Transcript
Page 1: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Investeşte în oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013 Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere” Domeniul major de intervenţie 1.5 „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării” Titlul proiectului: „Investiţie în dezvoltare durabilă prin burse doctorale (INED)” Numărul de identificare al contractului: POSDRU/88/1.5/S/59321 Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Universitatea Transilvania din Brasov Scoala Doctorala Interdisciplinara

Centrul de cercetare: Eco-Tehnologii Avansate de Sudare

Ing. Adrian N. IORDACHE

Cercetãri privind imbunãtãţirea suprafeţelor active prin încãrcare a matriţelor de turnare sub presiune

Improving research on active surfaces by cladding die casting molds

Conducător ştiinţific

Prof.dr.ing. Teodor MACHEDON PISU

BRASOV, 2012

Page 2: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 2 -

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETARII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525 RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr.5550 din 12.11.2012

PREŞEDINTE: - Prof. univ. dr. ing. Mircea Horia ŢIEREAN Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor Universitatea “Transilvania” din Braşov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: - Prof. univ. dr. ing. Teodor MACHEDON PISU Universitatea “Transilvania” din Braşov

REFERENŢI: - Prof. univ. dr. ing. Nicolae GHIBAN Universitatea “Politehnica” din Bucureşti -Prof. univ. dr. ing. Dănuţ MIHĂILESCU Universitatea “Dunărea de Jos” din Galaţi -Prof. univ. dr. ing. Radu IOVANAŞ Universitatea “Transilvania” din Braşov

Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 14 Decembrie 2012, ora 12 , sala I16 Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le transmiteţi în timp util, pe adresa [email protected] Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de doctorat. Vă mulţumim.

Page 3: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 3 -

CUPRINS (lb. romana) Pg.

teza Pg. rezumat

1. CAPITOL 1 Stadiu actual 9 9 1 Alcatuirea matritelor 9 9 1.1 Construcţia şi funcţionarea 11 11 1.2 Centrarea şi conducerea exterioară a matriţelor de injectat................................... 11 11 1.3 Centrarea şi conducerea interioară a matriţelor ................................................... 11 11 1.4 Răcirea matritelor ................................................................................................. 12 12 1.5 Sistemul de aruncare............................................................................................ 14 13 1.6 Aruncarea mecanică.............................................................................................. 16 13 1.7. Centrarea şi conducerea exterioară a matriţelor de injectat................................. 18 13 1.8. Centrarea şi conducerea interioară a matriţelor .................................................. 20 13 1.9 Răcirea matritelor ................................................................................................ 22 13 1.10. Sistemul de aruncare......................................................................................... 23 14 1.11. Aruncarea mecanică........................................................................................... 24 14 2.Materialele pentru confectionarea matritelor ................................................. 25 14 2.1. Oteluri pentru scule ce lucreaza la rece ............................................................. 26 15 2.2. Oţeluri pentru scule ce lucreaza la cald .............................................................. 27 16 2.3.Oţeluri pentru matriţe de injecţie ........................................................................ 29 16 2.4. Oţeluri rapide ( 1.3343, 1.3243, 1.3207 ) .......................................................... 30 17 2.5. Oţeluri pentru matriţe sticlă ( 1.2787 ESR, 1.2782, 1.4841 ) ............................. 31 17 2.6. Oţeluri pentru nitrurare ( 1.8550, 1.8519).......................................................... 32 18 2.7. Oţeluri inoxidabile şi rezistente la temperaturi înalte (1.4841, 1.2316, 1.4401, 1.4301). ..................................................................................................................... 33 18

2.8. Oţeluri produse prin metalurgia pulberilor cu patent Dörrenberg ................. 34 18 2.9. Cupru şi aliaje dure de cupru : ........................................................................ 35 18 2.10. Bronzuri cu aluminiu , cu staniu ..................................................................... 36 18 2.11.Alame de inaltă rezistenţă : CuZn40Al12, CuZn35Ni .................................... 37 18 3.Stabilirea cauzelor principale care scot din uz matritele:.................................. 38 18 3.1.Tipuri de frecare................................................................................................... 38 19 1.2.1. Frecarea uscată................................................................................................ 39 19 3.2. Tipuri de uzare...................................................................................................... 40 21 3.3.1. Uzarea de adeziune............................................................................................ 42 23 3.3.2. Uzarea de abraziune......................................................................................... 43 23 3.3.3. Uzarea de oboseală........................................................................................... 44 24 3.3.5. Alte tipuri de uzare............................................................................................ 45 25 3.4. Metode de reducere a uzurii abrasive................................................................... 46 27 3.5.Concluzii................................................................................................................ 47 28 4.Procedee de incarcare prin sudare ........................................................................... 48 29 4.1 Procedeul de incarcare MIG................................................................................. 50 29 4.2 Procedeul de incarcare WIG................................................................................. 51 31 4.3 Procedeul de incarcare CMT (Cold Metal Transfer)............................................. 52 32 4.4.Concluzii . ............................................................................................................ 53 33

Page 4: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 4 -

Capitolul 2. Obiectivele si logistica cercetarii ........................................................ 55 35 2.1.Obiectivele cercetarii : ..................................................................................... 51 35 2.2. Logistica cercetarii:............................................................................................ 52 36 Capitolul 3. Cercetari experimentale privind campul termic la sudarea matritelor de sudare sub presiune .......................................................................... 54 39

3.1.Conductibilitatea termică. ................................................................................. 55 41 3.2.Determinarea experimentală a câmpului termic la operațiile de încărcare prin sudare a suprafețelor active ale piesei......................................................................... 56 41

3.3 Diseminarea rezultatelor :.................................................................................. 57 44 3.4 Concluzii privind cercetarile experimentale privind campul termic:.................. 58 48 Capitolul 4. Cercetari experimentale privind incarcarea prin sudare a matritelor de turnare sub presiune......................................................................... 59 49

4.1. Aprecierea incarcarii prin sudare…………………………………………….. 59 49 4.2 Aprecierea structurii materialului incarcat....................................................... 60 51 4.3.Influenta energiei liniare si a procedeului utilizat la incarcarea prin sudare a matritelor asupra geometriei straturilor incarcate...................................................... 62 51

4.4.Cercetari experimentale privind incarcarea cu procedeul Mig manual ........... 63 53

4.4.1.Pregatire esantioanelor .................................................................................... 64 54 4.4.2.Determinarile microduritati ............................................................................ 66 54 4.4.3.Microstructuri ............................................................................................... 68 57 4.4.4. Determinarea rezistentei la uzura ................................................................... 69 - 4.5.Cercetari experimentale privind incarcarea cu procedeul WIG manual........ 70 -

4.5.1.Pregatire esantioanelor ................................................................................. 70 - 4.5.2.Determinarile microduritati ........................................................................... 71 - 4.5.3.Microstructuri .............................................................................................. 71 - 4.5.4. Determinarea rezistentei la uzura ................................................................. 82 - 4.6. Cercetari experimentale privind incarcarea cu procedeul MIG CMT....... 83 - 4.6.1. Realizare probe cu preincalzire......................................................................... 84 - 4.6.2.Determinarile microduritati .............................................................................. 85 - 4.6.3.Microstructuri.................................................................................................... 86 - 4.6.4. Determinarea rezistentei la uzura..................................................................... 94 - 4.6.5. Realizare probe fara preincalzire...................................................................... 95 - 4.6.6.Determinarile microduritati ........................................................................ 96 - 4.6.7.Microstructuri ............................................................................................... 97 - 4.6.8. Determinarea rezistentei la uzura.................................................................... 104 - 4.7.Cercetari experimentale privind incarcarea cu procedeul WIG mecanizat cu arc pulsatoriu........................................................................................................ 105 -

4.7.1. Realizare probe cu preincalzire......................................................................... 106 - 4.7.2.Determinarile microduritati ........................................................................ 107 - 4.7.3.Microstructuri ................................................................................................ 108 - 4.7.4. Determinarea rezistentei la uzura..................................................................... 116 - 4.7.5 Realizare probe fara preincalzire...................................................................... 117 - 4.7.6Determinarile microduritati ............................................................................... 118 - 4.7.7.Microstructuri ................................................................................................ 119 - 4.7.8. Determinarea rezistentei la uzura...................................................................... 126 - 4.8.Cercetari experimentale privind incarcarea cu procedeul WIG manual cu arc pulsatoriu........................................................................................................... 127 -

Page 5: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 5 -

4.8.1. Realizare probe cu preincalzire........................................................................ 128 - 4.8.2.Determinarile microduritati ......................................................................... 130 - 4.8.3.Microstructuri ................................................................................................ 132 - 4.8.4. Determinarea rezistentei la uzura...................................................................... 140 - 4.8.5. Realizare probe fara preincalzire....................................................................... 142 - 4.8.6.Determinarile microduritati .............................................................................. 143 - 4.8.7.Microstructuri ................................................................................................ 145 - 4.8.8. Determinarea rezistentei la uzura..................................................................... 153 - Capitolul 5. Concluzii finale, contributii originale. Directii viitoare.................... 160 66 Bibliografie ........................................................................................................ 165 69 Rezumat ...................................................................................................................... 166 71 CV................................................................................................................................. 167 72

Page 6: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 6 -

CONTENT (lb. engleza) Pg.

teza Pg. rezumat

Chapter 1. Current state............................................................................................... 9 9 1. Composition of molds................................................................................................ 9 9 1.1 Construction and operation ...................................................................................... 11 11 1.2 Centering and external management injection molds............................................. 11 11 1.3 Centering and inner leadership molds...................................................................... 11 11 1.4 Cooling molds .......................................................................................................... 12 12 1.5 Disposal System ..................................................................................................... 14 13 1.6 Disposal mechanical ................................................................................................ 16 13 1.7. Center and outer lead injection molds .................................................................... 18 13 1.8. Center and lead inner mold..................................................................................... 20 13 1.9 Cooling molds ........................................................................................................ 22 13 1.10. Disposal System................................................................................................ 23 14 1.11. Mechanical throwing .......................................................................................... 24 14 2. Materials for manufacturing molds…………………………………………… 25 14 2.1. Steels for cold working tools ................................................................................. 26 15 2.2 Steels for hot working tools...................................................................................... 27 16 2.3. Steels for Mold....................................................................................................... 29 16 2.4. High speed steel (1.3343, 1.3243, 1.3207).............................................................. 30 17 2.5. Glass mold steels (1.2787 ESR, 1.2782, 1.4841) .................................................... 31 17 2.6. Nitriding steels (1.8550, 1.8519) ............................................................................ 32 18 2.7. Stainless steel and resistant to high temperatures (1.4841, 1.2316, 1.4401, 1.4301)............................................................................................................................ 33 18

2.8. Produced by powder metallurgy steels with patent Dörrenberg ............................. 34 18 2.9. Copper and copper alloys harsh:............................................................................. 35 18 2.10. Aluminum bronze, tin .......................................................................................... 36 18 2.11. Brass high strength: CuZn40Al12, CuZn35Ni...................................................... 37 18 3. Setting Main Causes mold out of use:.................................................................... 38 18 3.1. Friction types ...................................................................................................... 38 19 3.2. Dry friction ................................................................................................... 39 19 3.2. Types to wear .................................................................................................. 40 21 3.3.1. Adhesion wear.................................................................................................... 42 23 3.3.2. Abrasion wear .................................................................................................... 43 23 3.3.3. Fatigue wear ....................................................................................................... 44 24 3.3.5. Other types of wear ............................................................................................ 45 25 3.4. Methods to reduce abrasive wear ......................................................................... 46 27 3.5. Conclusions.............................................................................................................. 47 28 4. Load welding procedures ........................................................................................ 48 29 4.1 The process of loading MIG. .................................................................................... 50 29 4.2 The process of loading WIG.................................................................................... 51 31 4.3 The process of loading CMT (Cold Metal Transfer). ............................................. 52 32 4.4. Conclusions. ........................................................................................................... 53 33 Chapter 2. Logistics research goals and ..................................................................... 55 35 2.1. Research objectives: ............................................................................................. 51 35 2.2. Logistics research: ................................................................................................ 52 36 Chapter 3. Experimental research on thermal field welding pressure welding 54 39

Page 7: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 7 -

dies ...... 3.1. Thermal conductivity. .......................................................................................... 55 41 3.2. Experimental Determination of thermal field in welding Operations load the active surfaces of the piece. ………………………………………………………….. 56 41

3.3. Dissemination of results: ................................................................................... 57 44 3.4. Conclusions on experimental research on thermal field ................................... 58 48 Chapter 4. Experimental research on load by welding die casting molds .............. 59 49 4.1. Appreciation welding load ................................................................................ 59 49 4.2 Assessment of loaded material structure ........................................................ 60 51 4.3. Influence of linear energy process used to load welding mold geometry on layers loaded .............................................................................................................. 62 51

4.4. Experimental research on load with manual MIG.............................................. 63 53 4.4.1. Sample preparation .............................................................................................. 64 54 4.4.2. Microhardness determinations .............................................................................. 66 54 4.4.3. Microstructures ................................................................................................... 68 57 4.4.4. Determination of wear resistance ......................................................................... 69 - 4.5. Experimental research on load with manual TIG process................................. 70 - 4.5.1. Sample preparation ......................................................................................... 70 - 4.5.2. Microhardness determinations............................................................................ 71 - 4.5.3. Microstructures..................................................................................................... 71 - 4.5.4. Determination of wear resistance.......................................................................... 82 - 4.6. Experimental research on load with MIG CMT..................................................... 83 - 4.6.1. Output evidence preheating.................................................................................. 84 - 4.6.2. Microhardness determinations.............................................................................. 85 - 4.6.3. Microstructures..................................................................................................... 86 - 4.6.4. Determination of wear resistance......................................................................... 94 - 4.6.5. Output samples without preheating...................................................................... 95 - 4.6.6. Microhardness determinations ............................................................................ 96 - 4.6.7. Microstructures...................................................................................................... 97 - 4.6.8. Determination of wear resistance....................................................................... 104 - 4.7. Experimental research on mechanical loading of the arc pulsed TIG process. 105 - 4.7.1. Output evidence preheating................................................................................. 106 - 4.7.2. Microhardness determinations.............................................................................. 107 - 4.7.3. Microstructures..................................................................................................... 108 - 4.7.4. Determination of wear resistance......................................................................... 116 - 4.7.5. Output samples without preheating...................................................................... 117 - 4.7.6. Microhardness determinations .............................................................................. 118 - 4.7.7. Microstructures...................................................................................................... 119 - 4.7.8. Determination of wear resistance......................................................................... 126 - 4.8. Experimental research on load with manual TIG arc process……………………. 127 - 4.8.1. Output evidence preheating................................................................................. 128 - 4.8.2. Microhardness determinations............................................................................. 130 - 4.8.3. Microstructures..................................................................................................... 132 - 4.8.4. Determination of wear resistance.......................................................................... 140 - 4.8.5. Output samples without preheating....................................................................... 142 - 4.8.6. Microhardness determinations .............................................................................. 143 - 4.8.7. Microstructures...................................................................................................... 145 - 4.8.8. Determination of wear resistance.......................................................................... 153 -

Page 8: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 8 -

Chapter 5. Conclusions, original contributions. Future Directions.......................... 160 66 REFERENCES .............................................................................................................. 165 69 Abstract ......................................................................................................................... 166 71 CV.................................................................................................................................... 167 72

Page 9: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 9 -

Capitolul 1. Stadiul actual

1.Alcatuirea matritelor :

Turnarea la presiune ridicată se caracterizează prin faptul că aliajul pătrunde în locasul formei sub acţiunea unei suprapresiuni mari de ordinul zecilor de atmosfere, obtinute cu ajutorul unui piston care este acţionat mecanic într-un cilindru de presare. Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea seriei si cerintele de calitate ale piesei turnate sunt ridicate.

Se foloseste pentru obtinerea de piese din industria auto, electrica, si de uz casnic. Turnarea la presiune ridicata reprezinta un procedeu de turnare neconventional, special, care

se caracterizeaza prin particularitatea ca aliajul lichid este introdus in amprenta piesei din forma de turnare prin injectare sub actiunea unei suprapresiuni mari, realizate mecanic. Aliajul lichid este dozat volumetric si este introdus intr-un cilindru (camera) de presare, de unde este injectat in forma de turnare cu ajutorul unui piston actionat mecanic. Este posibil ca injectarea sa se realizeze si prin intermediul unui gaz sub presiune ridicata.

Pentru a evita inghetarea materialului topit in forma, racirea materialului injectat cu o viteza foarte mare, se recurge la presarea acestuia sub actiunea unei forte exterioare.

Pentru invingerea rezistentei opuse curgerii metalului lichid in reteaua de turnare se aplica presiuni de pana la 5 000 atmosfere. Viteza de alimentare a matritei cu metal lichid variaza de la 0,5 m/s la 150 m/s. Una dintre problemele tehnologice ale procedeului consta in eliminarea porilor.

Dozarea materialului se face prin cantitatea de metal lichid cu care se alimenteaza matrita. Dezbaterea se face automat cu aruncatori care sunt prevazuti pe poansonul matritei pe partea mobila a acesteia .

Forma este o matrita metalica si are o constructie speciala, de cele mai multe ori fiind racita fortat. Datorita presiunii ridicate aliajul intra in amprenta piesei din forma cu viteza foarte mare, iar timpul de umplere este foarte scurt. Forma metalica determina o solidificare foarte rapida a piesei. Dupa solidificare matrita se deschide, iar piesa si aliajul solidificat in reteaua de turnare sunt extrase.

Calitatea pieselor turnate sub presiune este superioară celor turnate în forme temporare sau în forme metalice prin turnare liberă (gravitaţional).

Formele folosite la turnarea sub presiune sunt metalice şi ca atare asigură o mare viteză de răcire deci se obţin piese cu structură fină şi proprietăţi mecanice superioare; în plus presiunea ridicată din timpul turnării asigură o mai mare compactare a aliajului şi reduce posibilitatea de apariţie a suflurilor în piesele turnate.

În cazul turnării la presiune atmosferică, se formează un număr mic de germeni de cristalizare, în schimb viteza liniară de creştere a acestor germeni este mare, ceea ce evident duce la obţinerea unor cristale mari. Mărirea presiunii la turnare, peste cea atmosferică, determină mărirea numărului de germeni de cristalizare şi micşorează viteza liniară de creştere a acestora ceea ce duce la obţinerea unei structuri granulare fine.

Page 10: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 10 -

In tabelul 1.1 este prezentata o schema a clasificarii masinilor si procedeelor de turnare la presiune ridicata.

Tabelul 1.1. Clasificarea procedeelor si a masinilor de turnare la presiune ridicata.

