Analiza Pieselor Turnate Prin Metode Nedistructive
CUPRINS
Cuprins ………………………………………………………….….……………………….. 3
PARTEA ANALITICĂ
CAPITOLUL 1
Introducere …………………………………………. ……………………………………………………………….. 4
CAPITOLUL 2
Materiale metalice. Proprietăți ………………………………..………………….………………….… 8
CAPITOLUL 3
Turnarea materialelor metalice …………………………………………………………………………….… 32
CAPITOLUL 4
Controlul nedistructiv al pieselor turnate …………………………………………………………………..69
CAPITOLUL 5
Norme de protecția muncii și PSI ……………………………………..………………………………… 92
CAPITOLUL 6
Bibliografie ………………………………………………………….…………….….…… 100
MATERIAL GRAFIC :
A0 Dispozitiv pentru asamblat lonjeron central
A2 Dispozitiv de strangere
A2 Suport cu role
A3 Surub cu piulita
A3 Surub cu piulita
=== Proiect ===
CUPRINS
Cuprins ………………………………………………………….….……………………….. 3
PARTEA ANALITICĂ
CAPITOLUL 1
Introducere …………………………………………. ……………………………………………………………….. 4
CAPITOLUL 2
Materiale metalice. Proprietăți ………………………………..………………….………………….… 8
CAPITOLUL 3
Turnarea materialelor metalice …………………………………………………………………………….… 32
CAPITOLUL 4
Controlul nedistructiv al pieselor turnate …………………………………………………………………..69
CAPITOLUL 5
Norme de protecția muncii și PSI ……………………………………..………………………………… 92
CAPITOLUL 6
Bibliografie ………………………………………………………….…………….….…… 100
MATERIAL GRAFIC :
A0 Dispozitiv pentru asamblat lonjeron central
A2 Dispozitiv de strangere
A2 Suport cu role
A3 Surub cu piulita
A3 Surub cu piulita
CAPITOLUL 1
INTRODUCERE
1.1. DEFINIREA ȘI CLASIFICAREA MATERIALELOR
Materialele reprezintă substanțele din care se produc diferite obiecte utile omului. Toate domeniile activității umane sunt dependente de materiale, de la fabricarea unui circuit integrat la construirea unui nave, de la biomaterialele necesare pentru armarea sau substituirea organelor sau țesuturilor umane la cele necesare pentru hrană, energie sau informație.
Materialele definesc nivelul de dezvoltare al unei societăți. Astfel primii pași ai omenirii au fost marcați prin epoca pietrei, bronzului și a fierului. În ziua de azi materialele joacă un rol determinant în dezvoltarea tehnologică și cercetare. Indiferent de specializarea unui inginer, acesta nu poate concepe sau nu poate realiza noi produse sau tehnologii fără a ține cont de comportarea materialelor folosite în condițiile concrete de solicitare. Proprietățile materialelor limitează adesea performanțele mașinilor și instalațiilor. De exemplu, creșterea randamentului energetic al unei turbine cu gaz de la un de avion sau al unui motor Diesel se poate realiza prin mărirea temperaturii de funcționare. Performanțele acestora sunt condiționate de obținerea de noi materiale metalice sau ceramice, rezistente la temperaturi înalte. Utilizarea materialelor depinde de asemenea de resurse, preț de cost, prelucrabilitate și compatibilitate cu mediul înconjurător.
O cunoaștere empirică a materialelor și experiența acumulată de-a lungul miilor de ani nu mai satisfac necesitățile actuale și adaptarea la tehnologiile moderne. Este necesară o abordare unificată și fundamentală a descrierii comportării materialelor. A apărut știința materialelor ca o necesitate de a controla proprietățile materialelor prin cunoașterea legilor fundamentale care le determină comportarea.
Stiința materialelor studiază producerea, prelucrarea și utilizarea rațională a materialelor.
Materiale = materii prime sau semifabricate care sunt folosite pentru executarea diverselor bunuri. Fiecare material are însușiri proprii care îl definesc.
Clasificare:
După gradul de prelucrare în momentul folosirii:
materii prime naturale(materiale brute):
lemn brut * piei crude de animale
nisip * fibre naturale
cărbune * minereuri brute
țiței * gaze naturale
materii prime artificiale(sintetice):
var ars(calcinare din calcar)
mangal(cărbune din lemn)
produse petroliere(benzină, motorină)
sticlă și produse ceramice
ciment
mase plastice
După domeniul în care sunt folosite:
materiale de construcții(cărămidă, cherestea etc);
materiale pt construcții de mașini * metalice (feroase sau neferoase)
*nemetalice (lemn, sticlă,
materiale plastice, uleiuri lubrifiante);
materiale pentru uz casnic(țesături, coloranți);
materiale electrotehnice:
materiale plastice electroizolante
hârtie și cartoane electroizolante
materiale ceramice electroizolante
materiale ceroase electroizolante
uleiuri
Prelucrările diferitelor materiale naturale au avut drept scop modificarea dimensiunilor, formei și compoziției. S-au prelucrat lemnul, piatra și solul în scopul obținerii de unelte, locuințe, păduri, drumuri, minereuri feroase și neferoase care, prelucrate, au dat naștere diverselor aliaje.
