g]; ρ – densitatea metalului protector, [g/cm3], s – suprafaţa piesei, în [cm2]. Majoritatea metalelor tehnice, cu excepţia aluminiului şi magneziului, pot fi

utilizate pentru acoperiri galvanice. Cele mai importante depuneri protectoare sunt cele de zinc, cupru, crom, cadmiu, nichel, staniu, etc.

În continuare se va prezenta foarte succint câteva metode de galvanizare.

103

Page 105: Indrumar STM 2

19.2.1. Operaţia de zincare Zincarea se execută în cazul pieselor de oţel pentru a le proteja în condiţiile

coroziunii atmosferice, în prezenţa umezelii şi a gazelor de ardere, în contact cu produsele petroliere sau cu soluţii alcaline de concentraţie mică şi medie.

Pentru zincarea pieselor cu geometrie simplă putem utiliza electroliţii acizi sau slab acizi. Aceste băi conţin sulfat de zinc, cloruri de zinc, citrat sau acetat de zinc, etc. Se mai adaugă săruri pentru mărirea conductivităţii electrolitului, substanţe tampon şi eventual adaosuri organice pentru formarea luciului.

Pentru piese cu geometrie complicată se utilizează electroliţi cianurici care conţin pe lângă cianura de zinc şi un hidroxid alcalin (NaOH sau KOH). Utilizând aceşti electroliţi, stratul depus va avea o granulaţie mai fină ca în cazul electroliţilor acizi.

Pentru evitarea formării unor pete de carbonaţi bazici pe suprafaţa piesei, acestea se pasivizează imediat după zincare. Dehidrogenarea stratului de zinc se poate executa prin încălzirea piesei la 150 ... 180ºC timp de două ore.

19.2.2. Operaţia de cuprare Acoperirile cu cupru se întrebuinţează pentru scopuri galvanoplastice (la

circuitele imprimate, ca executarea fotogravurilor, etc.) sau în industria construcţiilor de maşini ca strat intermediar la cromarea şi nichelarea oţelurilor.

Acoperirilor de cupru nu protejează oţelul contra coroziunii deoarece cuprul are un potenţial electrochimic mai mare ca oţelul, iar cuplul galvanic cupru-oţel favorizează coroziunea.

Există două tipuri principale de electroliţi pentru cuprare: electroliţii acizi şi alcalini. Cu puţine excepţii, stratul de cupru se depune din electroliţi cianurici.

Băile alcaline au la bază cianuri şi tartaţi pirosulfaţi sau amine complexogene. Dintre electroliţii acizi, mai cunoscuţi sunt pe bază de sulfat, fluorbaraţi şi fosfat de Cu.

În cazul acoperirilor cu strat complex, de exemplu la cromare, nichelare sau argintare, cuprul serveşte ca un strat intermediar şi are o grosime de 3 ... 20 μm.

19.2.3. Operaţia de cromare Stratul de crom depus galvanic se caracterizează prin rezistenţa înaltă la

coroziune, coeficient mic de frecare, duritate mare şi rezistenţă la uzură. Cromul se depune catodic din soluţiile combinaţiilor cromului hexavalent

prin electroliză cu anozi insolubili (confecţionaţi din aliaje plumb-stibiu). La cromare au loc următoarele relaţii: − La catod: (3) Cre6Cr 6 →+ −+

(4) 2He2H2 →+ −+

− La anod: (5) OHOe4OH4 22 +→− −−

Cromarea decorativ protectoare reprezintă un sistem de acoperire cu mai multe straturi depuse succesiv pe suprafaţa piesei: straturi de cupru, nichel şi crom.

104

Page 106: Indrumar STM 2

Stratul de crom dur, rezistent la uzură se poate depune direct pe oţel, iar grosimea stratului variază între zecimi de milimetri şi un milimetru.

19.2.4. Descrierea instalaţiei şi succesiunea operaţiilor executate la

galvanizare Operaţiile pregătitoare şi galvanizarea propriu-zisă vor fi executate în

instalaţia de laborator tip I.L.G.-1 ce funcţionează pe principiul imersiei

(fig.19.1.).

Fig.19.1. Schema instalaţiei de galvanizare tip I.L.G.-1

Instalaţia este dotată cu 10 cuve de lucru (din oţel inoxidabil, plumb şi material plastic), cu capacitatea de 9 ... 13 l. Alimentarea cu energie electrică a posturilor de lucru este asigurată de redresoare, cu posibilităţi de reglare a tensiunii.

Încălzirea cuvelor se face cu ajutorul unor plite electrice de 800 W şi şi de 1200 W. Iar temperatura este reglată automat. Toate cuvele de galvanizare sunt dotate cu hote de aspiraţie locale.

Indiferent de natura stratului depus, pentru realizarea unei acoperiri galvanice trebuie să executăm succesiv următoarele operaţii:

19.3. Modul de lucru − Se vor schiţa piesele care urmează a fi acoperite, se cântăresc şi se

calculează suprafaţa lor; − Se studiază panourile din laborator care indică succesiunea operaţiilor şi

reţeta băilo9r pentru operaţiile de zincare, cuprare şi cromare dură; − Cu ajutorul tabelelor aflate în laborator se stabileşte regimul de lucru

pentru fiecare operaţie de galvanizare şi se calculează timpul necesar pentru depunerea stratului;

105

Page 107: Indrumar STM 2

− După uscare piesele se cântăresc şi se calculează grosimile straturilor depuse:

− În final se face o examinare vizuală a calităţii depunerilor. Rezultatele determinărilor se vor trece în tabelul 19.1.

Tabelul 19.1. Tabel cu rezultatele încercărilor de acoperiri galvanice.

Regimul de lucru Grosimea Obs.Supra-faţa [cm

Nr. Opera-ţia

Metalul de bază

Calcul. după acoperire

Timp. Calculat

Ten-siunea [V]

Inten-sitatea [A]

Adop-tată

Temp.Crt. 2] [ºC] [min]

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice:

− Cum se pregătesc suprafeţele pieselor în vederea realizării acoperirilor galvanice?

− Care este principiul acoperirilor metalice prin galvanizare? − Cum se realizează zincarea? − Cum se depun starturi de cupru? − Cum se realizează cromarea acidă? − Care sunt fazele tehnologice ale depunerilor galvanice?

106

Page 108: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 20 DETERMINAREA PARAMETRILOR TEHNOLOGICI LA SUDAREA

OŢELURILOR NEALIATE CU PROCEDEUL MAG. 20. 1. Scopul lucrării Lucrarea are drept scop determinarea parametrilor regimului de sudare MAG a unor probe din S235 (OL37K)si studiul influentei acestora asupra geometriei si calităţii cusăturii. Schema de principiu a instalaţiei de sudare este prezentată în figura 20.1

Fig.20.1. Schema instalaţiei de sudat in mediu protector de gaz activ 1- material de baza; 2 - baie de metal topit; 3 - perdea de gaz de protecţie; 4-cusătura; 5-arc electric;6 - sârma de sudură; 7- pistolet de sudare; 8 - clapeta de actionare rapida; 9 - cablu electric; 10 - dispozitiv de avans al sarmei electrod si distributie a gazului de protectie; 11-intrerupator pentru alimentarea dispozitivului 12 - potentiometru pentru reglarea vitezei de avans a sarmei; 13 - ampermetru;14 - sursa de sudare; 15 - potentiometru pentru reglarea curentului de sudare; 16 - intrerupator pentru alimentarea de la retea a sursei de sudare; 17 - intrerupator pentru alimentarea circuitului de sudare; 18 - potentiometru pentru reglarea tensiunii arcului;19 -voltmetru; 20 - furtun de gaz; 21 -reductor de presiune; 22 - uscator cu incalzitor de gaz; 23 -robinetul buteliei de gaz; 24-butelie de gaz. 20.2. Calculul parametrilor regimului de sudare Determinarea prin calcule a parametrilor regimului de sudare se va face parcurgând mai multe etape. Parametrii regimului de sudare sunt : • Is = intensitatea curentului de sudare: [A]; • U = tensiunea arcului: [V]; a• Uo = tensiunea de mers in gol: [V]; • vs = viteza de sudare: [cm/min]; • v = viteza de avans in arc a sârmei electrod: [cm/min]. eParametrii tehnologici sunt: • Tipul si diametrul sârmei electrod; • Felul gazului de protecţie;