Nr.crt. Dupa temperatura

camerei de presare

Dupa modul in care se realizeaza

presarea

Dupa directia de

presare

Dupa pozitia camerei de

presare

Dupa tipul camerei de compresie

1 Cu camera de presare calda

Cu piston Verticala In creuzetul cu

aliaj lichid

Orizontala In creuzetul cu aliaj lichid

Cu gaz sub presiune

(pneumatice)

Cu baie inchisa

Cu baie deschisa

2 Cu camera de presare rece Cu piston Verticala

In matrita In afara matritei

Orizontala In afara matritei Cercetarea este axat pe procedeul de turnare sub presiune ridicata cu camera de presare rece

cu piston. In Figura 1.1 sunt prezentate doua dintre principiile de turnare sub presiune ridicata cu

camera de presare rece:

Figura 1.1. Principiul turnatii la presiune ridicata cu camera de presare rece orizontala 1-Piesa; 2- Parte fixa;3- Contrapastila ;4- Difuzor;5- Parte mobila; 6- Camera de turnare

Page 11: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 11 -

Principalele defecte ale pieselor turnate pot fi : de forma ,dimensiuni si mase necorespunzatoare ,defecte de suparafata , crapaturi , goluri incluziuni metalice sau nemetalice ,defecte de structura ,defecte privind compozitia chimica sau caracteristice mecanice si fizice, defecte cauzate de fenomenul de contractie, formarea retasurilor si microretasurilor, goluri de contractie care formeaza pori in piesa turnata, defecte cauzate de fenomenul de segregare, eroziunea peretilor retelelor de turnare si a cavitati formei de catre metalul lichid aflat in miscare, reactiile chimice produse intre peretii formei si metalul turnat,sau cauze accidentale.

Având în vedere importanţa durabilităţii matriţelor care influenţează calitatea şi costul pieselor produse se recomandă ca materialul din care se execută matriţele să asigure anumite proprietăţi, printre care cele mai importante sunt :

- tenacitate ridicată la cald, deformabilitate cât mai scăzută şi rezistenţă ridicată la uzură şi oxidare pentru păstrarea stabilităţii dimensionale a cavităţilor matriţei.

- rezistenţă crescută la oboseală şi la şocuri termice, pentru evitarea fisurărilor superficiale sau chiar a ruperilor de material în timpul exploatării.

- valorile punctelor critice ale transformărilor de fază cât mai mari pentru microstructura suprafeţei matriţei, în contact cu piesa caldă sau să nu fie influenţată termic.

- prelucrabilitate prin aşchiere şi călibilitate bună iar materialul să fie cât mai ieftin, pentru ca preţul de cost al unei matriţe să fie minim.

1.1 Construcţia şi funcţionarea

Turnarea sub presiune reprezinta procesul tehnologic prin care materialul pe baza de compusi macromoleculari, adus in stare de curgere, este introdus, sub presiune, intr-o matrita de formare. Dupa umplerea matritei, materialul este mentinut sub presiune si intarit prin racire a semiformelor.

Avantajele formarii prin turnare sub presiune consta in posibilitatea obtinerii unor obiecte cu forme complicate si marimi diferite, dintr-o gama foarte larga. Operatiile sunt automate, iar aceste masini au randament ridicat.

1.2 Centrarea şi conducerea exterioară a matriţelor de injectat

În vederea asigurării poziţiei corecte ale celor două jumătăţi în aşa fel încât, la montarea lor pe platourile de prindere ale maşinii de injectat, duza matriţei să fie perfect centrică cu duza capului de injectare a maşinii, respectiv tija de aruncare cu tamponul opritor al maşinii, matriţele se prevăd cu flanşe sau inele de centrare fixate în plăcile de prindere ale matriţei de injectat.

În unele cazuri, astfel de flanşe sau inele de centrare se practică numai în placa de prindere din partea duzei. În alte cazuri, acestea se aplică în ambele plăci de prindere (şi din partea mobilă). În acest ultim caz, inelul de centrare din placa de prindere a părţii mobile formează un ajustaj cu joc cu platoul de prindere al maşinii de injectat, întrucât centrarea matriţei este asigurată de inelul de centrare montat în placa de prindere din partea duzei.

1.3 Centrarea şi conducerea interioară a matriţelor

Centrarea şi conducerea interioară a matriţelor de injectat asigură obţinerea pieselor cu o precizie corespunzătoare, realizându-se, cu ajutorul coloanelor montate de regulă în partea fixă şi a bucşelor de ghidare, fixate în partea mobilă a matriţei .

În raport cu mărimea (greutatea) şi forma geometrică a matriţelor de injectat, se practică două, trei sau patru coloane, respectiv bucşe de ghidare. În toate cazurile, una dintre coloane se execută cu un diametru diferit de al celorlalte, astfel încât cele două părţi ale matriţei să poată fi

Page 12: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 12 -

montate numai într-o singură poziţie evitându-se deteriorarea lor din cauza montării greşite pe platourile de prindere ale maşinii de injectat.

Conducerea interioară a celor două jumătăţi de matriţă trebuie să fie în perfectă concordanţă cu centrarea tuturor plăcilor matriţei. Centrarea în poziţie reciprocă corectă a plăcilor matriţei de injectat se realizează fie cu ştifturi cilindrice de centrare, fie cu bucşe de centrare. Fixarea plăcilor în poziţia centrată se face cu ajutorul unor şuruburi. Găurile pentru montarea ştifturilor, respectiv a bucşelor de centrare se realizează cu ajutorul unei maşini de găurit în coordonate într-o singură prindere, pentru toate plăcile. [Balazs P.,Haragas S.-Proiectarea matritelor de injectat]

1.4 Răcirea matritelor

Calitatea pieselor depinde de o serie de parametri tehnologici, printre care temperatura matriţei este unul dintre cei mai importanţi. Practica a dovedit că procesul de injectare poate să se desfăşoare în condiţii optime numai atunci când temperatura matriţei este staţionară şi controlată. Aceasta resupune existenţa în matriţă a unei reţele prin care să circule un mediu de încălzire-răcire destinat reglării temperaturii matriţei.Curgerea acestor materiale depinde, în mare măsură, de temperatura matriţei.

Se pot stabili principii generale de care trebuie să se ţină cont la proiectarea sistemelor de răcire a matriţelor :

secţiunea canalelor de circulaţie a mediului de răcire trebuie să fie proporţională cu grosimea pereţilor piesei injectate; canalele de circulaţie trebuie plasate cât mai aproape de piesă (de cuibul matriţei); în cazul pieselor cu grosimea pereţilor constantă, canalele de circulaţie trebuie amplasate la distanţe egale faţă de suprafeţele piesei injectate iar în cazul pieselor cu grosime de perete variabilă, distanţele dintre canalele de circulaţie şi suprafeţele respective ale piesei trebuie să fie în raport invers cu grosimile pereţilor piesei; distanţa dintre canalele de circulaţie trebuie stabilită în aşa fel încât să se realizeze o temperatură uniformă pe toate suprafeţele active ale matriţei; lungimea circuitului de răcire a matriţei trebuie să fie cât mai mică pentru ca diferenţa de temperatură între ieşirea şi intrarea apei de răcire să nu depăşească 3 . . . 5°C; numărul schimbărilor de direcţie ale circuitului de răcire trebuie să fie cât mai mic posibil pentru a asigura curgerea cât mai uşoară a lichidului de răcire; soluţiile constructive adoptate la proiectarea sistemelor de răcire ale matriţelor Principalele dimensiuni ale canalelor de racire ; de injectare trebuie să asigure etanşarea perfectă a circuitului de răcire.

Tabel 1. Dimensionarea sistemului de răcire al matriţei Tabel 1

A

grosimea de perete a piesei

[mm]

B

distanţa dintre cuib şi canal

[mm]

C

distanţa dintre canale [mm]

D

diametrul canalului

[mm] Pana la 1

1 - 2 2 - 4 4 - 6 6 - 8

11.3 - 15

15 - 21 21 - 27 27 - 35 35 - 50

10 - 13

13 - 19 19 - 23

23 - 30.5 30.5 - 40

4.5 - 6

6 - 8.5 8.5 - 11 11 - 14 14 - 18

Page 13: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 13 -

1.5 Sistemul de aruncare

După răcire, respectiv solidificarea piesei injectate, aceasta trebuie eliminată din matriţă, o dată cu deschiderea acesteia. Faza de scoatere, respectiv de aruncare a piesei din matriţa de injectat face parte din ciclul de injectare. Modul de rezolvare constructivă, precum şi durata în timp a acestei operaţii au o importantă influenţă asupra calităţii şi economicităţii procesului de injectare.

Soluţia optimă pentru aruncarea piesei injectate, presupune scoaterea automată a acesteia din matriţa de injectat deschisă, cu ajutorul unui sistem de aruncare adecvat. Pe măsura dezvoltării şi perfecţionării tehnologiei de injectare şi a modernizării construcţiei matriţelor, s-au inventat o multitudine de sisteme de aruncare.

În principal, sistemele de aruncare utilizate pentru scoaterea pieselor injectate din matriţă, pot fi clasificate în trei mari grupe aruncarea mecanică, aruncarea pneumatic si aruncarea hidraulică.

1.6 Aruncarea mecanică Aruncarea mecanică este cel mai utilizat sistem de aruncare a pieselor din matriţa de

injectat. Mecanismul de aruncare mecanică este acţionat de către maşina de injectat, în timpul deschiderii matriţei.

Există mai multe metode de aruncare mecanică a pieselor injectate din matriţă, cele mai întrebuinţate fiind aruncarea cu ştifturi de aruncare, aruncarea tubulară şi aruncarea cu plăci dezbrăcătoare. De asemenea, mai există o serie de sisteme complexe de aruncare care necesită însă construcţii speciale. Alegerea uneia sau alteia dintre metodele de aruncare este determinată de: forma constructivă şi cerinţele estetice ale piesei injectate.

1.7 Centrarea şi conducerea exterioară a matriţelor de injectat

În vederea asigurării poziţiei corecte ale celor două jumătăţi în aşa fel încât, la montarea lor pe platourile de prindere ale maşinii de injectat, duza matriţei să fie perfect centrică cu duza capului de injectare a maşinii, respectiv tija de aruncare cu tamponul opritor al maşinii, matriţele se prevăd cu flanşe sau inele de centrare fixate în plăcile de prindere ale matriţei de injectat.

1.8 Centrarea şi conducerea interioară a matriţelor

Centrarea şi conducerea interioară a matriţelor de injectat asigură obţinerea pieselor cu o precizie corespunzătoare, realizându-se, cu ajutorul coloanelor montate de regulă în partea fixă şi a bucşelor de ghidare, fixate în partea mobilă a matriţei .

În raport cu mărimea (greutatea) şi forma geometrică a matriţelor de injectat, se practică două, trei sau patru coloane, respectiv bucşe de ghidare. În toate cazurile, una dintre coloane se execută cu un diametru diferit de al celorlalte, astfel încât cele două părţi ale matriţei să poată fi montate numai într-o singură poziţie evitându-se deteriorarea lor din cauza montării greşite pe platourile de prindere ale maşinii de injectat.

Pentru menţinerea timpului cât mai îndelungat a preciziei centrării şi conducerii interioare a matriţelor de injectat, şi pentru micşorarea uzurii coloanelor şi bucşelor de ghidare, acestea se prevăd cu canale pentru ungere. Ungerea periodică a coloanelor de ghidare trebuie să se facă cu unsoare consistentă având adaos de bisulfură de Mo. [5]

1.9 Răcirea matritelor

Calitatea pieselor depinde de o serie de parametri tehnologici, printre care temperatura matriţei este unul dintre cei mai importanţi. Practica a dovedit că procesul de injectare poate

Page 14: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 14 -

să se desfăşoare în condiţii optime numai atunci când temperatura matriţei este staţionară şi controlată. Aceasta resupune existenţa în matriţă a unei reţele prin care să circule un mediu de încălzire-răcire destinat reglării temperaturii matriţei.Curgerea acestor materiale depinde, în mare măsură, de temperatura matriţei.

Principalele dimensiuni ale canalelor de racire ; de injectare trebuie să asigure etanşarea perfectă a circuitului de răcire.

Tabel 2. Dimensionarea sistemului de răcire al matriţei Tabel 2

1.10. Sistemul de aruncare

După răcire, respectiv solidificarea piesei injectate, aceasta trebuie eliminată din matriţă, o dată cu deschiderea acesteia. Faza de scoatere, respectiv de aruncare a piesei din matriţa de injectat face parte din ciclul de injectare. Modul de rezolvare constructivă, precum şi durata în timp a acestei operaţii au o importantă influenţă asupra calităţii şi economicităţii procesului de injectare.

Soluţia optimă pentru aruncarea piesei injectate, presupune scoaterea automată a acesteia din matriţa de injectat deschisă, cu ajutorul unui sistem de aruncare adecvat. Pe măsura dezvoltării şi perfecţionării tehnologiei de injectare şi a modernizării construcţiei matriţelor, s-au inventat o multitudine de sisteme de aruncare.

În principal, sistemele de aruncare utilizate pentru scoaterea pieselor injectate din matriţă, pot fi clasificate în trei mari grupe aruncarea mecanică, aruncarea pneumatic si aruncarea hidraulică.

1.11. Aruncarea mecanică Aruncarea mecanică este cel mai utilizat sistem de aruncare a pieselor din matriţa de

injectat. Mecanismul de aruncare mecanică este acţionat de către maşina de injectat, în timpul deschiderii matriţei.

Aruncarea mecanică se rezolvă cel mai simplu atunci când piesa injectată rămâne în partea mobilă a matriţei. Aceasta se poate realiza prin mai multe metode, ca de exemplu: poansonul amplasat în partea mobilă, porţiuni umbrite (conicităţi inverse) care reţin piesa pe partea mobilă etc.

2.Materialele pentru confectionarea matritelor

Un oţel pentru construcţia matriţelor de injectat trebuie să îndeplinească, din punct de vedere al fabricaţiei, următoarele condiţii: prelucrabilitate bună, calitate bună a suprafeţei, tratamente termice simple, deformaţii reduse, posibilitatea de deformare la rece (în cazuri speciale).

A

grosimea de perete a piesei

[mm]

B

distanţa dintre cuib şi canal

[mm]

C

distanţa dintre canale [mm]

D

diametrul canalului

[mm] Pana la 1

1 - 2 2 - 4 4 - 6 6 - 8

11.3 - 15

15 - 21 21 - 27 27 - 35 35 - 50

10 - 13

13 - 19 19 - 23

23 - 30.5 30.5 - 40

4.5 - 6

6 - 8.5 8.5 - 11 11 - 14 14 - 18

Page 15: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 15 -

Oţelurile folosite la fabricarea matriţelor pot fi împărţite în următoarele grupe: de uz general; oţeluri de cementare; oţeluri de nitrurare; oţeluri pentru călire; oţeluri de îmbunătăţire si oţeluri anticorozive. Materialele pentru confectionarea matritelor sunt urmatoarele:

Oţeluri de scule pentru lucru la rece( 1.1730, 1.2379, 1.2436, 1.2550, 1.2767, 1.2080) Oţeluri pentru scule la cald ( 1.2344, 1.2343, EFS, ESR, 1.2365, 1.2885, 1.2581, 1.2714 ) Oţeluri pentru matriţe injecţie ( 1.2738, 1.2312, 1.2316, 1.2083, 1.855 ) Oţeluri rapide ( 1.3343, 1.3243, 1.3207 ) Oţeluri inoxidabile şi rezistente la temperaturi înalte : 1.4841, 1.2316, 1.4401, 1.4301

1.2787 ESR, 1.2782, ) Oţeluri pentru nitrurare( 1.8550, 1.8519) Cupru şi aliaje dure de cupru ( Pure Cu, CuCrZr, CuCoBe, CuBe2, CuNiSi,CuNiBe, WCu,

W) Aliaje dure de aluminiu pentru matriţe şi dispozitive ( 2XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX series

) Bronzuri cu aluminiu , cu staniu ( Aluminium bronzes, Tin Bronzes ) Alame de inaltă rezistenţă : CuZn40Al12, CuZn35Ni

2.1. Oteluri pentru scule ce lucreaza la rece W 1.1730 /STAS: OLC 45/ Poate fii achizitionat in stare recoapta, max 207 HB

Aplicaţii: Otel nealiat, cu călire în apă. Suporţi de matriţe pentru plastic şi pentru injecţie, dispozitive de etalonare. În general se utilizează cu duritatea de livrare.

W 1.2379 (X 155 CrVMo 12 1) /STAS:155 MoVCr 115 Similar cu C120 Poate fii achizitionat recopt, max.255 HB.

Aplicaţii: Oţel de scule pentru lucru la rece, cu conţinut ridicat de Carbon (ledeburitic) şi de Crom. Tenacitate mare şi rezistenţă ridicată la uzură. Foarte potrivit pentru debitare şi deformare. Poate fi nitrurat.

W 1.2436 (X 210 CrW 12). Similar cu C120. Poate fii achizitionat in stare recoapta, maxim 250 HB.

Aplicaţii: Oţel de scule pentru lucru la rece, cu 12% Cr. Foarte mare rezistenţă la uzură. Călibilitate mai bună decât otelul W 1.2080.

W 1.2080. Similar cu C120. Matriţe de ambutisare pentru tole de transformator grose până la 2 mm, cuţite pentru hârtie sau plastic, scule pentru ambutisare adâncă, ştanţe, matriţe pentru presarea pulberilor abrazive, cilindrii laminor.

W 1.2550 ( 60 WCrV 7 ). Poate fii achizitionat in stare recoapta, max 229 HB. Aplicaţii: Oţel rezistent la impact, cu o tenacitate foarte mare. Matriţe de ambutisare pentru table groase până la 12 mm, cuţite de debitat, cuţite de mărunţit pentru industria hârtiei, poansoane de perforare la rece, scule de ştanţat.

W 1.2767 ( X 45 NiCrMo 4 ). Poate fii achizitionat in stare recoapta, max 285 HB Aplicaţii: Oţel cunoscut pentru o călibilitate foarte bună şi o tenacitate ridicată. Matriţe de debitare, matriţe de ştanţare, matriţe de formare la rece, matriţe de ambutisare, cuţite pentru debitare table groase până la 12 mm, matriţe pentru plastice abrazive, scule pentru deformare grea la rece.

W 1.2842 ( 90 MnCrV 8 ). Poate fii achizitionat in stare recoapta, max 229 HB.

Page 16: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 16 -

Aplicaţii: Oţel de scule pentru lucru la rece, cu călire în ulei, cu aplicaţii diverse. Matriţe de ambutisare şi de formare pentru table cu grosimi de până la 6 mm, freze, broşe, scule de măsurat, matriţe pentru plastice abrazive, cuţite de debitat, scule de filetat.