1.2. MATERIALE METALICE
Din punct de vedere fizico-chimic pot fi metale pure și aliaje metalice.
Metalele se găsesc în stare nativă în scoarța Pământului sub formă de combinații chimice naturale numite minerale. Mineralele se găsesc în roci asociate cu alte minerale formând minereurile. Ele se denumesc după metalul care se extrage din ele (de ex. minereu de fier, de cupru).
Materialele metalice = compuși chimici ai unui metal de bază cu alte metale / nemetale, care au însușiri specifice: culoare, luciu metalic, plasticitate, tenacitate(rezistență la acțiunea forțelor exterioare), conductibilitate termică și electrică.
Aliaje = se obțin prin amestecarea a două sau mai multe metale în stare topită și apoi prin solidificarea amestecului. Ele au calități superioare metalelor din care sunt compuse. Se folosesc în industria constructoare de mașini. Prin prelucrarea lor se realizează piese componente de mașini, utilaje, instalații, aparatură electrotehnică, electronică, energetică.
Clasificarea materialelor metalice:
Din cele 108 elemente chimice existente, 82 sunt metale.
a) Materialele metalice feroase
Fonta aliaj din Fe+nemetale(carbon, siliciu, mangan, sulf, fosfor).
fonte brute nealiate – pentru obținerea oțelului (fonte de afânare);
pentru retopire și turnare în piese (fonte albe,
cenușii, pestrițe);
fonte aliate – slab aliate (fonte albe aliate cu Cr, Ni, Mo);
înalt aliate (cu crom; cu aluminiu);
Oțelul aliaj al fierului cu carbonul. Clasificare:
după compoziția chimică
– oțeluri nealiate(Fe+C+elemente nedorite);
– oțeluri aliate (Fe+C+elemente de aliere:Cr, Ni, Mo, Ti, V, W);
după destinație – pentru construcții metalice sau de mașini;
– pentru scule așchietoare;
– cu destinație specială ( pile, arcuri, rulmenți);
după starea de livrare – deformabile (la cald sau la rece);
– turnate în piese;
– laminate;
b) Materialele metalice neferoase
– aluminiul, argint, aur, crom, cupru, magneziu, mangan, nichel, platină, plumb, potasiu, staniu, vanadiul, wolfram, zincul și aliajele lor.
Aliajele: Tab.1
1.3. UTILIZĂRILE MATERIALELOR METALICE FEROASE ȘI NEFEROASE
În principal, materialele metalice feroase și neferoase se utilizeaza în industria constructoare de mașini.
Fonta – se folosește la turnarea de piese de mașini unelte, blocuri-motoare, plăci de bază, roți dințate, segmenți, pistoane, piese componente ale autovehiculelor, mașinilor agricole etc.
Oțelul – se folosește sub formă de piese turnate (roți dinșate, roți de vagoane, carcase), sau semifabricate laminate(șuruburi, șaibe, piulițe) și trefilate (sârmă).
Aluminiul – în industria electrotehnică, industria chimică, alimentară, a construcțiilor de mașini pentru rezervoare, piese auto, piese pt avioane deoarece este ușor, rezistent mecanic și la coroziune.
Argintul și aurul – la confecționarea instrumentelor medicale, la fabricarea oglinzilor, argintarea obiectelor metalice, bijuterii.
Cobaltul – la realizarea unor aliaje dure, colorarea sticlei și a porțelanului, în radioterapie.
Cuprul – la realizarea conductorilor electrici, țevi pt cazane electrice sau instalații frigorifice.
Wolframul – fabricarea filamentelor pentru becuri electrice.
CAPITOLUL 2
MATERIALE METALICE. PROPRIETĂȚI
2.1. MATERIALE METALICE FEROASE ȘI NEFEROASE
2.1.1. MATERIALE FEROASE
Aliajele fierului sunt cele mai întrebuințate materiale metalice, atât în industrie, în general, cât și în construcția de mașini, în special. Aceasta se datorează, între altele, și prețului de cost relativ scăzut (în tabelul 2. sunt date cheltuielile energetice pentru câteva materiale).
Tabelul 2. Cheltuieli energetice pentru unele materiale metalice
Proprietățile mecanice ale materialelor feroase pot fi modificate în limite largi, în mai mare măsură decât în cazul altor materiale.
De asemenea, materialele feroase pot fi prelucrate aproape prin toate metodele tehnologice cunoscute și, în mare măsură, pot fi refolosite.
In funcție de conținutul de carbon se deosebesc două categorii mari de materiale feroase: aliaje de Fe cu până la 1,5…2,11 % carbon – oțelurile și până la 4,5…6,67 % carbon – fontele.
A. Fonte
Fontele sunt aliaje fier – carbon al căror conținut de carbon, depășind 1,7 %, este frecvent cuprins între 2,2…3,8 % și care mai conțin elemente însoțitoare (Si, Mn, P, S) și elemente de aliere.