107

Page 109: Indrumar STM 2

• Lungimea libera a sârmei : h ; • Distanta duză - piesa; • Modul operator; • Debitul gazului de protecţie; • Numărul de treceri şi ordinea de sudare. Pentru stabilirea parametrilor regimului de sudare, se va proceda astfel: Etapa 1. Se alege modul de transfer al picăturilor de metal topit prin coloana arcului. Transferul picăturilor de metal topit prin coloana arcului se poate face in mai multe moduri, doua dintre modurile posibile fiind cele mai utilizate: • Trecerea in arc scurt Sh (short arc) - caracteristica sudarii in curenţi mici a grosimilor de material mici de 3÷4 [mm]; transferul se face prin scurtcircuitări repetate ale arcului electric(100÷200 scurtcircuite/secunda), baia fiind mai puţin calda si mai uşor de controlat. • Trecerea in forma de jet fin a picăturilor – Sp (spray arc) –folosita la sudarea grosimilor mai mari de 5 [mm], caracteristica sudarii cu curenţi mari. Modul de transfer depinde in principal de curentul de sudare, de lungimea arcului, tensiunea arcului si poziţia pistoletului fata de piesa. Valorile limita pentru curentul de sudare, in funcţie de modul de transfer si diametrul sârmei electrod, sunt redate in tabelul 7.1: Intre valoarea maxima a curentului Short arc si valoarea minima a curentului Spray arc, transferul picăturilor este mixt. Etapa 2. In etapa a doua, stabilirea parametrilor tehnologici se face astfel: • Diametrul sârmei electrod - d – se alege in funcţie de natura si grosimea MB; e• Natura gazului de protecţie – in funcţie de natura MB si condiţiile de stabilitate ale arcului; • Lungimea libera a sârmei electrod se stabileşte in funcţie de diametrul sârmei si modul de transfer conform datelor din tabelul 20.2. Tabel 20.1 Modul de transfer al picăturilor de metal topit prin coloana arcului în funcţie de diametrul sârmei şi curentul de sudare

• Distanta duza - piesa se alege intre 10 ÷ 20 [mm]. Lungimea libera a sârmei electrod se alege din tabelul 20.2;

• Înclinarea pistoletului este de 65 ÷ 800 fata de orizontala; • Debitul de gaz D = 10 - 20 [l/min]. G

108

Page 110: Indrumar STM 2

Tabelul 20.2 Lungimea liberă în funcţie de diametrul sârmei electrod şi modul de trecere a picăturilor de metal topit

• Curentul de sudare: • I = 125,5dsh e – 32,5 (1)

2• I = -67d + 370dsp e e –78 (2) • Tensiunea arcului se calculează cu relaţia:

U = 13,34 + 0,0505 × Ia s [V]; (3) • Tensiunea de mers in gol:

-2 Uo = U + 4 × 10 × Ia s [V]; (4) • Viteza de sudare se determina folosind nomograma 20.1 sau, cunoscând valorile produsului kvs prezentate în tabelul 7.3. Se calculează valorile coeficienţilor k. Calculând raportul kvs / k vor rezulta vitezele de sudare v . sSe calculează aria rostului A . Aria cusăturii va fi: r

A = (1,1…1,3)A ; (5) c rSe alege numarul de treceri n ; t

Fig.20.2 Nomograma pentru determinarea parametrilor regimului de sudare MAG. Se determina coeficientul K:

K = 4 Ati / π × d 2 (7.6) eunde Ai = aria unei treceri; fiind calculat coeficientul K, cu ajutorul valorilor din tabelul 20.3, se determină Vs [cm/min.]. • Viteza de avans se determina cu relaţia:

Vae = 4× vs × A’ / π×de2 (7)

2unde: A’=secţiunea provenită din topirea materialului de adaos [mm ]; A’ = 0,5 × A pentru rostul in I; A’ = 0,7 × A pentru rost in [V]; A’ = (0,8-0,9) × A pentru rostul in [U];

109

Page 111: Indrumar STM 2

A = secţiunea cordonului de sudură [mm2]. Tabel 20.3 Valorile produsului kvs în funcţie de modul de transfer al picăturilor şi diametrul sârmei electrod

3) Modul de lucru Folosind metodologia prezentată se stabileşte tehnologia de sudare prin procedeul MAG a unor plăci din S235 (OL37K) cu dimensiunile: 300 × 125 × 5 şi 300 × 125 × 10 (mm) • Cu parametrii stabiliţi se execută suduri în plan orizontal; • Variind curentul de sudare şi păstrând toţi ceilalţi parametrii neschimbaţi, se va urmări modul de transfer al picăturii; • Se controlează vizual cu lupa şi dimensional cordonul de sudură. Se va completa tabelul 20.4 Se vor ridica graficele:

p = f(Is), p = f Vs); b = f(Ua), p = f (Vs); h = f(Is), p = f (Ua), p = f (Vs). Se va determina influenţa variaţiei curentului de sudare Is şi a unghiului de înclinare a pistoletului α [o] asupra geometriei cordonului, păstrând constanţi parametrii regimului de sudare şi variind parametrii tehnologici. Se vor trece mărimile determinate în tabelul 20.4. Tabel 20.4

110

Page 112: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 21. PRELUCRARI PRIN FREZARE

Procedeul de prelucrare prin frezare face parte din categoria prelucrărilor

dimensionale prin aşchiere care se execută mecanic. În funcţie de regimul de aşchiere, prelucrarea prin frezare poate să fie de degroşare sau de finisare.

21.1. Prelucrarea prin frezare - principii teoretice Frezarea este operaţia de prelucrare dimensională prin aşchiere executată pe

maşini de frezat cu ajutorul unor scule denumite freze. Mişcarea principală de rotaţie este executată de freză, care se roteşte în jurul axei sale, iar mişcarea de avans rectilinie-orizontală (longitudinală sau transversală) şi verticală se execută de către piesă, sau în unele cazuri de către sculă.

Fig.21.1. Elementele geometrice ale unei freze cilindrice

Frezele sunt scule formate dintr-un număr mare de dinţi, dispuşi pe suprafeţe cilindrice, frontale sau conice, care efectuează aşchierea printr-o mişcare de rotaţie. Identificarea elementelor geometrice şi aşchietoare ale dinţilor frezei se face prin analogie cu cuţitul normal de strung (Fig.21.1).

La frezare, secţiunea aşchiilor nu este constantă, ci ele au formă de virgulă. În funcţie de sensul de rotaţie al frezei în raport cu sensul de deplasare al

piesei, se pot deosebi două metode de frezare: - frezarea contra avansului – numită şi frezare normală, care se caracterizează prin rotirea frezei în sens invers faţă de sensul mişcării de avans al frezei (Fig.21.2.a). În mod obişnuit se foloseşte acest procedeu, deoarece în timpul aşchierii solicitarea dinţilor creşte pe măsura ce aceştia pătrund în material. Înainte de a pătrunde în material, dinţii alunecă pe suprafaţa prelucrată de dinţii anteriori.

111

Page 113: Indrumar STM 2

- frezarea în sensul avansului – numită şi frezare prin înghiţire, are loc în cazul în care sensul de rotire al frezei este acelaşi cu sensul mişcării de avans (Fig.21.2.b). Calitatea suprafeţei prelucrate este mai bună decât la frezarea contra avansului, cu condiţia să nu existe jocuri între şuruburile conducătoare şi piuliţele masei de lucru.