2.2 Oţeluri pentru scule ce lucreaza la cald W 1.2343 (X 38 CrMoV 5 1) /STAS: 39 VSiMoCr 52/ Poate fii achizitionat in stare

recoapta, max 229 HB. Aplicaţii: Oţel de scule pentru lucru la cald cu utilizare universală. Rezistenţă mecanică

înaltă la temperaturi ridicate şi tenacitate. Se utilizează pentru matriţe de turnare sub presiune, matriţe pentru extruziune, matriţe de forjare la cald, cuţite de debitare la cald. Deoarece are o bună conductivitate termică, fisurează foarte greu la lucru la cald. În stare REZ (rafinat electric sub zgură) prezintă proprietăţi mult îmbunătăţite.

W 1.2344 (X 40 CrMoV 5 1) / STAS: 40 VSiMoCr 52/ Poate fii achizitionat in stare recoapta, max 229 HB. Aplicaţii: Datorită rezistenţei mecanice mari la temperaturi ridicate, poate fi utilizat la matriţe de turnare sub presiune, matriţe de extruziune, matriţe de forjare, cuţite de debitare la cald, matriţe cu înaltă rezistenţă la uzură pentru plastic. Poate fi răcit în apă în limite restrânse. În stare REZ (rafinat electric sub zgură) prezintă proprietăţi mult îmbunătăţite.

W 1.2365 (X 32 CrMoV 3 3 ) /STAS: 31 VMoCr 29/ Poate fii achizitionat in stare recoapta, max 229 HB. Aplicaţii:Oţel cu rezistenţă mare la tracţiune la cald. Conductivitate termică mare. Poate fi răcit în apă. Matriţe, dornuri de perforare, calibre interioare pentru extruziune, matriţe pentru forjare la cald, matriţe pentru turnare sub presiune, cuţite de debitare la cald, scule pentru producerea şuruburilor şi piuliţelor.

W 1.2885 ( X 32 CrMoCoV 3 3 3 ). Poate fii achizitionat in stare recoapta, max 230 HB. Aplicaţii: Matriţe pentru turnare sub presiune, matriţe de forjare la cald, scule de extruziune. Datorită conţinutului de 3%Co are o foarte bună rezistenţă la uzură şi o rezistenţă la tracţiune ridicată la temperaturi mari. W 1.2714 (56 NiCrMoV 7) / STAS: 55 VMoCrNi 17/ Poate fii achizitionat fie recopt, max.248 HB, fie calit+ revenit, cu 350-400 HB. Aplicaţii: Oţel de scule cu tenacitate foarte mare, recomandat pentru matriţe de forjare medii şi mari, livrat în mod uzual în stare călit+revenit. Se mai utilizează la cuţite de debitare la cald, poansoane de extruziune, suporţi matriţe, suporţi scule.

2.3.Oţeluri pentru matriţe de injecţie W 1.2738 ( 40 CrMnNiMo 8 6 4 ). Poate fii achizitionat călit+ revenit cu 280 – 325 HB (

950 – 1100 N/mm 2 ) Aplicaţii: O călibilitate foarte bună în comparaţie cu W 1.2311 datorită conţinutului de 1,0 % Ni. Poate fi lustruit cu suprafaţă oglindă, nitrurat, supus atacului foto-chimic. Se utilizează la toate matriţele pentru plastic, suporţi pentru matriţe şi matriţe pentru turnare sub presiune, matriţe mari de forjare.

W 1.2312 ( 40 CrMnMo S 8 6 ). Poate fii achizitionat călit şi revenit, cu 280 – 325 HB. Aplicaţii: Datorită conţinutului de Sulf prezintă o prelucrabilitate mult mai bună decât W 1.2311 şi decât W 1.2738.

Page 17: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 17 -

Matriţe pentru plastic, suporţi de matriţe pentru plastic şi pentru turnare sub presiune. Dacă este necesară o suprafaţă oglindă se recomandă W 1.2738. Pentru o rezistenţă mai mare la uzură poate fi nitrurat

W 1.2316 (X 36 CrMo 17 ) STAS: ~ 35 MoCr 165. Poate fii achizitionat călit+ revenit, aproximativ 300 HB. Aplicaţii: Livrat în stare călit+ revenit. Rezistenţă la coroziune mai bună decât W 1.2083. Bună lustruire. Matriţe rezistente la acţiunea plasticelor corozive ( ex.: PVC). Suporţi de matriţe.

W 1.2083 (X 42 Cr 13); STAS: 40 Cr 130. Poate fii achizitionat in stare recoapta, max. 241 HB Aplicaţii: Oţel pentru matriţe plastic, cu foarte bună rezistenţă la coroziune şi foarte bună lustruire. Utilizabil pentru matriţe pentru plastice corozive (PVC).

W 1.8550 ( 34 CrAlNi 7 ). Poate fii achizitionat in stare recoaptă, max.248 HB sau calit+revenit. Aplicaţii: Oţel de nitrurare, aliat cu aluminiu. Canale, cilindri, recipienţi pentru maşinile de extrudat plastic, componente de maşini, calibre, inele…

2.4. Oţeluri rapide ( 1.3343, 1.3243, 1.3207 ) W 1.3343 ( S 6–5–2 ). Poate fii achizitionat in stare recoaptă, max.262 HB.

Aplicaţii: Oţel rapid de scule tipic, cu conţinut de wolfram, molibden şi vanadiu, cu rezistenţă mare la uzură. Are tenacitate şi duritate mare. Poate fi utilizat pentru toate tipurile de scule de tăiat ca: burghie, freze, broşe, scule de ştanţat, scule de formare, scule pentru prelucrat lemn, scule pentru extruziune la rece.

W 1.3243 ( S 6 –5–2–5 ). Poate fii achizitionat in stare recoaptă, max.269 HB. Aplicaţii: Datorită conţinutului de 5% Co este foarte bun pentru scule de aşchiere cu viteză mare ca: laminoare de filetare, filiere, broşe, burghie, foarfece, cuţite profilate.

W 1.3207 (S 10-4-3-10 ). Poate fii achizitionat in stare recoaptă, ax.302HB. Aplicaţii: Oţel rapid cu 10 % Co, cu mare duritate la cald. Scule de aşchiat pentru degroşări, burghie, filiere, laminoare de filetare, scule de tăiat, broşe. Prezintă performanţe mai bune decât M2 sau M35.

2.5. Oţeluri pentru matriţe sticlă ( 1.2787 ESR, 1.2782, 1.4841 ) W 1.2787 ( X 22 CrNi 17 ). Poate fii achizitionat călit şi revenit la 250 – 280 HB (800 –

950 N/mm 2) Aplicaţii: Rezistenţă la coroziune mai bună decât W 1.2083, foarte bună lustruire, bună rezistenţă la formarea ţunderului în matriţe pentru sticlă. Utilizat la matriţe pentru plastice cu acţiune corozivă, fără cromare sau nichelare.

W 1.4841 ( X 15 CrNiSi 25 20 ). Starea in care poate fii achizitionat este de recoacere de punere in soluţie, max.223HB. Aplicaţii: Oţel inoxidabil austenitic, rezistent la temperaturi înalte. Poate fi utilizat pentru matriţe pentru sticlă datorită microstructurii foarte pure. Poate fi utilizat până la 1400 ºC fără apariţia ţunderului. Rezistenţă mare la tracţiune. Alte aplicaţii: coşuri pentru cuptoare de tratament, grile pentru emailare.

Page 18: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 18 -

2.6. Oţeluri pentru nitrurare ( 1.8550, 1.8519) W 1.8550 ( 34 CrAlNi 7 ). Poate fii achizitionat in stare recoaptă (max.248 HB), sau călit-

revernit. Aplicaţii: Oţel de nitrurare, aliat cu aluminiu. Canale, cilindri, recipienţi pentru maşinile de extrudat plastic, componente de maşini, calibre, inele…

2.7. Oţeluri inoxidabile şi rezistente la temperaturi înalte (1.4841, 1.2316, 1.4401, 1.4301).

2.8. Oţeluri produse prin metalurgia pulberilor cu patent Dörrenberg

PMD M 4 ,PMD 9, 10, 23, 30, 60. Aceste oteluri prezinta atat tenacitate foarte buna cat si rezistenta mare la uzura si pot ajunge la duritaţi de 55-70 HRC. Aplicatii : Scule aschietoare (freze, burghie , cutite ), matrite de ambutisare, stantare, debavurare , cutite ghilotina, matrite injectie mase plastice .

2.8. Cupru şi aliaje dure de cupru : Cu pur, CuCrZr, CuCoBe, CuBe2, CuNiBe, CuNiSi, WCu Aplicatii : sudura in puncte, electroeroziune si elemente matrite injectie plastic.

2.9. Bronzuri cu aluminiu , cu staniu Aplicatii: lagare, bucse, suruburi, roti reductor, ghidaje, scule de ambutisare adanca, componente pompe.

2.10Alame de inaltă rezistenţă : CuZn40Al12, CuZn35Ni Aplicatii: pinioane , ghidaje, bucse de frictiune. Injectarea pieselor din materiale termoplastice în matriţă presupune folosirea mai multor

tipuri de materiale: oţeluri, aliaje neferoase, materiale nemetalice. La serii de fabricaţie mari, de la aproximativ 5 mii până la câteva milioane de bucăţi; se utilizează de obicei oţelul.

3.Stabilirea cauzelor principale care scot din uz matritele:

Procesul de frecare present intre suprafeţele de contact in separatia pieselor metalice are ca efect pierderea de energie care este manifestată prin pierderea de căldură şi uzura fizică ce este manifestată prin desprinderi de material şi modificări ale stării iniţiale a acestor suprafeţe.

Pierderile de material duc la modificarea dimensiunilor şi formei geometrice a suprafeţei de contact. Pentru anumite condiţii de temperatură pot interveni simultan şi modificări structurale ale straturilor superficiale.Toate acestea influenţează direct, sau indirect, capacitatea portantă a organelor de maşini, precizia de lucru a maşinilor şi utilajelor, cinematica funcţională, regimurile de lucru,ducând astfel la o funcţionare necorespunzătoare a maşinilor şi utilajelor şi în ultimă instanţă la scoatereadin uz a acestora.

Cauzele principale ale avariilor matriţelor pot fi următoarele: grad scăzut de puritate a oţelului (oţelul conţine incluziuni de oxizi, silicaţi, sulfuri, etc., sau

prezintă segregaţii); deformare plastică necorespunzătoare a blocului de matriţă (încălzire necorespunzătoare şi

forjare cu grade mari de deformare); tratament termic necorespunzător;

Page 19: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 19 -

proiectare necorespunzătoare, sau prelucrare mecanică incorectă (gradul de prelucrare a suprafeţei active insuficient);

preîncălzire insuficientă şi neuniformă a matriţei înainte de utilizare; suprasolicitare termică a matriţei printr-un ritm de lucru prea intens, fără a se asigura

răcirea uniformă şi lubrifierea corectă a părţilor active; utilizarea unor semifabricate încălzite insuficient, oxidate puternic, preforjate incomplete,

sau debitate la cote prea mari; starea utilajului necorespunzătoare (jocuri mari în ghidaje), sau montarea incorectă a

matriţelor. Uzura suprafeţelor metalice este un fenomen complex determinat de un număr mare

defactori şi condiţii. Intervenţia concomitentă a compoziţiei sau naturii materialelor în contact, a proprietăţilor mecanice, a calităţii suprafeţelor, a parametrilor funcţionali (sarcină ,viteză, temperatură), a calităţii ungerii şi lubrifiantului fac ca uzura suprafeţelor metalice să apară ca o consecinţă a unor mecanisme diferite a căror acţiune se suprapun.

Matrita este subansamblul cel mai supus uzurii datorita vitezelor mari a curgerii topiturii prin canalele de alimentare in cuiburi, a regimurilor ciclice de incalzire-racire, a presiunilor foarte mari (de ordinul zecilor de bari), si a socurilor mecanice si termice repetate. In timpul functionarii unei matrite, partile active sau placile de formare a piesei finite, poansonul si matrita pot fi inlocuite sau remaniate pe masura uzurii lor si a iesirii din tolerantele dimensionale impuse.

Matritele sunt piese costisitoare ( in functie de dimensiuni si complexitate). In practica se urmareste realizarea unui numar cat mai mare de cicluri de functionare pentru seriile mari pe aceiasi matrita. Astfel, se creeaza conditia amortizarii investitiei in costurile de material si fabricare ale matritei si repartizarea unei cote de amortizare cat mai mici pe piesa injectata.

Uzarea suprafeţelor metalice este un fenomen complex determinat de un număr mare de factori şi condiţii. Intervenţia concomitentă a compoziţiei sau naturii materialelor în contact, a proprietăţilor mecanice, a calităţii suprafeţelor, a parametrilor funcţionali (sarcină, viteză, temperatură), a calităţii ungerii şi lubrifiantului fac ca uzarea suprafeţelor metalice să apară ca o consecinţă a unor mecanisme diferite a căror acţiune se suprapun.

1.1 Tipuri de frecare

Apariţia fenomenului de frecare dintre două suprafeţe metalice aflate în mişcare relativă, reprezintă o componentă importantă a pierderilor suplimentare de energie.

Frecarea reprezintă procesul de interacţiune moleculară, mecanică şi energetică, care are loc între suprafeţele de contact aflate în mişcare relativă, în prezenţa sau absenţa unui lubrifiant sub acţiunea unei forţe normale de apăsare. Forţa de frecare apare ca o forţă tangenţială la nivelul suprafeţei de contact dintre cele două corpuri în mişcare relativă care acţionează în sensul opus mişcării şi este concretizată prin creşterea rezistenţei la mişcarea relativă, generând astfel încălzirea şi uzarea suprafeţelor. În funcţie de prezenţa sau absenţa lubrifiantului dintre suprafeţele în mişcare relativă, frecarea poate fi de două feluri: uscată şi în prezenţa lubrifiantului.

1.2.1. Frecarea uscată Frecarea uscată este caracterizată prin contactul direct al suprafeţelor metalice în mişcare

relativă în absenţa oricărui fel de lubrifiant între aceste suprafeţe. Această frecare se caracterizează prin valori mari ale coeficienţilor de frecare. Frecarea uscată este considerată ca fiind dăunătoare datorită efectelor ei principale (încălzire şi uzare) care conduc la apariţia şi menţinerea unor vibraţii (mişcări sacadate) sau scoaterea din uz a utilajelor. În ciuda acestor efecte negative, există situaţii în care frecarea este cunoscută ca un fenomen util, cum este în cazul: ambreiajelor, frânelor, transmisiilor cu roţi cu fricţiune.

Datorită influenţelor directe ale forţei de frecare asupra randamentului maşinilor şi utilajelor este necesar să se acţioneze în sensul reducerii coeficientului de frecare la alunecare,

Page 20: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 20 -

rostogolire sau pivotare. În situaţiile în care fenomenul de frecare este utilizat pentru transmiterea mişcării şi puterii mecanice, valoarea coeficienţilor de frecare trebuie să fie cât mai mare. Moleculară Molecular-mecanică Deformări elastice Deformări plastice Figura 1.2 Sinteza principalelor teorii privind explicarea fenomenului complex de frecare uscată

1.2.2. Frecarea în prezenţa lubrifiantului În construcţia şi funcţionarea în exploatare a maşinilor şi utilajelor frecarea uscată nu este

singurul mijloc producător de uzare, deoarece în anumite condiţii chiar şi în prezenţa lubrifiantului poate avea loc contactul dintre microasperităţile suprafeţelor în contact.

Uzarea poate fi provocată în prezenta lubrifiantului în cazul următoarelor tipuri de frecare: limita(onctuasă prin aderenţă sau semiuscată); semifluidă(mixtă); elasto – hidrodinamică (EHD) şi fluidă (hidrodinamică, gazodinamică, magnetohidrodinamică). Folosirea regimului de frecare fluidă produce cel mai mic coeficient de frecare şi deci o intensitate de uzare redusă.[70]

Frecarea limită este caracterizată prin interpunerea unuia sau mai multor straturi subţiri moleculare de lubrifiant care împiedică contactul direct. Importanţa practică a acestui tip de uzare este reducerea considerabilă a uzării suprafeţelor în contact chiar dacă coeficientul de frecare este numai de câteva ori mai mic. Regimul de frecare limită reprezintă un fel de barieră împotriva uzării. Frecarea limită se întâlneşte la asamblări care funcţionează la temperaturi ridicate, ca de exemplu ansamblări piston - bolţ, segment - cilindru.

Frecarea semifluidă (mixtă) apare la limita frecării fluide atunci când suprafeţele conjugate ale suprafeţelor de frecare prezintă un anumit grad de rugozitate. Deşi pelicula de lubrifiant are o grosime corespunzătoare lubrifierii fluide, aceasta se întrerupe temporar datorită atingerii vârfurilor proeminente ale microasperităţilor, realizându-se astfel pentru scurt timp contactul direct între suprafeţe.

Frecarea fluidă asigură o separare teoretic perfectă a suprafeţelor solide printr-o peliculă continuă şi portantă de lubrifiant a cărui grosime minimă este mai mare decât suma înălţimilor maxime ale microasperităţilor suprafeţelor. În cazul frecării fluide hidrodinamice, crearea filmului autoportant se datorează mişcării relative a suprafeţelor, vâscozităţii şi cantităţii de lubrifiant.

Page 21: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 21 -

1.3. Tipuri de uzare

Pentru înţelegerea fenomenelor care intervin în timpul uzării suprafeţelor metalice au fost

propuse diferite scheme de clasificare a tipurilor de uzare. Una din aceste scheme este reprezentată de Normele Germane DIN 50 320 care prezintă un model cu ajutorul căruia se pot caracteriza diferitele tipuri de uzare în funcţie de factorii care determină iniţierea şi desfăşurarea procesului de uzare.(Tabelul 1.2)

Tabelul 2

Cuplă de frecare

Solicitare tribologică

Exemple practice

Tipul uzării

Tipuri de uzuri x-predominant;

0 - mai puţin important Adezi -une

Abrazi-une

Cu smul- gere

Reactii triboch imice

• Două solide *Rupere film

lubrifiant (uscată)

Alunecare rulare

rostogolire împingere

Lagăr uns hidrodinamic

x

0

*Doua solide (semifluidă)

Alunecare

Căi de ghidare, lagăre de

alunecare, bucşe, arbori

Frecare de alunecare

x

0

0

x

Rulare

Rulmenţi, roţi dinţate, flancurile arborilor cu came

Uzură de rostogolire

şi rulare

0

0

x

0

Mişcare

oscilatorie

Arcuri pentru amortizoare,

telescoape, suporţi pentru arcuri

Uzură datorată miscării

oscilatorii

x

x

x

x

Împingere

Supape, limitator de cursă

Uzură de apăsare

0

0

x

0

*Corp solid • Particule

Împingere

Plăci preluare impact

Uzură abrazivă

de apăsare,

x

x

0

Alunecare

Cupă excavator, burghie pentru

piatră,snecuri de transport

Uzură abrazivă

de alunecare

x

0

Page 22: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 22 -

*Corp solid *Particule

Alunecare

Lagăre alunecare

murdare(sub influenţa

temperaturii apar procese nedorite în

lagăre)

Uzură de abraziune între trei corpuri

0

x

x

0

Rostogolire

Mori de măcinat, extrudare melcată

0

x

x

0

Apăsare

Mori de măcinat

0

0

x

0

*Corp solid *Suspensie de particule

în lichid

Curgere

Pompe, conducte

Uzură de eroziune

(hidroabrazivă)

x

x

0

*Corp solid *Gaz care

conţine particule

Curgere

Instalaţii pneumatice de

transport

Uzură (alunecare)

eroziune pneumatică

0

x

X

0

Apăsare Curgere

Instalaţii transport

ciment, cereale, praf de cărbune

Uzură prin lovire de particule

0

x

x

0

*Corp solid *Lichid

Curgere (turbionare) ondulatorie

Pompe, ventilatoare,

elice navale

Coroziune de cavitatie

x

0

Apăsare

Palete de turbine.

Turbine cu aburi

Eroziune prin lovire particule lichide.

x

0

Curgere

Pompe, supape, conducte

Eroziune prin

deplasarea lichidului

0

x

* Corp solid * Gaz

Curgere

Scuturi termice, turbine de gaz

Eroziune gazoasă

x

≤ 900

≤ 900

Page 23: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 23 -

În funcţie de natura lor, fenomenele care intervin în procesele de uzare se pot încadra în trei clase fundamentale; mecanice, chimice si termofizice, ale căror tipuri fundamentale de uzare sunt: de adeziune, de abraziune, de oboseala şi de coroziune .

1.3.1. Uzarea de adeziune Uzarea de adeziune (contact) apare în toate formele de frecare atunci când suprafeţele

conjugate nu mai sunt complet separate de filmul de lubrifiant. Acest tip de uzare se produce prin sudarea şi ruperea punţilor de sudare între microzonele de contact, caracterâzandu-se printr-un coeficient de frecare ridicat şi o intensitate mare de uzură. Aceste microzone de contact apar ca urmare a faptului că suprafeţele metalice, chiar şi cele mai fin prelucrate, prezintă numeroase asperităţi care la contactul direct dintre suprafeţe, suportă, pe vârful lor, sarcini foarte mari. Datorită acestor forţe excesive, asperităţile suferă o deformare plastică care încetează în momentul când suprafaţa reală de contact devine suficient de mare ca să suporte sarcina respectivă.[17]

Deformarea plastică este însoţită de cele mai multe ori de formarea microsudărilor punctiforme între vărfurile asperităţilor opuse (figura 1.3.a), unde τf1 si τf2 fiind eforturile de forfecare ale materialelor celor două suprafeţe, iar τs al microsudurilor.

Figura 1.3.Uzarea de adeziune

a) joncţiuni b) micro suduri c) forfecare

În conformitate cu teoria punţilor de sudură pot avea loc următoarele situaţii: - dacă τs < τf1 şi τf2 atunci ruperea se va produce chiar la nivelul sudării (figura 1.3.b); - daca τs > τf1 şi τf2 atunci ruperea se va produce fie la suprafaţa mai moale cu transfer de material de pe o suprafaţă pe cealaltă, fie în ambele suprafeţe cu eliberarea particulelor de uzare (figura1.3.c), care pot provoca rizuri pe suprafaţa mai moale.

O consecinţă a uzării de adeziune este griparea, care apare la sarcini mari, în lipsa

lubrifiantului sau la străpungerea peliculei de lubrifiant în urma unor încălziri ridicate până la temperatura de topire a materialului.

Fenomenul de gripare poate lua două forme în funcţie de temperatura la care acesta se produce:

1. Griparea la temperaturi joase (griparea atermică), este caracteristică unor viteze reduse de deplasare ale suprafeţelor de frecare (apar deformaţii plastice ale stratului superficial de forfecare) şi se caracterizează prin valori mari ale coeficientului de frecare şi o evoluţie rapidă a fenomenului.

2. Griparea la temperaturi înalte (griparea termică), este caracteristică unor viteze mari de deplasare şi apare ca urmare a energiei termice acumulate în zona de contact şi se caracterizează prin valori mai mici ale coeficientului de frecare şi o evoluţie mai redusă a vitezei de uzare. Apariţia fenomenului de gripare este favorizată de un rodaj necorespunzător; jocuri prea mici intre suprafeţe; utilizarea unui lubrifiant necorespunzător calitativ; depăşirea unor parametri funcţionali.

1.3.2. Uzarea de abraziune Acest tip de uzare este de natură pur mecanică şi poate fi recunoscută prin urmele lăsate

prin microaşchiere de către părţile ascuţite ale particulei dure sau asperităţilor pe direcţia de mişcare, sau prin deformare plastică în cazul asperităţilor rotunjite şi sarcină mare. Fenomenul de uzare de abraziune este strâns legat de prezenţa mediului abraziv în zonele de frecare, fiind facilitat

Page 24: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 24 -

în domeniul cel mai larg al vitezelor de alunecare şi al presiunilor specifice. Rezultatele uzării abrazive sunt dependente de:

natura cuplului de material, în sensul că o duritate mai mare a suprafeţei opune o rezistenţă sporită acţiunii de uzare, iar materialele plastice permit implantarea particulelor dure în ele;

natura, forma şi mărimea abrazivului; presiunea specifică şi viteza de alunecare; condiţiile de funcţionare (sarcina şi viteza);

Natura materialelor joacă un rol important în procesul de uzare de abraziune fiind în strânsă legatură cu proprietăţile de duritate şi plasticitate. În funcţie de condiţiile de funcţionare, uzarea de abraziune poate fi clasificată în urmatoarele tipuri principale: abraziune prin impact, abraziune sub presiuni reduse, abraziune sub presiuni ridicate şi abraziune prin eroziune.

Figura 1.4. Fazele uzării prin abraziune la o cuplă de frecare

Abraziunea prin impact se manifestă prin pierdere de material de pe suprafeţele metalice datorită acţiunii intense a materialelor minerale dure. (figura 1.5.a) Presiunile locale ridicate şi şocurile puternice fac ca mineralele abrazive să taie, să zgârie suprafaţa metalică şi să producă canale vizibile cu ochiul liber.

Acest proces de uzare este caracteristic transportării materialelor minerale abrazive sau în cazul reducerii, prin sfărâmare, a dimensiunilor blocurilor mari de material. Pentru a se rezista la abraziunea de impact, suprafeţele metalice necesită o rezilienţă bună pentru a rezista împotriva fisurării şi o duritate ridicată pentru a rezista la abraziune.

Abraziunea sub presiuni de contact ridicate este provocată de contactul intens dintre materialul abraziv şi suprafaţa metalică. (figura 1.5.c)

Această situaţie apare în cazul echipamentelor de măcinare şi sfărâmare (mori cu bile, concasoare), instalaţii de foraj. Presiunile de contact sunt ridicate şi cauzează pătrunderea particulelor minerale dure în suprafaţa metalică, fisurarea fazelor fragile prezente în matricea metalică de bază, şi deformarea plastică a acesteia.

Abraziunea sub presiune scăzută, fără şocuri este provocată de acţiunea de alunecare a particulelor care se mişcă liber la suprafaţa unei suprafeţe metalice.

Presiunile implicate sunt în general reduse şi nu depăşesc rezistenţa la strivire a materialului abraziv. Cu toate acestea, particulele abrazive dure, colţuroase produc o polizare a suprafeţei şi deci o pierdere de material.

1.3.3. Uzarea de oboseală este rezultatul unor solicitări ciclice a suprafeţelor în contact, urmată de deformaţii plastice în reţeaua atomică a stratului superficial, de fisuri, ciupituri sau exfolieri. Factorii care influenţează uzarea de oboseală sunt: structura materialelor pieselor în frecare, temperatura, tipul solicitării, concentrarea eforturilor, frecvenţa solicitărilor variabile, dimensiunile pieselor.

Uzarea prin ciupire (pitting) este o formă a uzării de oboseală a suprafeţelor cu contacte punctiforme sau liniare şi se poate recunoaşte sub forma caracteristică de cratere sau ciupituri (diferite de cele de adeziune provocate prin smulgeri). Acest tip de uzare are loc în cazul materialelor cu durităţi mai mari de 350 HB. În acest caz, modul de funcţionare dă naştere unor

Page 25: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 25 -

eforturi unitare în punctele de contact, având un caracter pulsator. Uzarea prin exfoliere (cojire) este caracterizată prin desprinderea de mici particule

metalice, de ordinul a 1 μm, sau de oxizi de ordinul a 0.01 μm, care se produc la materialele metalice cu un grad înalt de plasticitate în momentul în care este depăşită rezistenţa la forfecare în zonele de contact cu frecări concentrate.

Uzarea prin cavitaţie poate fi definită ca un proces de distrugere a suprafeţei, şi deplasare de material sub formă de mici particule, produsă de mediul lichid sau gazos în contact cu metalul fără prezenţa celei de a doua suprafeţe de frecare. Acest tip de uzare mai poartă şi denumirea de eroziune de cavitaţie sau coroziune de cavitaţie şi în mod normal se produce pe suprafaţa paletelor, rotoarelor de pompă, cilindrii de motoare Diesel care vin în contact cu fluide aflate la viteze mari. Uzarea prin cavitaţie poate fi explicată prin mişcarile relative mari sau schimbările de viteză dintre un lichid şi metal

Uzarea prin coroziune se manifestă prin deteriorarea suprafeţei de contact, şi deci pierdere de material, datorită acţiunii simultane sau succesive a factorilor chimici agresivi din componenţa mediului de lucru şi a solicitărilor mecanice.

Uzarea de coroziune se produce prin înlăturarea produşilor de coroziune care au luat naştere pe suprafaţa de frecare, atât în perioada de repaus cât şi în cea de funcţionare. Astfel procesul uzării de coroziune se desfăşoară în doua faze distincte:

- formarea produşilor de reacţie pe cale chimică, electrochimică şi mecanochimică; - înlăturarea acestor produşi de pe suprafaţa de frecare prin intermediul lubrifianţilor; Coroziunea chimică este o acţiune chimică continuă a mediului ambiant asupra

suprafeţelor elementelor componente ale maşinilor şi utilajelor. Fenomenul de coroziune chimică poate evolua diferit, în funcţie de parametrii fizicochimici ai materialului respectiv. În perioada de repaus fenomenul de coroziune acţionează din punct de vedere chimic numai asupra suprafeţelor deschise care nu trec prin zona de contact.

În cazul pieselor din oţel, încălzite în cuptoare, pentru a fi prelucrate sau recondiţionate prin deformare plastică sau tratamente termice, fenomenul de coroziune este însoţit de o decarburare a cementitei, cu formare de straturi de oxizi, care în cazul prelucrărilor se desprind ducând la pierderi mari de metal. Decarburarea şi formarea hidrurilor este favorizată de temperatura ridicată din cuptoare, de peste 973 K.

1.3.5. Alte tipuri de uzare Institutul Internaţional de Sudură (I.I.S.) propune în documentul II 1326/97 o altă

clasificare a tipurilor fundamentale de uzare, în care se regăsesc şi cele patru tipuri de uzare prezentate anterior:

Figura 1.5 Clasificarea tipurilor fundamentale de uzare

UZAREA

UZAREA METAL PE METAL UZAREA METAL CU MINEREUL

Alu

neca

re

Sfar

amar

e

Asc

hier

e

Eroz

iune

Cav

itatie

Frec

area

de

adez

iune

Obo

seal

a te

rmom

ecan

ica

Page 26: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 26 -

Principlii factori implicaţi în procesul de uzare, caracteristicile fenomenului,exemple

privind uzarea prin frecare-adeziune şi prin oboseală termomecanică sunt prezentate în tabel.

Tabelul 3 Nr. Crt Factori/

Caracteristici/Exemple

Frecare-adeziune Oboseala termomecanică

1 Factori implicaţi

-presiune de contact -viteza de translaţie-rotaţie -domenii de temperturi staţionare sau tranzitorii -lubrifierea

-presiune de contact -presiuni mecanice alternative -cicluri de temperatură -răcire forţată cu apă (coroziune); -oxidările intercalate;

2 Caracteristici -transfer de material de la corpul mai moale la corpul mai dur -apariţia fisurilor perpendicular pe direcţia de dislocare

-reţea de fisuri -microaşchiere -oxidare -abraziune

3 Exemple Suprafeţe de ghidare, ghidaje, lagăre

-scule de forare, scule de trefilare sârmă şi de extruziune la cald

Principalii factori implicaţi în procesul de uzare, caracteristicile fenomenului şi exemple privind cele cinci tipuri de uzare prin abraziune sunt prezentate în tabelul 1.4.

Tabelul 1.4 Nr.crt Tipul de uzare Factori Exemple

1 Abraziune prin alunecare -presiune scăzută

-viteză relativ redusă -jgheaburi -conveioare gravitaţionale -canale de încărcare furnale

2 Abraziune prin sfărâmare -presiune ridicată -viteză relativ redusă

-transportor elicoidal -echipamente de extruziune -palete de amestecătoare

3 Abraziune prin aşchiere -presiune înaltă combinată cu impact

-fălci de concasor -conuri de furnal -lame şi ciocane

4 Eroziune -particule minerale fine în curenţi de gaz -viteză înaltă -curgeri laminare sau turbulente

-scaune de ventile -scaune de clopote de furnal -palete de ventilator

5 Cavitaţie -particule minerale fine în curenţi de lichid -viteză înaltă -curgeri turbulente

-elice de nave -injectoare pentru turbine hidro -roţi hidraulice

1.6. Metode de reducere a uzurii abrazive Uzarea suprafeţelor de contact a pieselor componente ale maşinilor şi utilajelor apare în

toate ramurileeconomiei: industrie, transporturi şi agricultură şi aduce mari pierderi economiei naţionale.

Preocupările actuale sunt îndreptate spre găsirea şi aplicarea unor metode moderne de protecţie la uzarea de abraziune şi de prelungire a vieţii pieselor prin recondiţionare.

Alegerea materialelor trebuie să se bazeze pe studii şi încercări experimentale, iar criteriile

Page 27: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 27 -

de alegere a acestora trebuie analizate în contextul comportării lor la condiţiile reale de lucru şi a factorilor ce guverneză fenomenul de uzare.

Soluţiile constructive trebuie să aibă în vedere posibilităţile tehnico-economice existente în ţară şi pe plan mondial şi nivelul performanţelor ce se obţin cu piesele încărcate, în funcţie de condiţiile de exploatare a acestora.

Elaborarea şi fabricarea unor noi materiale de adaos implică studii şi cercetări experimentale riguroase, o bază tehnico-materială adecvată şi experienţă tehnologică în fabricarea materialelor pentru sudare şi încărcare.

Avantajele obţinute şi unanim apreciate la încărcarea prin sudare sunt legate de: Creşterea durabilităţii în exploatare a pieselor încărcate prin sudare, comparative cu

piesele neîncărcate, în mod curent, de 6-25 de ori şi în unele cazuri chiar de 100 de ori;

Reducerea consumului de oţeluri slab aliate şi aliate cu aproximativ 40% prin reintroducerea în circuit a pieselor recondiţionateprin sudare;

Cauzele scoaterii din funcţiune a maşinilor şi utilajelor sunt prezentate în figura 1.6. Figura 1.6 Cauzele scoaterii din funcţiune a matritelor de turnare sub presiune Se constată că 59% sunt cauze generate de exploatarea incorectă cum ar fi:

ritm de lucru neadecvat 9%, (b) deservire incorectă, 9%, (c) utilizare necorespunzătoare, 12%, (i) initiere incorectă 16%, (h) personal neinstruit 6%, (g) alte motive 7%, (a)

Deficienţele tehnice se ridică la un procent de 41% compus din: uzare, 11%, (f) suprasolicitări 21%, (e) alte cauze 9%, (d)

Pentru detectarea defectelor pieselor turnate au fost dezvoltate o serie de metode distructive şi nedistructive.Dintre metodele distructive enumerăm:-secţionarea pieselor turnate, care se aplică la producţia de serie mare şi de masă. Ea se aplicăla un număr restrâns de piese turnate. Pe baza rezultatelor obţinute se pot trage concluzii asupra compactităţii unui lot de piese turnate;-ruperea şi prelucrarea mecanică , se aplică de asemenea la un număr restrâns de piese dintr-un lot.Metodele

7% 9% 9% 9%

21%

11%

6%

16%

12%

a b c d e f g h i

Page 28: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 28 -

distructive de verificare a calităţii pieselor turnate au un caracter limitat deoarece piesele turnate se distrug, majorându-se astfel şi costul producţiei.[2]

1.7 Concluzii In acest capitol au fost abordate fenomenele de uzare care apar la matritele folosite in

deformarea palstica la cald a materialelor, fiind subliniate: uzarea de abraziune, uzarea de impact, uzarea de adeziune si de oxidare la cald, intalnite cel mai frecvent la matritele de prelucrat la cald.

Pierderea de material datorită procesului de uzare conduce la modificarea dimensiunilor şi a formei geometrice a locasurilor de matrite, ceea ce poate conduce la consumuri suplimentare de material si rebutatea pieselor matritate.

Preocupările actuale ale cercetatorilor sunt îndreptate spre găsirea şi aplicarea unor metode moderne de diminuarea uzarii de abraziune si impact pentru prelungirea duratei de viata a locasurilor de matrita.

Cele mai cunoscute dintre aceste metode sunt; placarea electrolitică, anodizarea, difuziunea, pulverizarea termică, călirea superficială, si încărcarea prin sudare cu aliaje dure care este abordata si dezvoltata in aceasta lucrare.

Avantajele obţinute şi unanim apreciate la încărcarea prin sudare sunt legate de: Creşterea durabilităţii în exploatare a pieselor încărcate prin sudare, comparative cu piesele

neîncărcate, în mod curent, de 6-25 de ori şi în unele cazuri chiar de 100 de ori; Reducerea consumului de oţeluri slab aliate şi aliate cu aproximativ 40% prin

reintroducerea în circuit a pieselor recondiţionate prin sudare; Reducerea consumului de oţeluri aliate prin execuţia pieselor noi din oţeluri crbon sau slab

aliate prin sudare şi încărcare cu straturi dure; Reducerea consumurilor energetice cu până la 65% prin eliminarea opreraţiilor specifice

procesului classic de fabricaţie; Posibilitatea obţinerii unor straturi de uzură suple.