Operaţii de frezare

Operaţiile de frezare se pot clasifica după mai multe criterii. După direcţia de acţionare a frezei în raport cu axa ei, se pot deosebi

următoarele operaţii de frezare: - - - - - - -

- - -

Fig.21.2. Metode de frezare

a – frezarea contra avansului b – frezarea în sensul avansului

1-piesă, 2-freză, 3-sensul de rotaţie a frezei, 4-sensul de avans al piesei,

s – avans pe dinte s1, s2, s3 – avansurile succesive ale dinţilor

S – lungimea aşchiei t – adâncimea de aşchiere

Fig.21.3. Frezarea cilindrică

a – cu freză cilindrică a – cu freză cilindro-frontală b – cu freză disc cu trei tăişuri

t – adâncimea de aşchiere tl – lungimea de contact

Fig.21.4. Frezarea cilindro-frontală

b – cu freză ferăstrău t – adâncimea de aşchiere

tl – lungimea de contact

-

Fig.21.5. Frezarea - - - - - -

a– cu freză frontală cu dinţi demontabili b – cu freză frontală

t – adâncimea de aşchiere tl – lungimea de contact

- Frezarea cilindrică – este operaţia de aşchiere executată numai cu partea laterală a frezelor. Se utilizează frontală la prelucrarea suprafeţelor plane cu ajutorul frezelor cilindrice (Fig.21.3.a), sau la frezarea pieselor cu ajutorul frezelor disc (Fig.21.3.b).

112

Page 114: Indrumar STM 2

- Frezarea cilindro - frontală – prelucrarea se execută atât cu suprafaţa laterală cât şi cu suprafaţa frontală a frezelor. Acest procedeu se aplică la frezarea suprafeţelor plane în trepte şi mai ales în cazul frezării canalelor cu ajutorul frezelor cilindro-frontale sau a frezelor disc cu trei tăişuri (Fig.21.4). - Frezarea frontală – se utilizează la prelucrarea suprafeţelor perpendiculare pe axa de rotaţie a frezei. Prin acest procedeu, aşchierea se execută numai cu suprafaţa frontală a frezelor frontale sau a celor cilindro-frontale.

21.3. Utilajul şi sculele folosite la frezare Maşinile de frezat sunt maşini-unelte folosite la prelucrarea prin aşchiere a

metalelor cu ajutorul frezelor. În laborator, prelucrarea prin frezare se execută pe o maşină de frezat

universală de sculărie FUS 200 P1 a cărei schemă constructivă este prezentată în Fig.21.6.

Frezele se montează fie pe arborele principal al maşinii (direct sau cu ajutorul unei reducţii sau dorn portfreză), fie prin intermediul unui dorn portfreză. La frezele cu dinţi elicoidali, sensul inclinaţiilor dinţilor se va alege astfel încât forţele axiale ce iau naştere în timpul prelucrării, să împingă freza spre arborele maşinii.

Fixarea pieselor pe masa maşinii se

face de obicei mecanic (cu prisme, eclise, şuruburi, dispozitive cu cap divizor, etc.), sau în unele cazuri, cu dispozitive electromagnetice sau pneumatice.

Capul divizor este dispozitivul cel mai important al maşinilor de frezat

universale. Cu ajutorul lui se pot executa roţi dinţate cilindrice sau conice, precum şi corpuri prismatice cu baze poligonale.

Fig.21.6. Schema maşinii de frezat universală pentru sculărie

1-batiu, 2-motor electric, 3-tablou de comandă, 4-cutia de viteze şi avansuri, Există mai multe metode de divizare.

Spre exemplificare se prezintă metoda divizării indirecte pentru danturarea pe freză a unei roţi dinţate, utilizând relaţia:

5-roata de mână pentru deplasarea capului orizontal, 6-freză. 8-manetă pentru

cuplarea avansului automat, 9-roată de mână pentru deplasarea mesei,

10-roată de mână pentru deplasarea verticală a mesei N

nziKp

==

unde: i - este raportul de transmitere a capului divizor (de obicei i=40); n – numărul de găuri peste care se trece maneta; N - numărul de găuri pe discul aparatului.

113

Page 115: Indrumar STM 2

pziCând raportul este subunitar, acesta se descompune într-un produs de

factori. Prin simplificări şi amplificări, se va căuta să se obţină la numitor o valoare egală cu una dintre numărul gaurilor din discurile divizoare ale capului divizor.

pzi este supraunitar, relaţia se modifică în felul următor Când raportul

baAK +=

baÎn acest caz, raportul se va transforma ca în primul caz. Pentru divizare,

manivela capului divizor se va roti cu A ture complete şi în plus, peste un număr de n găuri ( n şi N fiind numărătorul respectiv numitorul fracţiei

ba după

transformare). 21.4. Stabilirea regimului de aşchiere La frezare, regimul de aşchiere se determină parcurgând următoarele etape:

- se stabileşte mărimea adâncimii de aşchiere t astfel încât dacă este posibil să se îndepărteze întregul adaos de prelucrare dintr-o singură trecere;

- Se alege avansul pe dinte sd – frezele fiind scule cu mai mulţi dinţi, după stabilirea avansului pe dinte, se calculează avansul s pe o rotaţie a frezei: s = sd.z [rot/min] – unde z este numărul de dinţi a frezei

- Viteza de aşchiere vp – se poate calcula analitic sau din nomograme. - Se determină turaţia n a frezei şi avansul pe minut s : m

Dv

n p

π.1000

= [rot/min], unde D - diametrul frezei

sm = sd.y.n = s.n [rot/min], În continuare, aceste valori se compară cu turaţiile şi avansurile existente pe

maşina de frezat şi se aleg valorile cele mai apropiate. Se face o verificare a regimului de aşchiere cu valorile efective ale turaţiei şi avansului alese.

21.5. Modul de lucru

- Studenţii vor studia maşina de frezat din laborator identificând părţile

componente şi executându-le manevrele necesare pentru realizarea mişcărilor principale şi de avans ;

- Se vor studia diferite freze şi se va discuta modul de prindere ale acestora ;

- Se ia o piesă prismatică şi după stabilirea regimului de aşchiere, se prelucrează câte o faţă prin frezare, în sensul avansului, respectiv

114

Page 116: Indrumar STM 2

contra avansului. Se compară calitatea suprafeţelor, iar rezultatele se trec în Tab.21.1.

Tab.21.1.

Regimul de aşchiere v [m/min] s [mm/min] t [mm] n [rot/min]

Tipul Denum Nr B[mm] frezei ope-

raţiei crt pe D pe din pe din pe din din din

pie- [mm] maşi-nă

cal-cul

pie-să

nor-me

maşi-nă

nor-me

cal-cul

nor-me să

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: - Care sunt mişcările principale şi secundare la frezare? - Ce scule se utilizează la prelucrarea prin frezare? - Care este diferenţa dintre frezarea în sensul avansului şi frezarea contra

avansului? - Ce operaţii se pot executa pe freze? - Cum se face divizarea cu ajutorul capului divizor?

115

Page 117: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 22. PRELUCRARI PRIN RABOTARE ŞI MORTEZARE

Procedeele de prelucrare rabotare şi mortezare fac parte din categoria

prelucrărilor dimensionale prin aşchiere care se execută mecanic (raboteze, şepinguri şi morteze). În funcţie de regimul de aşchiere, prelucrările prin rabotare şi mortezare pot fi operaţii de degroşare sau de finisare.

22.1. Prelucrări prin rabotare

Rabotarea este operaţia de prelucrare dimensională prin aşchiere prin care se pot prelucra suprafeţe plane (orizontale, înclinate sau verticale) precum şi diferite forme de canale.

Rabotarea se poate efectua pe mai multe tipuri de maşini, operaţiile căpătând denumiri specifice, cum ar fi:

- Rabotarea longitudinală pe maşini de rabotat, având o mişcare rectilinie alternativă a piesei;

- Rabotarea transversală pe şepinguri; - Rabotarea verticală pe maşini de mortezat.