Matriţele utilizate pentru turnare sub presiune, sunt scule intens solicitate mecanic şi termic, avand parametri severi de exploatare, dintre care pot fi amintiţi următorii:

sarcini dinamice repetate, care pot produce în materialul matriţei, tensiuni având valori până la 200 daN/mm2;

variaţii alternative de temperatură la suprafaţa activă a matriţei, care pot atinge valori egale cu 0,5 - 0,6 din temperatura de matriţare;

o intesă frecare abrazivă la cald, între suprafaţa matriţei şi semifabricat, care creşte în decursul exploatării, datorită măririi rugozităţii superficiale a matriţei;

Având în vedere importanţa durabilităţii matriţelor care influenţează calitatea şi costul pieselor produse, se recomandă ca materialele din care se execută matriţele, să asigure anumite proprietăţi, printre care cele mai importante sunt:

tenacitatea ridicată la cald, deformabilitate cât mai redusă şi rezistenţă mare la uzură şi la oxidare, pentru păstrarea stabilităţii dimensionale a cavităţilor matriţei;

rezistenţă ridicată la oboseală şi la şocuri termice, pentru evitarea fisurărilor superficiale, sau chiar a ruperilor de material în timpul exploatării;

valorile punctelor critice de transformare cât mai mari, pentru ca microstructura suprafeţei matriţei, în contact cu piesa caldă, să nu fie influenţată termic;

Page 29: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 29 -

prelucrabilitate prin aşchiere şi călibilitate bună, iar materialul să fie cât mai ieftin, pentru ca preţul de cost al unei matriţe să fie minim.

3.Procedee de incarcare prin sudare

Procedeele folosite la realizarea cercetarii experimentale sunt urmatoarele: 1. MIG manual; P1 26 2.MIG CMT; - Cu preincalzire P3 28

- Fara preincalzire P2 28 3.WIG manual; P2 26 4.WIGmanual pulsatoriu.

- Cu preincalzire P4 28 - Fara preincalzire P1 28

5. WIG mecanizat pulsatoriu. - Cu preincalzire P6 28 - Fara preincalzire P5 28

3.1 Procedeul de incarcare MIG.

Procedeul de sudare MIG/MAG face parte din grupa procedeelor de sudare prin topire cu

arcul electric în mediu de gaze protectoare. În funcţie de caracterul electrodului această grupă cuprinde două subgrupe mari:

- procedee de sudare cu electrod fuzibil; - procedee de sudare cu electrod nefuzibil.

Figura 1.7. Schema de principiu a procedeului MIG-MAG

Arcul electric (2) se formeaza între piesa de sudat (8) si sârma electrod (fara învelis) (1).

Sârma avanseaza mecanizat si continuu, antrenata de un mecanism (6), desfasurându-se de pe tamburul (7). Gazul protector (3) se scurge printr-un ajutaj al arzatorului (5) si are misiunea de a

Page 30: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 30 -

proteja sârma electrod, arcul electric si baia topita (9), de actiunea aerului înconjurator. Sursa de alimentare (redresor sau generator de curent continuu, surse de sudare sinergica - invertoare si surse pentru sudare MIG/MAG în curent pulsat) cu caracteristica rigida, se racordeaza în majo-ritatea cazurilor cu polul minus la piesa si polul plus la duza de contact (4).[2]

Avantajele procedeului. Principalele avantaje ale procedeului MIG/MAG sunt productivitatea ridicată şi facilitatea mecanizării, automatizării sau robotizării. Productivitatea ridicată este asigurată de puterea ridicată de topire a arcului, pătrunderea mare la sudare, posibilitatea sudării cu viteze de sudare mari, respectiv eliminarea unor operaţii auxiliare. Aceste aspecte sunt determinate de densităţile mari de curent ce pot fi utilizate: 150-250 A/mm2 la sudarea MIG/MAG clasică, respectiv 300-350 A/mm2 la sudarea cu sârmă tubulară.

Domeniul mult mai extins al puterii de topire în cazul sudării MIG/MAG faţă de sudarea SE datorită posibilităţilor mari de variaţie a parametrilor tehnologici principali de sudare curentul Is şi tensiunea arcului Ua pentru acelaşi diametru de electrod. De exemplu în cazul sârmei electrod cu diametru de 1,2 mm (cea mai frecvent întâlnită în prezent în practica sudării MIG/MAG) valorile parametrilor Is - Ua este cuprins în domeniul 90…300 (350) A, respectiv 17...30 V. Acest aspect constitui un avantaj deloc de neglijat dacă ne gândim la faptul că utilizând un singur diametru de electrod se poate acoperi o gamă mare de grosimi de materiale de bază la sudare (de la 1 mm la zeci de mm), respectiv este posibilă sudarea cu acelaşi diametru de sârmă electrod în orice poziţie prin corelarea corespunzătoare a parametrilor tehnologici de sudare, ceea ce în cazul sudării SE evident nu este posibil. Flexibilitatea în direcţia mecanizării şi robotizării este asigurată în principal de posibilitatea antrenării mecanizate a sârmei electrod (sârme subţiri), de modul de realizare a protecţiei la sudare (cu gaz), de uşurinţa reglării şi controlului parametrilor tehnologici de sudare, de gabaritul relativ mic al capului de sudare, etc. La aceste avantaje principale, se pot adăuga:

• grad înalt de universalitate a procedeului; • posibilitatea sudării în orice poziţie; • eliminarea operaţiei de curăţire a zgurii; • grad înalt de utilizare a materialului de adaos ( 90-95%); • cantitate redusă de fum; • conducerea şi supravegherea uşoară a procesului de sudare (arcul este vizibil); • factor operator superior sudării SE, 60-65%, ca efect a eliminării operaţiei de schimbare

a electrodului şi de curăţire a zgurii de pe cusătura sudată; • tensiuni şi deformaţii mici la sudare (energie liniară mică). Dezavantajele procedeului. Se pot sintetiza astfel: • echipamente de sudare mai scumpe şi mai complicate; • flexibilitatea mai redusă decât la sudarea SE: pistoletul de sudare mai greu şi cu

manevrabilitate mai scăzută, cu rază de acţiune limitată în cazul echipamentelor clasice la 3...5m faţă de sursa de sudare, uneori necesită spaţiu de acces mai mare;

• pierderi de material de adaos (în anumite condiţii) prin stropi (5-10%); • sensibil la curenţi de aer (evitarea sudării în locuri deschise, cu vânt, etc.); • limitat la grosimi, în general, mai mari de 1 mm; • riscul unei protecţii necorespunzătoare a arcului electric şi a băii de metal; • probabilitatea relativ mare de apariţie a defectelor în îmbinarea sudată, în principal pori şi

lipsă de topire. Performanţele procedeului. În tabelul 1 se indică domeniile de valori ale parametrilor

tehnologici de sudare MIG/MAG.[2]

Page 31: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 31 -

Tabelul 4. Performanţele procedeului de sudare MIG/MAG

Tabelul 4 Nr.crt. Parametrul tehnologic Simbolul U.M. Domeniul de valori

1 Diametrul sârmei ds mm 0,6...2,4 2 Curentul de sudare Is A 60...500 3 Tensiunea arcului Ua V 15...35 4 Viteza de sudare vs Cm/min 15…150 5 Debitul gazului de protecţie Q l/min 8...20

3.2 Procedeul de incarcare WIG. Principiul procedeului: arcul electric amorsat intre electrodul nefuzibil şi piesa de sudat

produce topirea locală a pieselor ce se sudează. In zona de sudare se poate introduce material de adaos sub formă de sârma care se va topi in arcul electric si va cădea in baia metalică. În timpul solidificării metalului lichid, zona sudată este protejată prin gazul inert suflat in această zonă.

Sudarea WIG este un procedeu de sudare manual, sau poate fi mecaniat mai ales la operaţii de încărcare.

Arcul electric se amorsează între un electrod nefuzibil (1) din W aliat cu Th, Zr, Ce, La şi piesa de încărcat, ambele fiind conectate la un transformator (sursă) de sudare. Contactul electric la electrodul de W se face printr-o piesă de contact din cupru montată în corpul pistoletului de sudare dând posibilitatea să se deplaseze electrodul pe măsura consumării acestuia în timp. Concentric cu electrodul gazul de protecţie (Ar, He) este adus da la butelie la duza (2) care asigură un debit constant de gaz protector necesar pentru protecţia arcului de sudare şi zona de sudare.

Fig. 1.8 Schema de principiu a încărcării prin procedeul de sudare W.I.G: 1-electrod de wolfram;2-duză insuflare argon; 3-vergea material de adaos; 4-arc electric; 5-depunere.

Se formează astfel o baie metalică provenită din topirea superficială a suprafeţei de încărcat şi care se completează cu materialul de adaos provenit din vergeaua (3) introdusă în baia metalică (4) şi menţinut permanent în jetul de gaz protector de către operator. Acesta urmăreşte (prin masca de sudură) şi reglează în permanenţă volumul de material de adaos necesar mai ales la operaţii de încărcare, precum şi adâncimea de pătrundere, implicit diluţia. [2]

Particularităţi tehnologice: - diametrele electrozilor de Wolfram 1,0; 1,6; 2,0; 2,4; 3,2; 4; 5; 6,3 mm; - curentul de sudare de la 10 A la 300 A;

Page 32: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 32 -

- tensiunea arcului electric: 10 la 30 V; - Debitul de gaz pentru protecţie de la 5 la 15 l/minut; - Viteza de sudare de la 10 la 30 cm/minut; - Diametrul materialului de adaos: 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 3,2; 4,0 mm. - Grosimea minimă sudabilă: 0,5 mm;

Avantaje: - calitate înaltă pentru îmbinarea sudată; - pe sudură nu rămâne zgura; - se poate suda in orice poziţie de sudare; - se pot realiza rânduri de rădăcină fără defecte; - se poate suda majoritatea materialelor sau aliajelor metalice.

Dezavantaje: - productivitate redusa; - necesită sudori pregătiţi si conştiincioşi; - echipament scump.

3.2 Procedeul de incarcare CMT (Cold Metal Transfer). Sistemul de sudare cu sârmă rece Mig/Mag se compune din: sursă sudare tip

TRANSPULSSYNERGIC 3200 CMT, echipament avans sârmă tip VR 7000 CMT 4R G/W/F++, extensie și pistolet sudare push-pull tip PULL MIG CMT/F++/UD/6m.

Sursa de sudare indeplineste următoarele condiții: Funcționare în variantă sinergică sau manuală; MIG/MAG sinergic pulsat; MIG/MAG sinergic standard; MIG/MAG manual standard; Sudare cu program prestabilit; Protecție IP 23; Protecție supraîncălzire; Control digital al procesului de sudare; Posibilitate de operare de la distanță (remote) cu telecomanda TR4000C;

Figura . 1.9.Sursa de sudare tip TRANSPULSSYNERGIC 3200 CMT cu accesorii; 2.Instalatie de

racire tip FK 4000R FC; 3.Carucior de transmport tip Pick UP; 4.Pistolet PULLMIG CMT F++/UD/6m; 5.Extensie pistolet MIG/MAG 6 metri

1

2

3

4

5

Page 33: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 33 -

În funcţie de operaţia de sudare, apar cerinţe diferite de la arcul electric. Cu cât aceste cerinţe sunt mai bine satisfăcute, cu atât rezutatele sunt mai bune. Noile surse digitale cu invertor permit acum soluţii făcute la comandă. Aparatele lucrează acum atât de precis încât la fiecare impuls de curent se desprinde o singură picătură de material de adaos. Aceasta garantează pe de-o parte o sudare aproape complet lipsită de stropi, iar pe de altă parte un lucru precis în domeniul de puteri mici. În ceea ce priveşte reglarea lungimii arcului, se asigură perfecţiunea maximă evidentiata in figura 1.10.

Figura 1.10. Reglarea lungimii arcului.

FACILITĂŢI ŞI AVANTAJE suplimentare oferite de aceste instalaţii: Invertorul ce lucrează la o frecvenţă de 100 kHz duce la scăderea considerabilă a greutăţii şi a consumului general al instalaţiei, atât în regim Stand By (100 W), cât şi în regim de durată, ceea ce permite atât montarea de siguranţe de reţea precum şi cabluri de alimentare de secţiuni reduse. Traseul separat pentru răcirea elementelor de forţă, cu ventilator comandat prin termostat prelungeşte durata de viaţă normată a instalaţiei la peste 20 de ani şi la un consum redus de energie electrică în exploatare. Posibilitatea de a introduce programe noi cu ajutorul unui Laptop sau prin modem asigură beneficiarului posibilitatea instalării celui mai nou soft în materie de programe de sudare fără a investi în hard. Meniul pentru stabilirea regimului optim ajută la alegerea parametrilor de sudare în funcţie de tehnologia elaborată dupa amperaj, viteza de avans a sârmei, grosimea materialului, apotema cordonului de sudură, viteza de sudare.

4.Concluzii .

In urma studiului efectuat asupra materialelor ce stau la baza realizarii matritelor de turnare sub presiune pentru realizarea cercetarilor ce urmeaza se va folosi materialul de baza W 1.2343 fiind un material recomandat de catre fabricanti acestor tipuri de scule pentru turnare. Acest otel este utilizat pentru matriţe de turnare sub presiune, matriţe pentru extruziune, matriţe de forjare la cald, cuţite de debitare la cald. Deoarece are o bună conductivitate termică, fisurează foarte greu la lucru la cald. Ca si procedee de incarcare prin sudare se vor folosi 3 tipuri de incarcare:

Primul procedeu va fii Mig manual pentru care se va realiza si o preincalzire in realabil pentru a evita fisurarea acestuia in timpul incarcarii.

Pentru procedeul Wig se realizeaza 2 tipuri de incarcare una manual cu arc pulsatoriu in care se realizeaza 2 probe una preincalzita si cea dea doua fara temperatura de preincalzire si Wig mecanizat cu arc pulsatoriu pentru care se pregatesc 2 probe una preincalzita si una fara temperatura de preincalzire.

Ultimul procedeu de incarcare este CMT (Cold Metal Transfer) pentru care se pregatesc 2 probe , una cu temperature de preincalzire si una dintre ele fara temperature de preincalzire.

Page 34: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 34 -

Capitolul 2. Obiectivele si logistica cercetarii 2.1.Obiectivele cercetarii :

Prezentarea structurii constructiv functionale a echipamentelor tehnologice tip matrita de turnare sub presiune, a caror fabricare necesita un proces complex de prelucrari mecanice si tratamente termice.

Analiza fenomenelor de uzare specifice echipamentelor tehnologice de tip matrita de turnare sub presiune, care determina in mod frecvent scoaterea din functiune a acestora cu exemplificari de diferite tipuri, precum si efectul acestora asupra formei si dimensiunilor pieselor obtinute.

Efectuarea unei analize asupra temperaturii la care se realizeaza depunerea de material cu mentiunea ca aceasta poate imbunatati procesul de incarcare prin sudare prin eficientizare acestuia reducand astfel timpul de depunerea stratutilor la o temperatura de 300°C aceasta in prezent fiind realizata in intervalul 200 si 250°C.

Prezentarea principalelor marci de otel utilizate cu specificarea domeniului de utilizare, a compozitiei chimice si a tratamentelor termice prescrise acestora.

Cercetarea si stabilirea unei tehnologii optime de recondiţionare prin sudare, a unei matrite din otelul X37CrMoV5-1 (W 1.2343) utilizand procedee diferite pentru care se vor stabili parametrii folositi la testele experimentale ce se vor realiza pentru fiecare procedeu in parte.

Prelucrarea şi interpretarea rezultatelor obţinute la recondiţionarea prin sudare utilizând procedeele WIG manual, mecanizat, mecanizat pulsatoriu Prelucrarea şi interpretarea rezultatelor obţinute la recondiţionarea prin sudare utilizând procedeul Mig manual

Prelucrarea şi interpretarea rezultatelor obţinute la recondiţionarea prin sudare utilizând procedeul CMT

Analiza asupra electrozilor si stabilirea unui tip de electrod pentru realizarea incercarilor experientale.

2.2. Logistica cercetarii:

Pentru realizarea cercetarii s-au folosit urmatoarele aparate si utilaje : Pentru realizarea epruvetelor, operatie efectuata pe centru de prelucrare cu comanda

numerica s-a folost utilajul HAAS VF3 in cadrul societatii S.C. AEROMOLD S.R.L., Brasov, Romania.

Figura 2.1 Centru de prelucrare HAAS VF3

Page 35: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 35 -

Pentru realizarea incarcarii prin sudare s-au folosit urmatoarele utilaje : Pentru incarcarea Mig s-a folosit aparatul Transpuls sinergic 4000 din figura de mai jos in

cadrul departamentului D12: Eco-Tehnologii Avansate de Sudare

Figura 2.2 Transpuls sinergic 4000

Pentru incarcarea Wig s-a folosit aparatul : Transpuls Magic wave5000 din figura de mai jos in cadrul departamentului D12: Eco-Tehnologii Avansate de Sudare

Figura 2.3 Transpuls Magic wave5000

Pentru incarcarea CMT s-a folosit aparatul : TransPuls Synergic 3200 din figura de mai jos in cadrul departamentului D12: Eco-Tehnologii Avansate de Sudare

Figura 2.4 Instalație de sudare tip 3200 CMT W/F Torch - Cold Welding

Piesele dupa realizarea incarcarii prin sudare au fost debitate in cadrul firmei S.C. AEROMOLD S.R.L., Brasov, pe centru de prelucrare cu comanda numerica s-a folost utilajul HAAS VF3.

Page 36: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 36 -

Pregatirea pieselor in vederea cercetarilor metalografice si cele de microduritate s-a realizat pe masina pentru rectificat orizontal RPO 200 in cadrul S.C. AEROMOLD S.R.L. Analizele microstructurale au fost realizate pe un microscop optic (metalografic) tip Nikon model Eclipse MA 100, fig. 2.5, din dotarea Laboratorului de Microscopie din cadrul Departamentului Știința Materialelor, Universitatea Transilvania din Brașov.

Figura 2.4 microscop optic (metalografic) tip Nikon model Eclipse MA 100

Pentru analiza caracteristicilor de microduritate au fost efectuate măsurări în cele trei zone

MB, MD și ZIT, utilizând metoda Vickers. Încercarea microduritate HV10 s-a efectuat conform SR EN 1043-2:1999, SR EN ISO 6507-1:2006, utilizând ca aparatură un microdurimetru (din cadrul Centrului de Cercetare C08 ,,Tehnologii și materiale avansate, metalice, ceramice și compozite”–ICDT-PRO-DD, Universitatea Transilvania din Brașov), de tip FM 700 (fig. 5.18).Condiţii de măsurare au fost: temperatura 23°C (temperatura de referinţă: 23±5°C); umiditatea, 55% (max. 80%).

Figura 2.5 Microdurimetru FM 700

Cercetarile cu privire la rezistenta la uzare a epruvetelor incarcate s-a realizat pe tribometrul

folosit pentru determinarea caracteristicilor de uzarea si coeficienţii dinamici de frecare.

Page 37: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 37 -

Figura 2.6 Tribometru de tip CSM Instruments

Pentru determinarea temperaturii in timpul incarcarii si variatia acesteia s-a folosit un montajul experimental pentru simulare PC pe care rulează LabVIEW

Figura 2.7 Montaj experimental pentru măsurarea temperaturii în zona de incarcare 1-PC pe care rulează LabVIEW; 2-Placă de achiziție de date marca National Instruments, tip PCI-MIO-16E

1

2

Page 38: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 38 -

Capitolul 3. Cercetari experimentale privind campul termic la sudarea matritelor de sudare sub presiune

1.Conductibilitatea termică. Este proprietatea fizică cu cele mai cuprinzătoare efecte şi

influenţe asupra desfăşurării procesului tehnologic de sudare. Conductibilitatea termică a gazului de protecţie acţionează asupra modului de transfer a picăturii prin coloana arcului (este factorul principal care determină modificarea tipului de transfer, globulal sau prin pulverizare), repartiţiei căldurii în coloana arcului şi la suprafaţa componentelor, conductibilităţii electrice a arcului, parametrilor tehnologici de sudare (tensiunea arcului), puterii arcului (lungimea rcului), stabilităţii arcului, temperaturii maxime şi repartiţiei acesteia în coloana arcului, formei şi geometriei cusăturii, stropirilor, etc.

Figura 3.1 - Conductivitatea termică a gazelor de protecţie

Conductibilitatea electrică diferită a coloanei arcului în cazul celor două gaze are consecinţe asupra rezistenţei electrice a acestuia. Astfel rezistenţa arcului în argon este mai mică decât în dioxid de carbon.

Densitatea. Influenţează nivelul de protecţie a arcului electric şi a băii de metal topit, respectiv producerea fenomenului de microsablare la sudarea în mediu de gaze inerte. În tabelul 10 se prezintă caracteristicile gazelor utilizate la sudare.

Tabelul 2.1. Proprietăţi fizico – chimice ale gazelor de protecţie utilizate la sudare: Tipul gazului Simbolul

chimic Specificata la 0°C si

1.013barr(0.101MPa) Punct de fierberela 1.013barr

Activitate chimica

Densitatea (ρaer=1,293)

Densitatea (relative fata

de aer) (Kg/m3) (°C) Argon Ar 1,784 1,380 -185,9 Inert Heliu He 0,1784 0,1380 -268,9 Inert Dioxid de carbon CO2 1977 1,529 -78,5 Oxidant Oxigen O2 1,429 1,105 -183 Oxidant OxidantAzot N2 1,251 0,968 -195,8 Nereactiv Hidrogen H2 0,090 0,070 -252,8 Reducător

Page 39: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 39 -

Densitatea heliului mult mai mică decât a argonului (de ≈10 ori),respectiv mai mică decât a aerului determină o protecţie slabă a arcului şi abăii metalice, heliul având tendinţa de ridicare reduce gradul de protecţie lasudare. Prin urmare pentru a asigura un nivel de protecţie corespunzătorse impune creşterea (dublarea) debitului de heliu în comparaţie cu debitul de argon cu efecte majore asupra costului gazului de protecţie.

Pe de altă parte heliul fiind mult mai uşor decât argonul nu producefenomenul de microsablare (îndepărtarea peliculei de oxizii greu fuzibili de pe suprafaţa metalelor şi aliajelor uşoare), ionii de heliu mult mai uşori decât ionii de argon nu au energie suficient de mare pentru dislocarea peliculei de oxizi. Calculul punctelor criticeale otelului W 1.234. in functie de compozitia chimica a acestuia:

Tabelul 4. Compozitia chimica, duritatea in stare recoapta, temperature de calire si duritatea in stare calit si revenit:

Marca de otel SR EN ISO 4957 - 02

Compoziţia chimică % Duritate

Calibilitate

C Mn Si Cr Mo HB max

Temp de calire 0C

Mediu de calire

Temp de revenire 0C

Duritate HRC min

X37CrMoV5-1 (W 1.2343)

0,330,41

0,25 0,50

0,80 1,20

4,80 5,50

1,10 1,50

229 1020 ulei 550 48

Relaţiile de calcul pentru determinarea punctelor critice ale oţelurilor:

AC3MIN = 888.767 AC3MAX = 908.044

AC1MIN = 650.362 AC1MAX = 636.564

MSMIN = 267.495 MSMAX = 201.67

In urma realizarii calculelor au rezultat urmatoarele rezultate tinand cont de faptul ca s-a

calculate valoarea minima si maxima pentru fiecare dintre cele 3 puncte critice.

Page 40: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 40 -

Figura 3.2.Diagrama TTT a otelului W 1.2343

2.Determinarea experimentală a câmpului termic la operațiile de

încărcare prin sudare a suprafețelor active ale piesei.

Pentru aceasta simulare s-au folosit 3 placute cu dimensiunite 130x60x15mm in care s-a realizat o gaura Ø3 mm pentru a se putea prelua temperature reala din apropierea zonei in care se realizeaza incarcarea.

In figura 1.a. este prezentata pastila mobila pozitionata pe partea mobile a matritei de turnare . In partea din fata inseminate cu 1 si respective 2 sunt prezentate doua insertii ce formeaza profilul piesei finite. Insertia numerotata cu 1 prezentata in figura 1.b este piesa din acest ansamblu ce a suferit abateri de la forma initiala si reprezinta elemental ce urmeaza a fii incarcata pentru reconstruirea proflului si placuta pe care urmeaza sa realizam testarile experimentale este prezentata mai jos in figura 1.c

2 1

a. b.

Page 41: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 41 -

c.

Figura 3.3.a. Pastila mobila 1-Insertia neconforma ca si profil; 2- Insertia conforma ca si profil b. prezentarea modelului 3D al insertiei 1; c. Placuta pentru partea experimentala

Termocupla utilizată este de tip K, (Tmax 11500C), legată la panoul de conectori de tip

BNC 2120, acesta fiind legat prin cablu ecranat de o placă de achiziție de date marca National Instruments, tip PCI-MIO-16E, care comunică cu PC–ul aferent pe care rulează un program software special dezvoltat pentru aplicația în cauză sub mediul de programare grafică LabVIEW (Figura. 3.4)

Montaj experimental pentru măsurarea temperaturii în placuta pentru simulare

Figura 3.4 Montaj experimental pentru măsurarea temperaturii în zona de incarcare 1-PC pe care rulează LabVIEW; 2-Placă de achiziție de date marca National Instruments, tip PCI-MIO-16E

Page 42: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 42 -

Figura 3.5. Detaliul in zona in care este preluata temperatura

Figura 3.6. Placă de achiziție de date marca National Instruments, tip PCI-MIO-16E

S-a utilizat un program dezvoltat sub mediul de programare grafică LabVIEW, (pentru are Universitatea Transilvania din Brașov are licență de utilizare), interfața grafică a acestuia fiind prezentată în cadrul figurii 3.7

Page 43: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 43 -

Figura 3.7. Interfața grafică aferentă programului software utilizat la achiziția de date cu privire

la măsurarea temperaturii în vârful piesei supuse procesării

In urma incarcarii prin procedeul WIG manual a 3 placute pe fiecare dintre aceste placute s-a incarcat pe una dintre laturi cu 3 regimuri diferite si pe latura opusa s-a incaract cu 3 regimuri diferite dar s-a realizat o preincalzire a piesa la o temperature de 300°C. Regimurile de incarcare sunt prezentate in tabelul de mai jos

Diseminarea rezultatelor : Pe baza datelor obtinute s-au ridicat grafice ce sunt prezentate in figurile prezentate in

continuare.Pentru aceasta simulare am realizat comparatii intre depunerile fara preincalzire si cu preincalzire pentru cele 3 regimuri de incarcare si se urmareste variatia temperaturii in timpul incarcarii si temperatura la care se realizeaza urmatorul strat .

Astfel in momentul in care temperatura scade pana la 300°C se poate realiza urmatorul cordon depus.Se poate observa pe aceste grafice o ingrosare a curbei in zona in care aceasta incepe sa se incalzeazca,ingrosare de scurta durata reprezentand practic timpul in care s-a realizat depunerea dupa care urmeaza o continuare a incalzirii datorata propagarii temperaturii in material.

Se pot vedea diferente intre cele 2 piese , si anume piesa incarcata ce nu a fost supusa preincalzirii si piesa ce s-a pregatit cu o preincalzire de 300°C. Pentru realizarea acstei analize s-au folosit urmatoarele intensitati prezente in tabelul de mai jos:

Tabelul 5 Nr. Crt. Intensitatea folosita

110 Is 130 Is 150 Is 1 Cu preincalzire Cu preincalzire Cu preincalzire 2 Fara preincalzire Fara preincalzire Fara preincalzire

Page 44: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 44 -

Figura 3.8.Probele incarcate cu Is=110

Figura 3.9.Probele incarcate cu Is=130

Figura 3.10.Probele incarcate cu Is=150

Page 45: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 45 -

Pentru a se evidential variatia temperaturii de la 110A la cea de 150A am atasat grafcele cu

preincalzire si fara preincalzire:

Figura 3.11.comparatie intre Is=110A si Is=150A fara preincalzire

Figura 3.12.comparatie intre Is=110A si Is=150A cu preincalzire

Page 46: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 46 -

Suprapunerea celor 3 curbe cu preincalzire si fara preincalzire :

Figura 3.13.comparatie intre Is=110A; Is=130A si Is=150A cu preincalzire

Figura 3.13.comparatie intre Is=110A; Is=130A si Is=150A cu preincalzire

Page 47: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 47 -

Concluzii privind cercetarile experimentale privind campul termic: Piesele ce au fost preincalzite prezinta o incalzire mai accentuata ceea ce poate sa duca la transformari la nivelul microstructuri cu influente benefice din punct de vedere al rezistentei la uzura . Piesele incarcate fara temperatura de preincalzire sunt supuse riscului de a fisura in timpul procedeului de incarcare situatue in care piesa in timpul prelucrarii ulteruiare risca sa duca la desprinderea de pe materialul pe care s-a realizat depunerea.

A fost abordat câmpul termic la încărcarea prin sudare cu relatiile cunoscute pentru cazul incalzirii unui corp masiv de o sursa de caldura punctiforma, si particularizarea la incarcarea unei suprafete avand dimensiuni restranse si incarcarea unui contur avand o anumita lungime. In cazul incarcarii prin sudare cu straturi suprapuse avand lungimi reduse, trebuie sa se tina seama de faptul ca viteza de racire a ultimului strat este inferioara fata de cea a primului strat, ceea ce poate produce o micsorare a duritatilor sub valorile dorite. Aceasta se poate evita prin sudarea ultimului strat dupa un anumit timp t, calculabil cu relatiile determinate, timp dupa care stratul sudat anterior s-a racit pana la temperatura de preincalzire prescrisa.

Relatiile campului termic la incarcarea prin sudare si a vitezelor de racire, precum si verificarile experimentale efectuate prin metodele amintite, pun in evidenta influenta intensa pe care o exercita temperatura initiala a materialului sudat asupra formei ciclurilor termice de la sudare.

Viteza de incalzire a unui punct situate pe suprafata care va fi incarcata prin sudare, este cu atat mai mica cu cat campul termic se apropie mai incet de punctual considerat si cu cat conductivitatea termica a materialului este mai redusa.

Deci reducerea vitezei de incalzire pentru un anumit otel se poate realiza prin reducerea vitezei de sudare la valori minime. In acest caz creste energia de liniara respectiv posibilitatea de supraincalzire a metalului de baza.

Pentru preintampinarea supraincalzirilor care pot avea loc in cazul sudarii cu viteze reduse de sudare, este indicata reducerea energiei liniare, prin reducerea intensitatii de current, respective a micsorarii diametrului electrodului de sudare.

Pericolul de fisurare, care creste in acest caz, poate fi micsorat utilizand preincalzirea sau incalzirea ulterioara a metalului de baza, prin care viteza de racire poate fi dirijata intre limitele dorite.

Rezulta ca in cazul incarcarii prin sudare a matritelor din otelul W 1.2343, nu este indicata sudarea prin procedee de mare productivitate, ci sudarea electrica manuala, sudarea Wolfram -Inert-Gaz (WIG), sau sudarea CMT.

Page 48: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 48 -

Capitolul 4. Cercetari experimentale privind incarcarea prin sudare a matritelor de turnare sub presiune

4.1. Aprecierea incarcarii prin sudare Crăpăturile la cald apar în intervalul de solidificare şi imediat sub linia solidus şi sunt

determinate de frânarea contracţiei. Ele se produc la limita grăunţilor primari şi de aceea, prezintă o suprafaţă de ruptură intercristalină, au deschidere mare şi întindere mică, sunt mereu oxidate şi nu au tendinţa de a se propaga.

Crăpăturile la rece se formează la temperaturi la care aliajul se găseşte în stare elastică, sunt intracristaline, drepte, puţin deschise, neoxidate, cu întindere mare şi tendinţa de a se propaga. În cadrul lucrarii se va aprecia sudabilitatea otelului numai pe baza factorului metalurgic. Comportarea metalurgica la sudare se poate determina având în vedere compozitia chimica a otelului si tendinta de fisurare la cald si la rece. Influenta compozitiei chimice asupra sudabilitatii otelurilor nealiate si slab aliate se exprima cu ajutorul conceptului de carbon echivalent:

(1)

Otelul pe care il studiez face parte din grupa IV si necesita o procedura speciala de incarcare astfel incat pericolul la care este supus materialul de a fisura sa fie eliminat .

Figura.4.1

În scopul aprecierii comportarii otelurilor din acest punct de vedere se foloseste notiunea de indice de sensibilitate la fisurare la cald HCS ( Hot Craking Sensitivity). Pentru a aprecia tendinta de fisurare la cald se calculeaza indicele HCS cu ajutorul relatiei (2):

(2)

2.491.73.33

4.03.11.537.0*.3

10.025102.003.037.0 3

2343.1

WHCS

Se considera ca daca HCS > 4 exista pericolul aparitiei fenomenului de fisurare la cald. O relatie similara este propusa de Institutul Britanic de Sudura, in urma experientelor facute pe probe cu rigiditate variabila ( Varestaint ).

Page 49: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 49 -

HCS = 230C+190S+75P+45Nb-12Si-5Mn-1 Hcs Varenstein = 88.3 (3) Fisurarea la cald apare si in cazul sudarii otelurilor aliate cum sunt cele inoxidabile austenitice. Pentru a elimina pericolul fisurarii la cald este necesar ca raportul NiEch/CrEch sa fie 1.5-2, iar P+S=≤0.01. Prin NiEch si CrEch sunt notate :

CrEch = Cr+Mo+1.5Si+0.5Mn+2Ti = 7.9 (4)

NiEch = Ni+30C+0.5Mn+30N 11.28 (5)

NiEch/ CrEch = 11.28/7.9 = 1.42 ( 1.5-2) (6) Estimarea fisurarii la rece pentru otel slab aliat : Fisurile la rece se formeaza în perioada de timp in care se raceste cordonul incarcat, un rol important avându-l continutul de hidrogen difuzibil. Pentru aprecierea sensibilitatii la fisurare la rece se foloseste determinarea parametrului de fisurare PCM, cu relatia:

(7)

(8)

Deoarece Ce = 0,18 % < 0,25 % , rezulta ca otelul se încadreaza în grupa Ia de sudabilitate, fiind sudabil neconditionat. 4.2 Aprecierea structurii materialului incarcat Pe baza aspectelor teoretice prezentate se va aprecia sudabilitatea pe baza comportarii metalurgice a otelului. Datorită valorilor relativ mari ale carbonului echivalent oţelurile W 1.2343 pot fi clasificate ca oţeluri cu sudabilitate redusă.

Având în vedere compozitia chimica, se calculeaza pentru otelul W 1.2343 carbonul echivalent cu relatia (1) si se stabileste grupa de sudabilitate din care face parte. În continuare, se determina tendinta de fisurare la cald si la rece, calculând indicele HCS cu relatia (2) respectiv, CrEch cu relatia (3), NiEch cu relatia (4) si indicele Pcm cu relatia (6).

Prin realizarea raportului dintre NiEch/CrEch am ridicat diagrama SCHAEFFLER pentru a evidentia structura realizata in urma incarcarii in Figura 4.2.:

Figura . 4.2.

Page 50: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 50 -

In figura 4.2 sunt prezentate grafic in Diagrama Shaeffler CrEch, NiEch de unde rezulta ca materialul utilizat in cercetare este un otel martensitic .

4.3.Influenta energiei liniare si a procedeului utilizat la incarcarea prin sudare a

matritelor asupra geometriei straturilor incarcate Energia liniara este un factor important care influenteaza forma si calitatea straturilor

incarcate prin sudare. Numeroasele cercetari din acest domeniu se refera in majoritatea cazurilor la energiile

liniare specifice unui singur procedeu de sudare [29], [32]. Fiecare procedeu de sudare este caracterizat prin parametrii de lucru, dintre care unii sunt

comuni tuturor procedeelor (de exemplu intensitatea curentului de sudare, tensiunea arcului si viteza de sudare, care pot fi reunite in energia liniara), iar altii sunt specifici fiecarui procedeu (de exemplu: debitul de gaz protector, viteza de inaintare a sarmei electrod).

Energia liniara, ca parametru comun tuturor procedeelor de sudare cu arc electric, are domenii de variatie cu limite largi, specifice fiecarui procedeu. Prin intersectia acestor multimi se obtine un domeniu de variatie comun, in care energia liniara poate apartine mai multor procedee de sudare. Utilizand urmatoarele notatii pentru multimile corespunxatoare domeniilor de variatie a energiei liniare:

A: pentru sudarea Metal Inert Gaz (MIG), OK Autrod 13.91, B: pentru sudarea Wolfram Inert Gaz (WIG), OK Autrod 13.91, C: pentru sudarea CMT, OK Autrod 13.91, Considerand ca limite uzuale urmatoarele valori:

A=(5-15).105 J/m; B=(10-20).105 J/m; C=(5-25).105 J/m; se obtine: A CB = (10-15).105 J/m, (4.44) care poate fi admis ca interval comun pentru valorile energiei liniare, in cazul procedeelor de incarcare amintite. Au fost effectuate incarcari prin sudare prin aceste procedee, cu energii liniare avand valori cat mai apropiate de intervalul stabilit, sudurile fiind executate intr-un singur strat. Epruvetele utilizate au avut forma prismatica cu suprafata de 200 x 100 mm2 si grosimea de 15 mm, atat pentru otelul MoCrNi15 cat si pentru otelul VCrW85. Analizand adancimea de patrundere hp, respective latimea B a straturilor incarcate prin sudare, depind atat de energia liniara, cat si de procedeul de sudare aplicat. Cele mai reduse valori ale adancimii de patrundere au fost obtinute in cazul procedeului WIG, iar valorile cele mai mari ale latimii B au fost obtinute in cazul procedeului cu electrozi inveliti. Aceleasi masuratori au fost efectuate sip e epruvete din otel W 1.2343, dar intrucat rezultatele privind latimea B si adancimea de patrundere hp sunt asemanatoare, nu este necesara prezentarea lor.