Îndepărtarea adaosului de prelucrare se realizează prin compunerea a două mişcări:

- Mişcarea principală de aşchiere rectilinie-alternativă, care determină desprinderea aşchiei;

- Mişcarea secundară de avans, care se execută la sfârşitul fiecărei curse duble (la sfârşitul cursei de întoarcere) şi asigură aducerea unor noi straturi de material în faţa tăişului sculei.

Fig.22.1. Schema şepingului

1-batiu, 2-placă de bază, 3-berbec,

4-cap rotativ, 5-sanie portsculă,

6-ghidaje verticale, 7-traversă,

8-masă, 9-cuţit, 10-piesă

I – mişcarea principală II, III, IV –mişcările secundare

116

Page 118: Indrumar STM 2

22.2. Utilaje şi scule folosite la rabotare şi mortezare

Maşinile de rabotat sunt maşini unelte pentru prelucrarea suprafeţelor plane, uneori curbilinii sau cu forme speciale (de exemplu roţi dinţate, arbori canelaţi, etc.).

Maşina de rabotat longitudinal, de obicei poartă denumirea de raboteză. Masa portpiesă execută mişcarea principală rectilinie alternativă, iar suportul portcuţit execută mişcarea secundară. Rabotezele se utilizează la prelucrarea suprafeţelor plane, de dimensiuni mari sau cu greutate mare.

Maşina de rabotat transversal, denumită şi şeping, se caracterizează prin aceea că mişcarea principală este executată de către sculă, iar mişcarea secundară de către masa port-piesă.

În laborator, prelucrarea prin rabotare se execută pe un şeping mecanic, a cărei schemă de principiu se poate urmări în Fig.22.1.

Maşinile de mortezat, denumite şi morteze, sunt în principal asemănătoare cu şepinguri. Se deosebesc de aceştia prin formele constructive şi în special prin aşezarea pe verticală a berbecului port-sculă.

Cuţitele utilizate la rabotare se aseamănă foarte mult cu cuţitele de strung în ceea ce priveşte forma şi geometria tăişului. Din punct de vedere a formei, cuţitele pot fi drepte, încovoiate sau cotite. În timpul aşchierii, cuţitele de rabotat sunt solicitate la încovoiere, iar cele de mortezat la compresiune.

22.3. Stabilirea regimului de aşchiere la rabotare

În cazul rabotării, cursa L a cuţitului sau a mesei este mai lungă decât

lungimea prelucrată. Această depăşire este necesară la ambele capete pentru a face posibilă atât angajarea cât şi degajarea cuţitului. În mod normal, cursa de retragere se face cu o viteză mai mare decât cea de aşchiere.

Calculând viteza de aşchiere sau stabilind cu ajutorul tabelelor şi nomogramelor, viteza medie a unei curse duble v şi numărul de curse duble pe minut (c.d/min) n este:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

g

a

vvnLv 1

1000. [m/min]

unde: L – lungimea cursei [mm] ; v – viteza medie a cursei active [m/min] a vg – viteza medie a cursei în gol [m/min]

n = 1000/L [c.d/min] Avansul este mărimea deplasării transversale a cuţitului (rabotare) sau a

mesei (la şeping sau la morteză) pentru fiecare cursă dublă. Adâncimea de aşchiere trebuie stabilită astfel încât, dacă este posibil, ea să fie

egală cu adaosul de prelucrare.

117

Page 119: Indrumar STM 2

22.4. Modul de lucru

- Se studiază şepingul din laborator şi se fac manevrele necesare pentru realizarea mişcărilor principale şi de avans;

- După stabilirea regimului de aşchiere, se prelucrează câte o suprafaţă orizontală şi verticală a unei piese, iar rezultatele se trec în Tab.22.1.

Tab.22.1.

Regimul de aşchiere v [m/min] s [mm/c.d] t [mm] n [c.d/min]

Mat. Tipu

l Denum.

Mat. piesei

Lung.cuţi-tului

cursei

pe din pe din pe din din din cuţi-tului

operaţiei

maşi-nă

nor-me

maşi-nă

nor-me

maşi-nă

nor-me

cal-cul

nor-meL

[mm]

- Pentru executarea operaţiilor de mortezare, se montează pe maşina de

frezat dispozitivul de mortezare; - Se execută un canal de pană într-un alezaj, iar parametrii de lucru se

trec în Tab.22.1. Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: - Care este diferenţa dintre raboteza şi şepingul? - Ce particularităţi prezintă prelucrarea prin mortezare? - Ce tipuri de cuţite se folosesc la rabotare? - Cum se stabileşte regimul de aşchiere la rabotare?

118

Page 120: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 23. PRELUCRAREA ALEZAJELOR

23.1. Principii teoretice Alezajele sunt cavităţi cu suprafaţă de revoluţie generată de o dreaptă

paralelă cu axa în jurul căreia se roteşte. Există cazuri în care suprafaţa alezajelor este conică dar acestea nu sunt cazuri cu caracter general.

Alezajele pot fi obţinute prin mai multe metode, cea mai răspândită fiind prelucrarea lor prin aşchiere, operaţie în cursul căreia, se îndepărtează surplusul de material sub formă de aşchii.

Principalele operaţii de prelucrare prin aşchiere a alezajelor sunt: găurirea, adâncimea şi alezarea.

23.2. Găurirea Găurirea este operaţia tehnologică în cursul căreia se îndepărtează

materialul obţinându-se un alezaj cu suprafaţă laterală cilindrică. Sculele cu are se execută găurirea se numesc burghie, cele mai utilizate fiind burghiele elicoidale, care au primit acest nume datorită formei de elice a canalelor de evacuare a aşchiilor.

Fig. 23.1. Burghiu elicoidal a-coadă conică; b-coadă cilindrică.

119

Page 121: Indrumar STM 2

Burghiul elicoidal se compune din următoarele părţi prezentate în figurile 23.1.:

− Partea aşchietoare care participă nemijlocit la procesul de formare a aşchiilor;

− Partea utilă – reprezentând porţiunea cu două canale elicoidale de evacuare a aşchiilor şi care permite reascuţirea sculei;

− Gâtul burghiului care este şi zona de îmbinare prin sudare a părţii active cu coada burghiului;

− Coada burghiului – utilizată la centrarea sculei şi antrenarea ei în mişcare cu ajutorul capătului de antrenare prin care se aplică momentul de torsiune M0 şi forţa axială F necesare detaşării aşchiilor. a

În procesul de aşchiere cel mai important rol îl are partea activă,

reprezentată în fig.23.2. În componenţa sa

distingem trei tipuri de tăişuri aşchietoare:

− Tăişul principal (1) care asigură detaşarea aşchiilor şi evacuarea lor prin canalul elicoidal (7). Există un tăiş principal pentru fiecare canal de evacuare al aşchiilor.

− Tăişul secundar (2) care finisează suprafaţa cilindrică;

− Tăişul transversal (3) apărut ca necesitate de îmbinare geometrică a feţelor de aşezare principale (4).

Observăm că fiecare tăiş a apărut ca muchie de îmbinare a feţelor de aşezare

Fig.23.2. Partea activă a burghiului 1-tăiş principal; 2-tăiş secundar; 3-tăiş

transversal; 4-faţă de aşezare principală; 5-faţă de aşezare secundară; 6-faţă de degajare principală;

7-canale elicoidale

(5) cu feţele de degajare a aşchiilor.

Existenţa unei geometrii atât de compacte este dictată de necesitatea încadrării ei în diametrul restrâns al alezajului de prelucrat.

Definirea unghiurilor cinematice şi constructive ale părţii active este comună tuturor sculelor aşchietoare, fie că sunt cuţite de strung, freze sau burghie şi este prezentată în fig.22.3.

Unghiurile de aşezare „α” au valori mici între 2º - 10º, unghiul de degajare „δ” fiind dictat de înclinarea „ω” a canalelor de evacuare a aşchiilor.