Page 51: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 51 -

Figura 4.3 Variatia marimii zonei

influentate termic in cazul incarcari i prin sudare a oteluluil W 1.2343

Figura 4.4 Variatia latimii B a straturilor incarcate prin sudare

pe otel W 1.2343, in functie de energia liniara

Calitatea metalului de baza influenteaza insa marimea zonei influentate termic. Astfel din

figura 4.3 si figura 4.4 se observa ca zona influentata termic este mai redusa in cazul otelului W 1.2343, pentru aceleasi valori ale energiei liniare, corespunzatoare unui anumit procedeu de sudare. Aceasta poate fi explicata prin scaderea conductivitatii termice si prin cresterea stabilitatii termice a otelului, odata cu cresterea continutului de wolfram. Determinările experimentale prezentate arată că, zona influenţată termic, care poate fi considerată ca o materializare a imaginii câmpului termic, depinde nu numai de energia liniară ci ţin cont si de procedeul de sudare adoptat. Aceasta prezintă o importanţă teoretică, pentru aplicarea corectă a relaţiilor câmpului termic in punctele situate în zona de trecere şi în zona influenţată termic, dar mai prezintă şi o impotanţă practică, la alegerea procedeului optim de încărcare prin sudare, care e bine să afecteze în cât mai mică măsură metalul de bază [36].

Rezultă că este necesară studierea modificării proprietăţilor metalului de bază, în funcţie de procedeul de sudare aplicat.

Page 52: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 52 -

4.4.Cercetari experimentale privind incarcarea cu procedeul Mig manual Specificatia Procedurii de Sudare

Conform EN ISO 15614-1

PROCEDEUL DE SUDARE: 141 Tipul de încărcare POZIŢIA DE SUDARE:

MATERIALE DE BAZĂ MATERIALE DE ADAOS

MB1

Denumire/: W 1.2343 Marca: OK Autrod 13.91 Normă EN ISO 4957

DIN 17350 Normă: DIN 8555

Grupa: Dimensiuni (mm): 1 Grosime (mm): ---- Diametru (mm): ---- Uscare:; Tempratura /Timp (C/h): N/A

MB2 Designation: ---- Electrod nefuzibil

Tip: ----

Normă: ---- Diameter (mm): ---- Grupa : ---- Gaz De protecţie: Corgon 18

Grosime (mm): ---- Diametru (mm): ---- La rădăcină: ---- Temperatura de preîncalzire (0C): 3000C Debitul gazului

De protecţie (l/min): 12

Temperatura între straturi (C): 3000C La rădăcină (l/min): ---- SUCCESIUNEA OPERAŢIILOR DE SUDARE

Rand Procedeu de sudare

Dimensiunea materialului de

adaos

Intensitatea curentului

(A)

Tensiune (V)

Tip curent /

Polaritate

Viteza de avans a sârmei

(cm/min)

Lungimea

trecerii (cm)

Energia termică

introdusă *

(KJ/cm)

1 135 1 90 18 DC+ 100 6 - 2 135 1 110 18 DC+ 100 6 - 3 135 1 130 18 DC+ 100 6 - 4 135 1 150 18 DC+ 100 6 - 5 135 1 170 18 DC+ 100 6 - 6 135 1 190 18 DC+ 100 6 -

Page 53: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 53 -

4.5.Pregatire esantioanelor

Figure 4.3. Pregătirea probelor pentru realizarea microdurităţii

Determinări ale durităţii au fost efectuate şi pe un durimetru Vickers clasic, unde s-au obţinut următoarele valori măsurate HV10.

4.6.Determinarile microduritati Determinări ale durităţii au fost efectuate şi pe un durimetru Vickers FM 700 din Figura 3.2

unde s-au obţinut următoarele valori măsurate HV10 prezentate in tabelul 3.1

Figura 4.4 Microdurimetru FM 700

Amprentarea sa realizat prin presarea timp de 20 de secunde a unei greutăţi de 1kg, realizând un număr de 5 amprente în fiecare dintre cele 3 zone evidenţiate in figura 3.3

Figure.4.5. Poziţia amprentării la testul de duritate Vickers

MA – Material de adaos; ZIT – Zona influenţată termic ; MB – material de bază

Page 54: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 54 -

Pe fiecare dintre cele 3 zone s-a realizat un numar de 5 amprentari pentru fiecare cordon in parte si pentru o determinare mai exacta a valorii s-a facut media intre aceste 5 puncte. Tabelul 4.1 Diseminarea microduritatilor pentru fiecare cordon

Proba

MICRODURITATE HV 10 Intensitate

a curentului

Is

MB Material de baza

ZIT Zona influentata termic

MD Material depus

C1 90

365;365.9;388.6; 396.5;377.7

Medie a rezultatelor: 378.74

HRC: 38.9

574.6;563.6;576.1; 572.8;573.5

Medie a rezultatelor:572.12

HRC: 53.9

530.6;540.9;531.5; 540.5;554.2

Medie a rezultatelor:539.54

HRC: 52

C2 110

365.5;366.2;388.2; 396.2;377.1

Medie a rezultatelor: 378.64

HRC: 38.9

568;579.3;596.9; 560.5;558.9

Medie a rezultatelor: 572.72

HRC: 54

596;609.9;567.3; 558.9;573.5

Medie a rezultatelor: 581.12

HRC: 54.4

C3 130

365.5;365.4;388; 395;377.1

Medie a rezultatelor: 378.2

HRC: 38.9

579;583.4;574; 538.3;535.1

Medie a rezultatelor: 561.96

HRC: 53.3

540.1;565.4;553.4; 560.8;599.9

Medie a rezultatelor: 563.92

HRC: 53.5

C4 150

376;364;387.3; 395.5;375.9

Medie a rezultatelor: 379.74

HRC: 39

609;611;604.5; 612.7;599.9

Medie a rezultatelor: 607.42

HRC: 55.9

539.6;542.4;521.8; 530;535.6

Medie a rezultatelor: 533.88

HRC: 51.6

C5 170

368.2;364.3;387.9; 380.5;378

Medie a rezultatelor: 375.78

HRC: 38.6

520.6;538;574.9; 583.2;584.1

Medie a rezultatelor: 560.16

HRC: 53.2

554.8;514.5;528.9; 520.5;517.9

Medie a rezultatelor: 527.32

HRC: 51.2

C6 190

368.5;366.7;387.4; 389.5;375.2

Medie a rezultatelor: 377.46

HRC: 38.8

559.1;561.7;567.3; 573.5;589.9

Medie a rezultatelor: 570.3

HRC: 53.8

540.4;537.3;548.8; 556.4;578.8

Medie a rezultatelor: 552.34

HRC: 52.8

Pentru a evidential variatia microduritatii HV10 am ridicat graficul din figura 3.4.si in figura 3.5. am reprezentat valorile transformate in duritate HRC.

Page 55: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 55 -

Figura 4.6. Reprezentarea Microduritatii HV10 in functie de intensitatea curentului

Figura 4.7. Reprezentarea Microduritatii HV10 in functie de intensitatea curentului

4.7.Microstructuri Pentru realizarea microstructurilor s-a folosit un microscop optic metalografic tip Nikon

model Elipse Ma 100 Se constată o coerenţă deosebit de bună între materialul depus şi cel de bază, aproape că nu

se distinge o separare între cele 2 materiale. În cordonul 1 cu IS = 90A se evidenţiază materialul depus, zona influenţată termic şi

materialul de bază prezentate în Figura 4.8 .

Figura 4.8. Macrostructura cordon 1, MB- Material de bază, Marevenire; MD- Material depus;

ZIT 1- Macalire, ZIT 2- Marevenire+Tr, Nital 5%, 30x.

Page 56: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 56 -

Figura 4.9. Materialul depus ,este format din cristale predominant dendritice şi echiaxe de soluţie solidă neomogenă FeCrMoV + Ma + Tr, carburi de Cr . Nital 2%, 500x. 54.4 HRC(581.1HV10)

A B

Figura 4.10. Zona influenţată termic - structura Ma+ urme de Tr+Arez, ZIT1 (Figura A), ZIT2(Figura B), Nital 2%, 500x. 54.1HRC(574.94HV10)

Figura 4.11 Structura material de bază are în componenţă TR+Ma +Arez,, Nital 2%,

500x.38.9HRC(378.74HV10)

În cordonul 2 cu IS = 110A se evidenţiază materialul depus, zona influenţată termic şi materialul de bază prezentate în Figura 4.12 .

Page 57: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 57 -

Figura 4.12. Macrostructura cordon 2, MB- Material de bază, Marevenire; MD- Material depus;

ZIT 1- Macalire, ZIT 2- Marevenire+Tr, Nital 5%, 30x.

Figura 4.13. Materialul depus ,este format din cristale predominant dendritice şi echiaxe de

soluţie solidă neomogenă FeCrMoV + Ma + Tr, carburi de Cr . Nital 2%, 500x. 52.6HRC(549,64HV10)

A B

Figura 4.14. Zona influenţată termic - structura Ma+ urme de Tr+Arez, ZIT1 (Figura A), ZIT2(Figura B), Nital 2%, 500x. 52.8HRC(552.68HV10)

Page 58: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 58 -

Figura 4.15. Structura material de bază are în componenţă TR+Ma +Arez,, Nital 2%, 500x. 38.9HRC( 378.64HV10)

În cordonul 3 cu IS = 130A se evidenţiază materialul depus, zona influenţată termic şi materialul de bază prezentate în Figura 4.16 .

Figura 4.16. Macrostructura cordon 3, MB- Material de bază, Marevenire; MD- Material depus;

ZIT 1- Macalire, ZIT 2- Marevenire+Tr, Nital 5%, 30x.

Figura 4.17. Materialul depus ,este format din cristale predominant dendritice şi echiaxe de

soluţie solidă neomogenă FeCrMoV + Ma + Tr, carburi de Cr . Nital 2%, 500x. 53HRC( 556.68HV10)

A B

Figura 4.18. Zona influenţată termic - structura Ma+ urme de Tr+Arez, ZIT1 (Figura A), ZIT2(Figura B), Nital 2%, 500x. 51.3HRC(528.54HV10)

Page 59: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 59 -

Figura 4.19. Structura material de bază are în componenţă TR+Ma +Arez,, Nital 2%, 500x.

38.9HRC( 378.2HV10) În cordonul 4 cu IS = 150A se evidenţiază materialul depus, zona influenţată termic şi

materialul de bază prezentate în Figura 4.20 .

Figura 4.20. Macrostructura cordon 4, MB- Material de bază, Marevenire; MD- Material depus;

ZIT 1- Macalire, ZIT 2- Marevenire+Tr, Nital 5%, 30x.

Figura 4.21. Materialul depus ,este format din cristale predominant dendritice şi echiaxe de soluţie solidă neomogenă FeCrMoV + Ma + Tr, carburi de Cr . Nital 2%, 500x. 52.4HRC(

546.42HV10)

Page 60: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 60 -

A B

Figura 4.22. Zona influenţată termic - structura Ma+ urme de Tr+Arez, ZIT1 (Figura A), ZIT2(Figura B), Nital 2%, 500x.53.3HRC( 561.34HV10)

Figura 4.23. Structura material de bază are în componenţă TR+Ma +Arez,, Nital 2%, 500x.

39HRC(379.74 HV10)

În cordonul 5 cu IS = 170A se evidenţiază materialul depus, zona influenţată termic şi materialul de bază prezentate în Figura 4.24 .

Figura 4.24. Macrostructura cordon 5, MB- Material de bază, Marevenire; MD- Material depus;

ZIT 1- Macalire, ZIT 2- Marevenire+Tr, Nital 5%, 30x.

Page 61: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 61 -

Figura 4.25.Materialul depus ,este format din cristale predominant dendritice şi echiaxe de soluţie solidă neomogenă FeCrMoV + Ma + Tr, carburi de Cr . Nital 2%, 500x. 53.2HRC(559.04HV10)

A B

Figura 4.26. Zona influenţată termic - structura Ma+ urme de Tr+Arez, ZIT1 (Figura A), ZIT2(Figura B), Nital 2%, 500x. 51.5HRC(532.22HV10)

Figura 4.27. Structura material de bază are în componenţă TR+Ma +Arez,, Nital 2%, 500x.

38.6HRC(375.78HV10) În cordonul 6 cu IS = 190A se evidenţiază materialul depus, zona influenţată termic şi

materialul de bază prezentate în Figura 4.28 .

Page 62: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 62 -

Figura 4.28. Macrostructura cordon 6, MB- Material de bază, Marevenire; MD- Material depus;

ZIT 1- Macalire, ZIT 2- Marevenire+Tr, Nital 5%, 30x.

Figura 4.29. Materialul depus ,este format din cristale predominant dendritice şi echiaxe de

soluţie solidă neomogenă FeCrMoV + Ma + Tr, carburi de Cr . Nital 2%, 500x.53.2HRC(559.44HV10)

A B

Figura 4.30. Zona influenţată termic - structura Ma+ urme de Tr+Arez, ZIT1 (Figura A), ZIT2(Figura B), Nital 2%, 500x. 52.1HRC(542.14HV10)

Page 63: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 63 -

Figura 4.31. Structura material de bază are în componenţă TR+Ma +Arez,, Nital 2%, 500x.

38.8HRC( 377.46HV10)

La limita dintre materialul de adaos şi a materialului de bază pe o adâncime de cca. 1 mm se înregistrează în materialul de bază o zonă cu martensita de calire, zonă ce este reprezentată în Figura 7. ca şi ZIT 1. Aceasta s-a format datorită încălzirii zonei la temperaturi peste 1300°C şi răcirii rapide prin transfer de căldură spre materialul de bază.

Sub zona ZIT 1 respectiv în zona mai puternic atacată se evidenţiază un strat de martensită şi troostită. Troostita s-a format prin transformarea martensitei sub efectul încălzirii produse prin transferul termic de la cordon spre profunzimea MB.

În această zonă marcată ZIT 2 au fost atinse temperaturi de peste 600°C, fapt care a determinat degenerarea parţială a martensitei din materialul de bază în troostita de revenire. Acest lucru conduce la o uşoară scădere a durităţii in ZIT 2.

Arcul format prin utilizarea curentului de sudare pulsatoriu generează unde mecanice în materialul topit .

Sub acest efect este stimularea cristalizării dinamice în materialul depus respectiv la cristalizare rezultă o granulaţie mai mică/ fină.

Oscilaţiile mecanice generate favorizează difuzia la limită dintre materialul depus şi materialul de bază, şi influenţează transformările care se produc la răcire.Rezulta Martensita în zona influenţată termic1 , martensita şi troostita în zona influenţată termic 2, mai fină şi dispers distribuită.

În acelaşi timp efectul vibraţiilor se manifestă şi sub forma reducerii tensiunilor interne şi a deformaţiilor efect VSR (Vibratory Stress Relif)

Page 64: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 64 -

Capitolul 5. Concluzii finale, contributii originale. Directii viitoare. Prezentarea structurii constructiv functionale a echipamentelor tehnologice tip matrita de

turnare sub presiune, a caror fabricare necesita un proces complex de prelucrari mecanice si tratamente termice.

Au fost analizate materialele care sunt folosite la confectionarea matritelor de turnare si s-a ajuns la concluzia ca otelul X37CrMoV5-1 (W 1.2343) este materialul care va fii folosit la realizarea partii experimentale. Cercetarile asupra fenomenelor de uzare sau de scoatere a matritelor de turnare sub presiune din fluxul tehnologic si stabilirea tehnologiei de reconditionare a acestora pentru a reintroduce respectivul ansamblu din nou in productie.

Au fost analizate procedeele de încărcare prin sudare, aplicabile suprafeţelor supuse uzurilor, prezentându-se particularităţile acestora la operaţiile specifice de încărcare. Astfel au fost analizate procedeele de sudare WIG folosind bagheta la incarcarea manuala si realizand desigur si incarcarea cu aport mecanizat de sarma folosind curenti pulsatorii pentru stabilizarea arcului electric, procedeul de sudare MIG/MAG CMT, si procedeul MIG/MAG manual. S-a analizat temperatura intre straturile depuse cu ajutorul unui montaj format din un termoculplu si o placă de achiziție de date avand ca si scop cresterea temperaturii intre straturi la astfel de tipuri de depuneri.

Proprietatile mecanice si structura otelului W 1.2343 sunt influentate in mod asemanator de forma ciclurilor termice la care au fost supuse.

Astfel ciclurile termice care provoaca o modificare pronuntata a microstructurii si o scadere maxima a proprietatilor mecanice, sunt acele cicluri la care viteza de incalzire are valori ridicate (peste 150 0K/s), iar viteza de racire are valori reduse (sub 10 0K/s).

Ciclurile termice care prezinta cea mai redusa influenta asupra microstructurii si asupra proprietatilor mecanice ale otelurilor incercate, sunt acele cicluri la care viteza de incalzire are valori mai reduse (sub 40 0K/s), iar viteza de racire are valori ridicate (peste 50 0K/s). Vitezele mari de racire nu sunt insa indicate in cazul acestor oteluri, datorita tensiunilor interne pe care le produc, chiar daca prezinta avantaje in ceea ce priveste finisarea granulatiei.

Viteza de incalzire a unui punct situate pe suprafata care va fi incarcata prin sudare, este cu atat mai mica cu cat campul termic se apropie mai incet de punctual considerat si cu cat conductivitatea termica a materialului este mai redusa.

Deci reducerea vitezei de incalzire pentru un anumit otel se poate realiza prin reducerea vitezei de sudare la valori minime. In acest caz creste energia de liniara respectiv posibilitatea de supraincalzire a metalului de baza.

Pentru preintampinarea supraincalzirilor care pot avea loc in cazul sudarii cu viteze reduse de sudare, este indicata reducerea energiei liniare, prin reducerea intensitatii de current, respective a micsorarii diametrului electrodului de sudare.

Pericolul de fisurare, care creste in acest caz, poate fi micsorat utilizand preincalzirea sau incalzirea ulterioara a metalului de baza, prin care viteza de racire poate fi dirijata intre limitele dorite.

La încarcarea prin sudare prin diferite procedee, cu toate ca au fost utilizate energii liniare apropiate, situate in jurul valorii de 106[J/m], au fost obținute proprietăți mecanice cu valori variabile în funcție de procedeu. În cazul materialelor de adaos care asigură o compoziţie chimică diferită faţă de compoziţia metalului de bază, pot apare cazuri de incompatibilitate datorită fisurării zonei de trecere, mai cu seamă la sudarea în straturi suprapuse. Evitarea acestui gen de fisuri se poate face prin compararea curbelor dilatometrice corespunzătoare şi prin evitarea preîncălzirii la temperatura la care, diferenţele între contracţiile termice sunt maxime.