Elementele regimului de aşchiere sunt viteza de aşchiere „v”, măsurată în m/min, tangentă mereu la traiectoria tăişului aşchietor şi avansul „a” în lungul axei de simetrie, măsurat în mm/rot. Viteza de aşchiere „v”, variază în diferite puncte ale tăişului principal, fiind nulă în axa burghiului şi maximă la diametrul exterior,

120

Page 122: Indrumar STM 2

fapt pentru care valorile ei medii „vm” sunt mici, între 2 şi 10 m/min. Constantă în

timp, se păstrează turaţia „n”, existând următoarea corelaţie între „n” şi „vm”: [ min/rot...

Dv1000n m= ] (1)

unde: vm – viteza de aşchiere medie în m/min; D – diametrul exterior al burghiului.

În urma combinării mişcării de rotaţie „n” cu avansul „D” rezultă pentru sculă o mişcare de înaintare elicoidală, tăişurile fiind mereu în contact cu materialul din sculă detaşează aşchii de lăţime „b” şi grosime „a” (fig. 23.3.)

Găurirea prin aşchiere este o operaţie efectuată în condiţii defectuoase datorită variaţiei cu diametrul a vitezei „v” şi a frecărilor dintre material şi sculă, tăişul transversal producând chiar deformarea plastică a materialului din faţa lui, determinându-l să curgă spre tăişurile principale.

Ascuţirea burghielor se execută numai pe faţa de aşezare a tăişurilor principale. Pot fi îmbunătăţite condiţiile de degajare a aşchiilor prin intervenţii

asupra feţei de degajare, dar acest lucru nu este recomandat decât în urma unei analize atente asupra sculei şi a materialului de prelucrat.

Fig.23.3. Unghiurile părţii active a burghiului

Materialul de execuţie al sculelor pentru prelucrarea alezajelor este oţelul rapid sau oţelul de scule preferabil fiind primul. Pentru economie de material, la diametre mai mari de 8 mm se execută din oţel rapid numai partea utilă care se sudează prin frecare cu coada burghiului, sudură efectuată în zona gâtului sculei.

În cazuri speciale tăişurile pot fi armate cu plăcuţe cu carburi metalice. Îmbunătăţirea condiţiilor de lucru ale sculelor poate fi efectuată prin

asigurarea unei pelicule de lubrifiant care să micşoreze frecările între scule şi material sau aşchii şi prin evacuarea căldurii degajate prin frecare, deziderat care se poate efectua cu ajutorul lichidelor de răcire ungere.

Micşorarea frecărilor este urmărită şi constructiv prin realizarea părţii utile cu o conicitate inversă de valoare mică: 0,03/100 până la 0,1/100.

23.2. Adâncirea Adâncirea este operaţia prin care se modifică dimensiunile sau forma unui

alezaj existent prin aşchierea cu scule adecvate numite adâncitoare.

121

Page 123: Indrumar STM 2

Constructiv, adâncitoarele se deosebesc de burghie doar prin forma şi unghiurile părţii active, prezentând aceleaşi părţi componente. Partea activă a adâncitoarelor este prezentată în figura 23.4., unde sunt prezentate patru variante de execuţie, conform scopului utilizat: a şi b – pentru lărgirea găurilor, c – pentru teşirea muchiilor, d – pentru lamarea suprafeţei asigurând perpendicularitate cu axa găurii.

Pentru a asigura o centrare mai bună a adâncitorului în unele cazuri acesta este prevăzut cu cap de ghidare 1, fig.23.4. b) şi d), rolul său fiind mai complex, asigurând atât centrarea faţă de alezajul existent cât şi prelucrarea unor eventuale forţe ce tind să mişte lamatorul în plan orizontal.

Forţele de aşchiere similare cu ale burghielor sunt mult micşorate datorită absenţei tăişului transversal, mărindu-se capacitatea de aşchiere şi printr-un număr mai mare de dinţi, (trei sau patru).

Geometria părţii active a unui lamator fără cep de centrare este prezentată în figura 23.5., fiind asemănătoare cu a burghielor elicoidale.

Se observă că unghiurile cinematice şi constructive păstrează acelaşi mod de definire cu al burghielor, partea aşchietoare fiind mai robustă, are posibilitatea de a aşchia un volum sporit de material.

Fig.23.4. Părţile active ale adâncitoarelor

Fig. 23.5. Unghiurile părţii active a

adâncitorului.

Ascuţirea adâncitoarelor se execută tot pe faţa de aşezare, materialul şi modul de utilizare al lui fiind identic cu al burghielor elicoidale.

Din analiza comparativă a aspectului sculelor, a dimensionării de rezistenţă mecanică şi a capacităţii de aşchiere aferente fiecărui tăiş se observă că:

122

Page 124: Indrumar STM 2

− Burghiele elicoidale sunt caracterizate prin două tăişuri aşchietoare fapt care permite obţinerea unui spaţiu mare pentru degajarea şi acumularea aşchiilor în cazul găuririi;

− Adâncitoarele şi lamatoarele, scule de corectare a formei unei găuri efectuate anterior, au mai multe tăişuri, fiecare detaşând aşchii mai mici ca la găurire, dar asigurând o centrare mai bună în prelucrarea alezajului efectuat prin găurire.

23.4. Alezarea Alezarea este operaţia de finisare a alezajelor, executate prin găurire, prin

care li se asigură acestora precizie dimensională şi calitatea ridicată a suprafeţei. Alezarea se execută cu scule aşchietoare numite alezoare.

În cadrul operaţiei de alezare volumul de material îndepărtat prin aşchiere este foarte redus, micşorându-se proporţional şi forţele de aşchiere. Datorită acestui lucru partea activă a alezoarelor se deosebeşte de cea a burghielor, iar numărul de dinţi este mult mărit, aceştia urmând o suprafaţă elicoidală, cu pas foarte mare sau fiind paraleli cu axa găurii.

Elementul esenţial care conferă precizie dimensională alezorului este diametrul exterior al părţii cilindrice construit în limite dimensionale foarte precise.

Aspectul exterior al unui alezor este prezentat în figura 23.6. unde sunt figurate ambele posibilităţi de execuţie a cozii de antrenare: a – pentru maşină; b – antrenare manuală.

123

Fig. 23.6. Alezor cu dinţi drepţi A – cu coadă conică; b – aspectul cozii cilindrice.

Page 125: Indrumar STM 2

Din punct de vedere cinematic, mişcarea necesară pentru detaşarea aşchiilor este realizată prin combinarea rotaţiei în jurul axei de simetrie şi a avansului în lungul ei, rezultând pentru tăişurile aşchietoare o mişcare de înaintare elicoidală. Adaosul de prelucrare este aşchiat numai cu tăişurile situate pe conul de atac al cărui unghi de înclinare determină o suprafaţă de aşchiere foarte mare, calibrarea executându-se pe o porţiune perfect cilindrică. Frecările şi degradările calităţii suprafeţei astfel obţinute sunt evitate printr-o conicitate inversă a alezorului în zona imediat învecinată calibrării.

În figura 23.7. este reprezentat un detaliu al părţii active a alezorului din care rezultă influenţa unghiului „δ” al conului de atac asupra mărimii adaosului de aşchiere. Odată cu creşterea secţiunii aşchiei, se măresc şi forţele de aşchiere.

Fig.23.7. Detaliu al părţ

Definirea unghiurilor constructive şi cinematice este identică cu a burghielor, valorile lor depinzând de materialul de prelucrat.

Regimul de aşchiere folosit la alezare utilizează parametri mult mai puţin intenşi decât la găurire, deoarece se urmăreşte precizie

ii active a alezorului

Fig. 23.8. Alezaj în trepte

Fig. 23.9. Maşina de făurit cu montant G25

1-cutie schimbător turaţii; 2-cutie schimbător avans; 3-motor electric; 4-moment; 5-masa pentru fixarea piesei; 6-arbore port sculă; 7-

batiu 124

Page 126: Indrumar STM 2

dimensională şi calitate ridicată (R = 0,4 – 1,6 μm) a suprafeţei prelucrate. εAlezoarele se execută cu un număr par de dinţi (pentru uşurarea verificării

diametrului) variabil între 4 şi 16, funcţie de diametrul alezajului. Tăişurile pot fi în lungul generatoarei (dinţi drepţi) sau pot urma o spirală cu

pas foarte mare (dinţi înclinaţi). Antrenarea în mişcare de aşchiere se execută prin intermediul unei cozi

conice (con Morse) – pentru cazul utilizării lui pe maşini de găurit – alezat – sau printr-o coadă cilindrică cu pătrat – pentru antrenare manuală, cu scule adecvate.

Ascuţirea alezoarelor este condiţionată de păstrarea dimensiunii diametrului exterior al părţii cilindrice de calibrare. În cazul că această porţiune nu este afectată de uzură, alezorul poate fi ascuţit numai pe conul de atac, pe faţa de aşezare a dinţilor fără a interveni asupra zonei de calibrare. Intervenţiile asupra acestei zone conduc la acordarea alezorului din clasa de precizie pentru care a fost construit, fapt care nu este permis.

Materialul de execuţie al alezoarelor este oţel carbon pentru partea de antrenare şi oţel rapid pentru partea activă.

23.5. Materiale şi utilaje Se vor prelucra mai multe alezaje din plin într-un semifabricat laminat

pătrat cu latura de 50 mm din oţel S235 conform, desenului din figura 23.8. Se va urmări fixarea sigură a semifabricatului în menghină. Se va stabili

succesiunea operaţiilor. Se va verifica corectitudinea unghiurilor sculelor aşchietoare. Măsurarea dimensiunilor se va efectua cu şublerul, iar rugozitatea suprafeţei se va stabili prin comparare cu etaloane de rugozitate. Prelucrarea alezajului se va efectua pe o maşină de găurit de tip G.25. ale cărei părţi componente sunt prezentate în figura 23.9.

Finisare alezajului de diametru mai mic se va efectua manual cu un alezor antrenat prin intermediul pătratului de antrenare, urmărindu-se influenţa regimului de aşchiere asupra calităţii şi preciziei dimensionale a alezajului obţinut.

23.6. Modul de lucru Se vor identifica principalele subansambluri ale maşinii universale de tip

G25, sculele de lucru şi modul de fixare a lor pe maşină şi verificatoarele necesare. Se va stabili regimul de lucru funcţie de diametrul sculei. Urmărindu-se sensul de rotire al acestora se va verifica fixarea corectă a piesei şi a sculelor în dispozitivele de fixare.

După executarea alezajului în trepte se va stabili abaterea: D = Dalezaj - Dsculăcomparându-se în cele trei cazuri: găurire, adâncire, alezare şi se va aprecia

de asemenea rugozitatea obţinută în fiecare caz, respectându-se operaţiile pentru mai multe alezaje.

125

Page 127: Indrumar STM 2

23.7. Interpretarea rezultatelor În urma analizei efectuate asupra preciziei dimensionale se va stabili care

tip de prelucrare este mai precis şi care va conduce la obţinerea unei suprafeţe de calitate mai bună, stabilindu-se oportunitatea tipului de operaţie funcţie de condiţiile tehnice de pe desen.

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: − Care este geometria burghielor elicoidale? − Ce variante constructive de adâncitoare există? − Ce particularităţi constructive prezintă alezoarele? − Care este construcţia şi funcţionarea maşinii de găurit cu un

montant?

126

Page 128: Indrumar STM 2

Lucrarea nr. 24

INCERCĂRI APLICATE PIESELOR SINTERIZATE DIN PULBERI METALICE

Sinterizarea este un tratament termic aplicat pieselor presate din pulberi

metalice şi/sau nemetalice. Acest tratament termic se desfăşoară la temperaturi cuprinse între 2/3 şi 4/5 din temperatura de topire a componentului principal din amestecul de pulberi.

Prin sinterizare se îmbunătăţesc proprietăţile fizico-mecanice şi tehnologice ale pieselor presate din pulberi.

Încercările aplicate pieselor sinterizate din pulberi metalice trebuie să ţină seama de particularităţile acestora, prin care se deosebesc de produsele compacte, obţinute de regulă, prin tehnologiile clasice: turnare, deformare plastică (forjare, laminare, extrudare, etc), prelucrare prin aşchiere.

Proprietăţile pieselor sinterizate, care fac obiectul lucrării de faţă, sunt strâns legate de temperatura şi timpul de sinterizare.

Pentru sinterizare se foloseşte cuptorul prezentat în figura 24.1.

Fig. 24.1. Cuptor pentru sinterizare

1 – uşă pentru introducerea pieselor presate; 2 – orificiu pentru evacuarea atmosferei în vederea sinterizării; 3 – mufă din oţel refractar; 4 – zidărie refractară; 5 – manta metalică; 6 – termocuplu; 7 – etanşare şi izolaţie; 8 – bare de silită; 9 – bazin cu apă pentru răcire; 10 – orificiu pentru intrarea atmosferei în vederea sinterizării; 11 – perdea de flăcări pentru protecţie şi siguranţă; 12 – uşă pentru scoaterea pieselor sinterizate; 13 -zonă de preîncălzire; 14 – zonă de sinterizare; 15 – zonă de răcire.

24.1. Densitatea aparentă. Principii teoretice In funcţie de densitatea aparentă se pot stabili porozitatea şi compactitatea

pieselor sinterizate. Densitatea aparentă este influenţată, printre alţi factori, de temperatură şi timpul de sinterizare.

127

Page 129: Indrumar STM 2

Se cântăreşte piesa sinterizată, apoi se calculează volumul acesteia. Densitatea aparentă ( ) se determină cu ajutorul relaţiei: aρ

,, 3 ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡= cmg

VM

unde: M = masa piesei, [ ];g

V = volumul piesei, [ ] 3cm Pentru fiecare tip de piesă se efectuează minim trei încercări. Rezultate experimentale Rezultatele experimentale privind valorile densităţii aparente a pieselor

sinterizate în funcţie de temperatură (T) şi de tipul de sinterizare (ε ), se trec în tabelul 24.1.

Tabelul 24.1

Nr. probă

Material Temp.de sinterizare T, [ ]C°

Timpul de sinterizare

Masa probei M,

Volumul probei V,

Densitatea

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

3, cmg

aρ [ ]3cmε , [ ] [ ]gmin 1 2 3

Modificarea volumului şi a dimensiunilor piesei sinterizate este cauzată de difuzia de volum şi de curgerea vâscoasă a materialului, admitând că la sinterizare, secţiunea de contact dintre granule creşte cu mărirea temperaturii, porii dintre granule se micşorează, deci apare contracţia.

In unele cazuri piesele sinterizate îşi măresc volumul. Expricaţiile acestui fenomen sunt numeroase.

In ceea ce priveşte modificarea volumului pieselor sinterizate, din punct de vedere practic s-au constatat următoarele:

- contracţia apare la sistemele care prin sinterizare nu formează soluţii solide, la sistemele în care faza lichidă are rol predominant de liant şi la sistemele în care faza solidă se dizolvă în cea lichidă;

- creşterea volumului apare la sistemele în care faza lichidă difuzează rapid în cea solidă şi la sistemele în care apare un pronunţat proces de evaporare-condensare.

24.2. Duritatea. Principii teoretice

Pentru piesele din pulberi metalice sinterizate duritatea se determină, de regulă, prin metoda Brinell cu bilă de 2,5 mm şi cu sarcina de încărcare de 62,5 daN.

In cazul pieselor dure sinterizate este recomandabil să se folosească metoda Rockwell sau metoda Vickers cu sarcini cuprinse între 4,9 şi 491 N.