Page 65: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 65 -

Preîncălzirea metalului de bază, în cazul pieselor masive, prin procedee electrice (prin rezistenţă de contact sau prin inducţie), crează diferenţe de temperatură între părţile exterioare ale pieselor şi miez, care pot fi diminuate prin aplicarea regimurilor intermitente de încălzire, formate din perioade de încălzire, alternând cu perioade de pauză. Aceste cicluri pot fi aplicate în întreaga perioadă de sudare, pentru compensarea schimburilor termice. Zona influenţată termic, corespunzătoare sudurilor efectuate cu energie liniară constantă, variază în funcţie de procedeul de sudare aplicat. În mod asemănător, au fost observate şi variaţii ale proprietăţilor mecanice şi a structurii zonei influenţate termic. Aceste observaţii confirmă necesitatea impunerii unor condiţii limită de aplicabilitate a relaţiilor câmpului termic, la care până în present, nu se ţine seama de forma şi dimensiunile reale ale sursei termice. Pentru aceleaşi energii liniare utilizate, procedeul de sudare WIG, precum şi procedeul de sudare cu electrozi înveliţi, având polaritate inversă, prezintă cea mai redusă influenţă defavorabilă, asupra proprietăţilor metalului de bază.

La încărcarea prin sudare a matriţelor în condiţiile de producţie, este posibilă apariţia microdefectelor în sudură. Cu toate că dimensiunile lor sunt reduse aceste defecte pot influenţa negativ durabilitatea sculelor încărcate. Înlăturarea acestor defecte este posibilă prin calcinarea corespunzătoare a electrozilor înainte de sudare, şi prin curăţarea atentă a zgurii de pe fiecare strat încărcat, insistându-se asupra colţurilor formate între strat şi metalul pe care s-a depus. Tot pentru înlăturarea microdefectelor se impune în cazul încărcării prin procedeul WIG, sau cu hidrogen atomic, utilizarea materialelor cât mai pure (argon respectiv hidrogen de puritate maximă), precum şi a vergelelor din metal de adaos obţinute prin laminare şi trefilare nu prin forjare libera. O mare importanţă o reprezintă şi respectarea parametrilor de sudare corespunzători, mai cu seamă la utilizarea unor materiale de adaos care formează straturi încărcate cu compoziţie chimica diferită de a metalului de bază

Contributii originale

Analiza fenomenelor de uzare specifice echipamentelor tehnologice de tip matrita de turnare sub presiune, care determina in mod frecvent scoaterea din functiune a acestora cu exemplificari de diferite tipuri, precum si efectul acestora asupra formei si dimensiunilor pieselor obtinute.

Efectuarea unei analize asupra temperaturii la care se realizeaza depunerea de material cu mentiunea ca aceasta poate imbunatati procesul de incarcare prin sudare prin eficientizare acestuia reducand astfel timpul de depunerea stratutilor si realizarea urmatorului strat la o temperatura de 300°C aceasta in prezent fiind realizata in intervalul 200 si 250°C.

Cercetarea si stabilirea unei tehnologii optime de recondiţionare prin sudare, a unei matrite din otelul X37CrMoV5-1 (W 1.2343) utilizand procedee diferite pentru care se vor stabili parametrii folositi la testele experimentale pentru fiecare procedeu in parte.

Prelucrarea şi interpretarea rezultatelor obţinute la recondiţionarea prin sudare utilizând procedeele WIG manual, mecanizat, mecanizat pulsatoriu Prelucrarea şi interpretarea rezultatelor obţinute la recondiţionarea prin sudare utilizând procedeul Mig manual

Prelucrarea şi interpretarea rezultatelor obţinute la recondiţionarea prin sudare utilizând procedeul CMT

Analiza asupra electrozilor si stabilirea unui tip de electrod pentru realizarea incercarilor experientale.

Folosirea electrodului OK Autrod 13.91 ESAB, pentru incarcarea matritelor care sa corespunda la o aderenta buna a metalului depus prin sudare fata de metalul de baza, o paricipare a

Page 66: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 66 -

MB cat mai mica la formarea cordonului de sudura, o rezistenta buna la la soc termic si o buna rezistenta la uzare.

Construirea unor diagrame, prin sistematizarea datelor existente, privind tratamentele termice ale otelurilor pentru matrite, diagrame care pot fi utilizate si in cazul preincalzirii, sau a detensionarii dupa sudare a matritelor.

Cercetarea si stabilirea unei tehnologii optime de recondiţionare prin sudare, a unei matrite din otelul X37CrMoV5-1 (W 1.2343). În exploatare, matriţa se comportă foarte bine şi este urmărită evoluţia în timp, în vederea evaluării durabilităţii. Practic s-a demonstrat că stratul rezisent la uzare realizat cu materialul de adaos OK Autrod 13.91 ESAB, prezintă o aderenţă corespunzătoare, astfel încât numarul de piese turnate realizate cu matrita reconditionata a crescut cu 10%.

Directii viitoare Sinteza cunostiintelor acumulate în domeniul fabricarii si reconditionarii sculelor

pentru turnare sub presiune a evidentiat necesitatea continuarii cercetarilor în directiile: - elaborarea unor noi materiale pentru încarcare cu performante ridicate si compatibilitate buna la sudare cu otelurile de scule; - elaborarea unor programe expert pentru tehnologiile de fabricare si reconditionare a sculelor de prelucrare prin presare - determinarea statistica a carcteristicilor de anduranta, fiabilitate si disponibilitate a sculelor executate cu noile tehnologii - elaborarea unor module matematice de proiectare si mentinere a calitatii materialelor de încarcare prin sudare în limita acceptabilitatii.

Page 67: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 67 -

BIBLIOGRAFIE

1. Bobancu, S., Cozma, R.,„Tribologie. Frecare-Ungere-Uzare”, Universitatea din Braşov,

1995. 2. Burcă Mircea, Stelian Negoiţescu ``Sudarea MIG/MAG`` / Ed. a 2-a, rev. – Timişoara:

Sudura, 2004 ISBN 973-8359-22-8 3. Budău, V., - „Tratat de tehnologii neconventionale”. Vol 11 Prelucrareamaterialelor

neconventionale, Editura Artpress, 2005, ISBN 973-7836-53-7. 4. Budău, V., - „Materiale şi tratamente termice pentru structuri sudate”. Editura de Vest

1992. 5. Iovănaş, R., – “Sudarea electrică prin presiune”, Editura SUDURA, Timişoara, 2005,

ISBN 978-8359-32-5. 6. Iovănaş, R., Iovănaş, D., - “Reconditionarea şi remanierea produselor sudate”,

Universitatea “Transilvania”Braşov, ISBN 973-635-684-1, 2006. 7. Iovănaş, R., ş.a., - “Manufacturing under industrial conditions of new amourphous filler

material for brazing”, Metalurgia International, pp. 167, 2009. 8. Iovănaş, D.M., Binchiciu, A., Simiti-Vaida, I., Naghi, F., Ceorapin, C.G., -“Efficient

materials for facing and reconditioning of the tools fot hot working”,Welding in the world, London, 2007, vol.51, pg.625-630.

9. Iovănaş, D., ”Cercetări privind tehnologia şi fiabilitatea echipamentelor tehnologice recondiţionate prin sudare”, Teză de doctorat, Universitatea TRANSILVANIA din Braşov, 2007.

10. Mihai Paul Carstea, Adrian Iordache, Rodica Popescu, Gabriela Stanciu, Sergiu Surugiu, „Enlargement processes of resistance to wear of parts of the mold by hard chrome”, Revista AFASES - 2010, ISBN 978-973-8415-76-8.

11. Iordachcscu, M. , lordachescu, D., Scutelnicu, E-, Ruizhervias, J - Valiente, A. ,Cabalero, L . ``Influence of heating source position and dilution rate in achieving overmatched dissimilar welded joints``. Science and Technology of Welding and Joining. 2010, DOI:10.1179 /13621711 OX 12693 513264259

12. Adrian Iordache, Rodica Popescu, Gabriela Stanciu, Sergiu Surugiu, Mihaela Mosneag, „Behavior in the service of tehnological equipment of plastic deformation”, Revista AFASES – 2010, ISBN 978-973-8415-76-8.

13. Adrian Iordache, Rodica Popescu, Ioan Gheorghe Crişan, Dorin Male.„Influence of the technological process on the reliability of technological equipments”,AFASES 2010 Brasov-Romania, Scientific Research And Education In The Air Force ,ISBN 978-973-8415-76-8,

14. Adrian Iordache, Teodor Pisu Machedon,``Reserch regarding the cladding of steel X37CrMoV5-1 (W 1.2343) used for high pressure die casting moulds`` Revista Metalurgia Nr. 4, 2012, ISSN 0461-9579 pag. 31-36

15. Adrian Iordache, Teodor Pisu Machedon, ``Experimental research on the evolution of microhardness layers deposited by TIG welding process according to the intensity variation of welding.`` Revista Metalurgia Nr. 6, 2012, ISSN 0461-9579 pag. 22-27

16. Adrian Iordache, Teodor Pisu Machedon, ``Experimental research regarding the evolution of microhardness layers cladding by MAG welding process according to the intensity variation of welding.`` Revista Metalurgia Nr. 6, 2012, ISSN 0461-9579 pag. 37-43

17. Luca, M.A., Machedon, P.T., Gadea, F.C., - „The influence of the mechanical vibratoins upon 1.7035 – 41Cr4 steel during hardedning process”, Solid State Phenomena Vol. 188, Trans Tech Publications, Switzerland, 2012, pg. 306-313.

18. Luca, V., Serban, E.C., - „Materiale metalice”, Editura „Eastline”, Braşov, 1995. 19. Machedon-Pisu, T., Andreescu, F. G., - „Materiale metalice pentru produse sudate”, Tom

II, Vol. 1, Editura Lux Libris, Braşov, 1996. 20. Machedon-Pisu, T., Andreescu, F. G., - „Materiale metalice pentru produse sudate”, Tom

Page 68: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 68 -

II, Vol. 1, Editura Lux Libris, Braşov, 1996. 21. Machedon – Pisu., T, - „Sudare Prin Topire”, Editura Lux-Libris, Brasov, 2010. 22. Machedon – Pisu, T., Machedon – Pisu, E., - „Tehnologia sudarii prin topire”, Editura Lux

Libris, Braşov, 2007 ISBN 978-973-131-002-2 23. Machedon-Pisu, T., Ţierean, H.,M., - "The improvement of welding technologies apllied to

structures of fine granularity steels", pp.13-17, Revista ASR Sudura nr. 2/1996. 24. Machedon-Pisu, T., Machedon Pisu E., Bigioi O. L., - "Researches regardings the welding

of 15NiMn6 steel used for spherical tanks", Metalurgia International nr. 2, pp. 159, 2009. 25. Popescu R., - “Tehnologia materialelor”, Editura Lux Libris, 2005. 26. Popescu, R., - “Ştiinţa şi tehnologia procesării şi prelucrării materialelor”, Editura Lux

Libris, Braşov, ISBN 978-973-9458-84-9, 2009. 27. POPESCU, R., ş.a., - „Expeimental Analysis Regarding The Production Of Environmental

Heat-Resistant Electrodes Alloyed With Cr, Mo”, Metalurgia International, pp. 179, 2009 28. Şerban, C., ``Ştiinţa materialelor metalice``, Editura Lux Libris, ISBN 973-9428-55-x,

Braşov, Romania, 2001 29. Şerban, C., Popescu, R., Luca, M., ``Studiul şi tehnologia materialelor``, Editura LUX

LIBRIS, ISBN 978-973-131-044, Braşov, Romania, 2011. 30. Şerban, C., - “Ştiinţa materialelor metalice”, Editura Lux Libris, Brasov, ISBN 973-9428- 63-0, 2003. 31. Șarlea I., Tănase M., Negriu R., Beșleagă Cr., ”Machinery for the rehabilitation”,

Tehnologia inovativa -Revista Construcţia De Maşini, Anul 60, Nr. 1 - 2/ 2008, ISSN 0573 – 7419, ICTCM –CITAF - OID.ICM, București.

32. SCHULZE, G., - “Die metallurgie des Schweissens”, Springer Verlag, Berlin, 2010. 33. Voiculescu, I. - ``Materiale şi tehnologii inovative pentru creşterea durabilităţii

elementelor active din componenţa echipamentelor tehnice utilizate în agricultură`` – DURAG - CEEX 298 / 2006;

34. Voiculescu, I. - ``Materiale şi tehnologii inovative pentru creşterea durabilităţii elementelor active din componenţa echipamentelor tehnice utilizate în agricultură`` – DURAG - CEEX 298 / 2006;

35. Voiculescu I., – „Instrucţiune de lucru privind pregătirea probelor pentru analize metalografice şi de microduritate”, Laborator LAMET, cod: UPB-IL-05.03.02/rev1/07; 3.

36. Voiculescu I., Rontescu C., Dondea I.L., - „Metalografia îmbinărilor sudate”, Editura Sudura, Timisoara, 2010;

37. Ceorapin, C.G., Iovănaș, R., Voiculescu, I., Iovănaș, D.M., Pascu, A.,” Spot welding electrodes with the active area achieved by cladding with m.m.a. welding’’, Annals of DAAAM for 2009 & Proceedings of 20th DAAAM International Symposium, ISBN 978-3-901509-70-4, 2

38. Whiteoak D.,Read J.,”The Shell Bitumen Handbook”.Fifth Edition.Thomas Telford, Ltd, 2003.-26November2009,Editor B[ranko]Katalinic,Published by DAAAM International, Viena 2009.

39. Wirtgen Group ”Handbuch für die Anwendung von Kaltfräsen”,Wirtgen GmbH, Oktober 2003.

40. Zgură, Ghe., Iacobescu, G., Rontescu, C., Cicic, D., ”Tehnologiasudării prin topire”, ISBN 978-973-7838-57-5, Editura Politehnica Press, București,2007

41. ASM International Handbook. Materials characterization. Volume 10 of the ASM 42. Handbook, 1992. ISBN 0-87170-007-7 (v.1)

Page 69: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 69 -

REZUMAT

Teza de doctorat elaborată prezintă rezultatele cercetărilor efectuate asupra incarcarii prin sudare a suprafetelor active ale matritelor, imbunatatirea suprafetelor ce realizeaza profilul pieselor ce urmeaza a fii turnate rezultand cresterea duratei de exploatare.

Aceasta lucrare prezintă un studiu asupra cauzelor ce duc la scoaterea din exploatare a matritelor de turnare sub presiune,asupra procedeelor de incarcare prin sudare cu care s-au realizat cercetarile experimentale, avand ca şi obiective principale optimizarea parametrilor folositi la incarcarea prin sudare pentru realizarea stratului optim depus,cresterea temperaturii intre straturile depuse pentru o productivitate mai mare.

Aceasta lucrare prezintă un studiu asupra procedeelor de incarcare prin sudare , si anume Mig manual , Wig manual, Wig mecanizat pulsatoriu si CMT (Cold Metal Transfer) ce au fost folosite la realizarea cercetarilor experimentale.

Având în vedere scopul lucrării, s-au efectuat studii cu privire la partea constructiva a matritelor de turnare, materialele din care sunt construite aceste matrite, cercetari experimentale cu privire la campul termic la incarcarea prin sudare, si zonele in care acestea sunt predispuse sa prezinte abateri de la forma initiala in urma procesului de turnare.

Rezultatele obtinute in urma cercetarii experimentale au dus la prelungirea duratei de exploatare a matritei ce a reprezentat partea aplicativa in industrie a cercetarilor efectuate in cazul acestei teze cu 10% .

ABSTRACT

This thesis presents the results of research designed to load the welding surfaces of the mold, improve surface profile that makes parts that are to be cast resulting in increased service life. This paper presents a study of the causes that lead to decommissioning of die casting molds, weld load on the processes that were carried out experimental research, having as main objective optimization of welding parameters used to charge for the achievement Layer optimal filed temperature rise between layers deposited for higher productivity. This paper presents a study on charging processes in welding, ie MIG manual, manual Wig, Wig mechanical pulse and CMT (Cold Metal Transfer) that were used to produce experimental research. Given the purpose of the work were studied with regard to the constructive casting molds, the materials they are built these molds, experimental research on thermal field in welding load, and areas where they are likely to present deviations from the original shape after molding process. The results of experimental research led to prolonging service life of the mold that has been applied in industry the research performed for this thesis by 10%.

Page 70: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 70 -

CURRICULUM VITAE

Informaţii personale Nume IORDACHE Adrian

Adresă Str. Calea Bucuresti Nr. 28 , Braşov

Telefon 0722263863

E-mail [email protected]

Naţionalitate Română

Data naşterii 23 noiembrie 1984

Educaţie şi formare

10.2009 – Prezent Doctorand, Universitatea TRANSILVANIA din Braşov,

Departamentul D12: Eco-Tehnologii Avansate de Sudare

Specializarea Ingineria Materialelor

2009 – 2011 Student-masterand

Universitatea “Transilvania” Braşov

Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor

2006 – 2009 Student ,Universitatea “Transilvania” Braşov

Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor

Specializare UTS

2004 – 2007 Student ,Universitatea “Transilvania” Braşov

Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor

Colegiul Universitar Tehnic Specializarea MD

Experienţa profesională 2009 –2012 Cercetător, Asistent asociat, Universitatea TRANSILVANIA

din Braşov, D12: Eco-Tehnologii Avansate de Sudare,

Specializarea Inginera Materialelor, Braşov, România;

11.2006 - present Inginer, S.C. AEROMOLD S.R.L., Brasov, Romania;

Limbi străine cunoscute Engleză, Franceză

Activitate ştiinţifică 5 articole

Programe cunoscute Microsoft Word, Excel, PowerPoint, Solid Works, Mastercam,

Page 71: Scoala Doctorala Interdisciplinara Centrul de cercetare ... · Matritele de turnare sub presiune sunt utilizate la turnarea pieselor mici, cu pereti subtiri, complexe, unde marimea

Rezumat teza doctorat

Ing. Adrian IORDACHE - 71 -

CURRICULUM VITAE

Personal information Name IORDACHE Adrian

Address Str. Calea Bucuresti Nr. 28 , Braşov

Telephon 0722263863

E-mail [email protected]

Nationality Română

Date of birth 23 noiembrie 1984

Education and training

10.2009 – Prezent PhD Student at TRANSILVANIA University of Brasov,

Department D12: Eco-Welding Technologies,

Section of Materials Engineering

2009 – 2011 Masters Student

“Transilvania” University of Brasov

Department of Materials Science and Engineering

2006 – 2009 Student,“Transilvania” University of Brasov

Department of Materials Science and Engineering

Section UTS

2004 – 2007 Student,“Transilvania” University of Brasov

Department of Materials Science and Engineering

Technical College, Section MD

Work experience 2009 –2012 Researcher and Associate lecturer, TRANSILVANIA

University of Brasov, D12: Eco-Welding Technologies, Section

of Materials Engineering, Braşov, România;

03.2004 - present Engineer, S.C. AEROMOLD S.R.L., Brasov, Romania;

Languages English French

Research activity 5 papers

Known programs Microsoft Word, Excel, PowerPoint, Solid Works, Mastercam,


Recommended