128

Page 130: Indrumar STM 2

Pe lângă duritate se poate măsura, în paralel, microduritate, în acest fel putându-se aprecia natura constituenţilor structurali.

Se măsoară duritatea unor piese sinterizate la temperaturi şi timpi diferiţi. Metoda utilizată este Brinell (Ф10, sarcina 250 daN).

Se are în vedere modul cum influenţează temperatura de sinterizare şi timpul de sinterizare asupra variaţiei durităţii.

Pentru fiecare tip de piesă se efectuează minimum trei încercări. Rezultatele experimentale privind valorile durităţii se trec în tabelul 24.2. Tabelul 24.2

Duritatea Timp de Nr. Material Temp. medie Sinterizare probă de

Duritatea sinterizare

T[oC] τ[min.] HB HB HB HB B1 2 31 2 3

Cu valorile din tabelele 24.1 şi 24.2 se vor reprezenta sub formă grafică

variaţiile densităţii aparente funcţie de temperatură şi timpul de sinterizare, HB = f(T), HB = f(τ).

Se vor face aprecieri asupra rezistenţei la tracţiune, ţinând cont de următoarea regulă: duritatea Brinell este egală cu triplul rezistenţei la tracţiune, operaţia inversă nefiind valabilă.

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele noţiuni teoretice şi practice:

- care sunt principalele încercări aplicate pieselor sinterizate; - ce proprietate influenţează densitatea aparentă; - când apare creşterea volumului şi când apare contracţia; - ce metale se folosesc pentru determinarea durităţii; - calculul densităţii aparente pentru minim trei încercări; - calculul durităţii medii, pentru minim trei încercări.

129

Page 131: Indrumar STM 2

Lucrarea nr.25 EVALUAREA MICROSTRUCTURII ŞI PROPRIETĂŢILOR PRIN

MĂSURAREA FRECĂRII INTERNE 25.1. Scopul lucrării:

Caracteristicile fizice şi mecanice sunt stabilite în principal prin încercări

distructive efectuate pe epruvete (tracţiune, încovoiere, forfecare, rezilienţă, microstructură) sau prin încercări nedistructive care pot fi efectuate direct pe produse (duritate, control cu ultrasunete, magnetic, cu lichide penetrante radiaţii penetrante). De asemenea se poate recurge şi la încercări tehnologice (îndoire simplă sau alternantă, răsucire, ambutisare-Erichsen ş.a.). Toate metodele enumerate prezintă nenumărate neajunsuri deoarece ele caracterizează materialul local. Uneori există diferenţe semnificative între proprietăţile stabilite pe epruvete şi cele ale produselor, iar în cazul controlului nedistructiv pot fi evidenţiate doar macrodefecte fie de suprafaţă fie de profunzime. În lucrarea de faţă este studiată şi aplicată o metodă nedistructivă de evaluare globală, în întreg volumul epruvetei sau produsului, a microstructurii şi proprietăţilor prin măsurarea frecării interne a materialului.

25.2 Principii teoretice:

Experienţa arată ca oscilaţiile mecanice (vibraţiile) libere ale unui corp se amortizează cu timpul. Contribuţia mediului înconjurător la atenuarea oscilaţiilor mecanice este neglijabilă iar cauza principală a fenomenului este legată de specificul corpului solid şi poartă denumirea de frecare internă sau amortizare. În timpul amortizării oscilaţiilor, energia mecanică macroscopică este preluată treptat de sisteme microscopice, rezultând o cantitate echivalentă de căldură. Frecarea internă din materialele metalice este datorată unui mare număr de fenomene ce se desfăşoară la scară microscopică dintre care unul sau altul intervine mai mult sau mai puţin în funcţie de natura materialului, distribuţia şi felul constituenţilor, mărimea grăunţilor, prezenţa incluziunilor, a unor defecte de tipul retasurilor sau fisurilor, de starea de tensiuni existente, precum şi de condiţiile experimentale ca temperatura, tensiunile create în timpul încercărilor, frecvenţa şi amplitudinea oscilaţiilor ş.a.

Studiul frecării interne prezintă o importanţă deosebită deoarece pot fi evidenţiate transformări discrete ale structurii materialelor. Pot fi studiate fenomene legate de formarea texturii, de recristalizare, de tensionare , transformări ce se produc la călire şi revenire, se poate urmări procesul de îmbătrânire, procesul de coroziune intercristalină.

130

Page 132: Indrumar STM 2

În lucrarea de faţă, determinarea mărimii frecării interne se face pe baza analizei curbelor de rezonanţă. În figura 25.1. este prezentată curba de rezonanţă a unei epruvete excitată cu o frecvenţă corespunzătoare armonicii fundamentale. Aceste curbe de rezonanţă se construiesc experimental. Din analiza curbei de rezonanţă poate fi determinată frecvenţa de rezonanţă (fr) corespunzătoare amplitudinii maxime de oscilaţie a epruvetei.

Determinând experimental frecvenţa de rezonanţă cu ajutorul relaţiilor (1-3) poate fi calculat modulul de elasticitate longitudinal dinamic. Trebuie făcută observaţia că modulul dinamic Ed este cu ceva mai mare decât cel determinat prin încercări statice (ex. încercări de tracţiune).

unde: c – constantă elastică

m – masa care oscilează (1)

mc

2π1fr = E – modulul de elasticitate longitudinal

I – momentul de inerţie al epruvetei

64πdI

2= – pt. bara cilindrică

(2) l

3EIc 3=

12bhI

3=– pt. bara

A – secţiunea transversală a epruvetei

ρ – densitatea epruvetei (3) lAρm ⋅⋅=

l – lungimea liberă a epruvetei încastrate

Pentru determinarea

frecării interne este necesară măsurarea frecvenţelor f1 şi f2, în stânga respectiv în dreapta frecvenţei de rezonanţă. Aceste frecvenţe corespund unor amplitudini ale oscilaţiilor A1

=A2=Amax / 2 sau A’

1 =A’2=Amax/2.

U(V)

AMAX

A12

A’12

f1 fr f2 Frecvenţa [Hz]

0.707Amax

0.5Amax

Fig. 25.1. Curba de rezonanţă a unei epruvete excitată cu o frecvenţă corespunzătoare armonicii fundamentale

131

Page 133: Indrumar STM 2

Mărimea care caracterizează frecarea internă este decrementul logaritmic (δ)- mărime adimensională. Pentru determinarea decrementului logaritmic sunt utilizate două criterii:

a) Când amplitudinile A1, A2 corespund cu jumătatea puterii vibraţiilor: =AA1 2=A / = 0,707 A (4) 2max max

Acest criteriu este aplicat atunci când amortizarea este puternică (ex. la fonte).

r

12

r fff3.14

fπΔfδ −

== (5) Atunci:

b) Când amplitudinile A’1, A’

2 ating jumătate din valoarea măsurată la rezonanţă: A’ =A’ =A /2 = 0,5 A1 2 max max (6) Criteriul este aplicat atunci când amortizarea este redusă (ex. la oţeluri).

r

12

r fff1.815

f3πΔfδ −

== (7) Atunci :

25.3 Aparatura utilizată şi modul de lucru:

Montajul utilizat pt. construirea curbelor de rezonanţă cu scopul determinării frecvenţelor f1, f , fr 2 este prezentat în figura 25.2.

S

E

V

A G

F

M

P l

Reţea 220V-50Hz

Fig. 25.2. Montajul utilizat pt. construirea curbelor de rezonanţă cu scopul determinării frecvenţelor f1, fr, f2

G– generator de joasă frecvenţă, F– frecvenţmetru, A– amplificator de putere , E– excitator electromagnetic, S – senzor electromagnetic, V– voltmetru numeric, P– proba,

M – menghină

132

Page 134: Indrumar STM 2

– Proba (epruveta) P este încastrată în menghina M, determinându-se prin

măsurare exactă lungimea liberă λ. – Se reglează întrefierul dintre epruvetă şi excitatorul E, precum şi întrefierul

dintre epruvetă şi senzorul S. Distanţele reglate – 1mm. – Se acţionează generatorul de frecvenţă G în sensul creşterii frecvenţei. – Reglajele vor fi făcute astfel încât:

• frecvenţmetrul să nu primească tensiuni peste 5 volţi • amplificatorul de putere să nu intre în limitare de putere (pentru

păstrarea liniarităţii semnalelor) – Când prin variaţia frecvenţei voltmetrul V afişează o valoare maximă, se

citeşte frecvenţa de rezonanţă pe frecvenţmetrul F. Se reiau măsurătorile pentru stabilirea maximului de amplitudine – tensiune cu frecvenţmetrul reglat pe 10”.→ fr

– Se măreşte frecvenţa generatorului de frecvenţă până la atingerea amplitudinii oscilaţiilor corespunzătoare frecvenţei f2, care se înregistrează.

– Se reduce frecvenţa până la atingerea frecvenţei f1, care se înregistrează. – Idem pentru altă epruvetă.

25.4 Modul de lucru Epruvetele analizate sunt (1)Fc200, (2)Fgn450-6, (3)RUL 1 normalizare,

(4)RUL 1 călire + revenire Pentru fiecare epruvetă se înregistrează f1, f , fr 2 şi se calculează Ed şi δ

După fixarea epruvetelor în menghina de încastrare se reglează distanţa dintre epruvetă şi excitatorul electromagnetic precum şi distanţa dintre senzorul electromagnetic şi epruvetă. Se va folosi un distanţier nemetalic cu grosimea de un milimetru. Se alimentează la reţea G– generator de joasă frecvenţă, F– frecvenţmetrul, A– amplificatorul de putere şi V– voltmetrul numeric. Se acţionează potenţiometrul generatorului de frecvenţă in sensul creşterii acesteia urmărindu-se variaţia tensiunii indicate de voltmetrul numeric. Se înregistrează tensiunea maximă corespunzătoare amplitudinii de oscilaţie maxime aceasta corespunzând frecvenţei de rezonanţă. Valoarea acesteia este trecută în tabelul 25.1. Se calculează tensiunile la care epruveta oscilează la amplitudinile corespunzătore punctelor A12, respectiv A’12, după caz. Se acţionează din nou potenţiometrul generatorului de frecvenţă în ambele sensuri până la valorile tensiunii calculate citindu-se frecvenţele corespunzătoare f1, f2. Ele se înregistrează în tabel, iar apoi se vor calcula Ed şi δ. Tabelul 25.

NUMĂR EXPERIMENT

]mmdaN[ 2 Ed δ f1 [Hz] fr [Hz] f2 [Hz]

1

133

Page 135: Indrumar STM 2

2 3 4

25.5. Interpretarea rezultatelor

Se vor face aprecieri asupra rezultatelor si se vor pune în evidenţă următoarele :

– Influenţa formei grafitului, lamelar sau nodular asupra frecării interne şi asupra modulului de elasticitate dinamic (epruvetele 1şi 2)

– Influenţa tratamentului termic asupra frecării interne şi asupra modulului de elasticitate dinamic pentru epruveta normalizată (3) şi cea călită (4)

Studiind lucrarea, studentul trebuie să găsească răspuns la următoarele

noţiuni teoretice şi practice: ⎯ Ce este frecarea internă? ⎯ Cum se calculează frecvenţa de rezonanţă? ⎯ Cum se trasează curbele de rezonanţă? ⎯ Care este montajul utilizat pentru determinarea frecvenţei de

rezonanţă?

134

Page 136: Indrumar STM 2

BIBLIOGRAFIE

1. Amza Gheorghe, ş.a. – Tratat de Tehnologia Materialelor, Editura Academiei Române, Bucureşti, 2002.

2. Aurel Nanu – Prelucrãri prin eroziune în construcţia de maşini, Editura Facla , Timişoara, 1980.

3. Aurel Nanu - Tehnologia Materialelor - Editura Didacticã si Pedagogica , Bucureşti, 1977.

4. Constantinescu Maia – Protecţia anticorozivã a metalelor, Editura Tehnicã, Bucureşti 1979.

5. Jakab E., ş.a. TEHNOLOGIA MATERIALELOR - curs - Universitatea Braşov 1989.

6. Jakab E., ş.a. TEHNOLOGIA MATERIALELOR - Îndrumar pentru lucrări de laborator - Universitatea din Braşov 1996.

7. Z. Markos Metalurgia Extractivă şi Prelucrătoare – Edit Universităţii Transilvania Braşov 1999.

8. Caţarschi V. ş.a. Tehnologie – Editura Satya, Iaşi 1996 9. Stoian L. – Tehnologia Materialelor – EDP Bucureşti 1980 10. CĂTANĂ, D. – Procesarea materialelor avansate, Ed. Lux Libris, Braşov,

2004 11. Daniel Gay – Materiax Composites, Editure Hermes, Paris, 1991. 12. Dumitras C., C. Opran – Prelucrarea materialelor compozite , ceramice şi

minerale, Editura Tehnicã , Bucuresti 1994. 13. HagymaşG., Firoiu C., Radovici O. – Coroziunea şi protecţia metalelor,

Editura tehnicã, Bucureşti 1963. 14. Gavrilaş I., Marinescu N.- Tehnologii neconvenţionale, Reprografia

Institutului Politehnic Bucuresti , Bucuresti 1984. 15. Leonard Stoian ş.a. - Tehnologia materialelor - Editura Didacticã şi

Pedagogicã, Bucureşti, 1980. 16. Machedon - Pisu T.- Tratamente termice pentru produse sudate. Editura

Lux Libris, Braşov , 1997 17. Machedon - Pisu T. Andreescu F.- Materiale metalice pentru produse

sudate , Editura Lux Libris, Braşov, 1996 18. Machedon - Pisu T. , Machedon - Pisu E., Tehnologia sudării prin topire

(Procedee de sudare). Editura Lux Libris, Brasov, ISBN 978 – 973 – 131 – 060 - 2, pag.253 , 2009

19. Miklosi C.– Sudarea metalelor, Editura Tehnicã, Bucureşti, 1965. 20. Moldovan V., Chiriţã V.– Exploatarea raţionalã a maşinilor de forjat ,

Editura Tehnicã , Bucureşt,i 1979. 21. Petre Gladcov si alţii – Tehnologia materialelor şi Semifabricatelor,

PROINVENT, Bucureşti, 2002. 22. Sofroni L.– Materiale şi amestecuri de formare pentru turnãtorii , Editura

Tehnicã , Bucureşti, 1971.

135

Page 137: Indrumar STM 2

23. Sofroni L. ş.a. – Turnarea de precizie cu modele gazeficabile din polistiren, Editura Tehnicã , Bucureşti, 1991.

24. T. Sãlãgean T. – Tehnologia procedeelor de sudare cu arc , Editura Tehnicã, Bucureşti, 1985.

25. Teodorescu A. – Tehnologia extrudãrii metalelor, Editura Tehnicã, Bucureşti, 1975.

26. Teodorescu C. – Imbinãri sudate - Editura Tehnicã, Bucureşti, 1975. 27. Teodorescu M. ş.a. – Elemente de proiectarea ştanţelor şi matriţelor,

Editura Didacticã si Pedagogica , Bucureşti, 1983. 28. Techea P., C. Dan, X. Epure - Materiale pentru sudare standardizate,

POIDPICM, Bucureşti, 1996. 29. Voicu M. ş.a. - Tehnologia materialelor - Reprografia Institutului

Politehnic Bucureşti , Bucureşti, 1974. 30. Zgurã Gh. – Tehnologia sudãrii prin topire, Editura Didacticã şi

Pedagogicã, Bucureşti, 1986. 31. Zgurã Gh.– Prelucrãri prin deformare la rece - Editura Tehnicã, Bucureşti,

1982.

136