Aceste aliaje au, în general, foarte slabe proprietăți plastice (forjabilitatea) și sudabilitate redusă, rezistența mecanică mai mică decât a oțelurilor, dar turnabilitate bună (temperatură de topire mai scăzută, fluiditate mare, interval de solidificare și implicit tendință de segregare reduse, contracție mică la solidificare – până la max.2 %), precum și capacitate de amortizare a vibrațiilor.
Clasificarea fontelor se poate face după sistemul de cristalizare, în modul următor:
• fonte albe;
• fonte cenușii (de turnătorie).
Clasificarea fontelor de turnătorie se poate face după cum urmează:
– după conținutul în carbon echivalent CE,
• fonte hipoeutectice: CE < 4,26 %;
• fonte eutectice: CE = 4,26 %;
• fonte hipereutectice: CE > 4,26 %.
– după forma grafitului:
• fonte cu grafit lamelar;
• fonte cu grafit nodular (fonte modificate);
• fonte cu grafit în cuiburi (fonte maleabile)
– după modul de aliere:
• fonte nealiate (conțin Fe și C, dar și Si, Mn, P, S, în cantități mici);
• fonte aliate (conțin și Cr, Ni, Cu, Al, Mo etc.):
– slab aliate (suma elementelor de aliere sub 4 %);
– mediu aliate (suma elementelor de aliere 4…10 %);
– bogat aliate (suma elementelor de aliere peste 10 %).
a) Fonte albe
Datorită durității foarte ridicate a cementitei (750 HB) și ledeburitei (700 HB), fontele albe sunt aliaje foarte dure, dar și foarte fragile. Ca urmare a acestor proprietăți, precum și a dificultăților de prelucrare care rezultă, fontele albe au o utilizare limitată în industrie.
Un domeniu de utilizare a fontei albe în industrie îl prezintă piesele turnate, supuse ulterior operației de maleabilizare, prin care se obțin în final piese din fontă maleabilă.
Un alt exemplu de utilizare îl constituie folosirea fontelor albe perlitice pentru executarea corpurilor de măcinare din morile de ciment.
O utilizare ceva mai largă o au așa numitele fonte cu crustă dură. În aceste fonte, datorită vitezelor de răcire diferite în miez și la suprafață, se obțin structuri diferite. În miez se obține structură de fontă cenușie, iar la suprafață se obține un strat de 12…30 mm cu structură de fontă albă.
Din fontă cu crustă dură se toarnă piese care lucrează în condiții de frecare foarte intensă cum sunt: cilindrii de laminor pentru siderurgie, calandrii pentru industria chimică și a hârtiei, tăvălugii pentru mori, rolele pentru industria siderurgică, roțile de vagoane, axele cu came pentru motoare cu ardere internă etc.
b) Fonte cenușii cu grafit lamelar
Aceste fonte conțin între 2,8 % și 3,6 % C, precum și Si, Mn, P, S. Prezența unor conținuturi mai mici de Ctotal conferă fontelor cenușii proprietăți mecanice mai bune (figura 1.). Dintre elementele însoțitoare, prezența unor cantități mai mari de Si micșorează proprietățile mecanice ale acestor aliaje (figura 2):
Fig. 1. Influența conținutului de Fig. 2. Influența conținutului de
carbon asupra proprietăților mecanice siliciu asupra proprietăților mecanice
Fontele cenușii au cea mai bună capacitate de amortizare a vibrațiilor.
Simbolizarea fontelor cenușii se face cu grupul de litere Fc (fontă cenușie) urmat de un grup de cifre care indică rezistența minimă la rupere prin tracțiune Rm (N/mm2).
c) Fonte modificate
Fontele de calitate superioară sunt obținute prin modificare – introducerea unei cantități mici de substanțe (modificatori), care formând particule insolubile în topitură, servesc ca centre de cristalizare, conducând la formarea unui grafit fin, uniform dispersat.
Fontele cu grafit nodular au proprietăți superioare tuturor fontelor, fiind similare cu cele ale oțelurilor. Modulul de elasticitate este ridicat (16.500 – 18.500 daN/mm2), așchiabilitatea este foarte bună, recomandându-se pentru piese care reclamă rezistență (îndeosebi la solicitări dinamice) și plasticitate mai ridicate decât cele ale fontelor cu grafit lamelar.
Simbolizarea fontelor cu grafit nodular se face cu grupul de litere Fgn (fontă cu grafit nodular) urmat de un grup de cifre care indică rezistența minimă la rupere prin tracțiune Rm (N/mm2).
d) Fonte maleabile
Acestea sunt fonte superioare, obținute prin grafitizarea celor albe turnate în piese, printr-un tratament termic caracteristic – recoacere de maleabilizare.
Forma mai convenabilă a grafitului (grafit în cuiburi), obținută în fontele maleabile, face ca acestea să posede caracteristici mecanice superioare fontelor cenușii.
Simbolizarea fontelor maleabile se face astfel: F – fontă; m – maleabilă; a – albă; n – neagră; p – perlitică, iar cifrele adăugate simbolului reprezintă rezistența la rupere prin tracțiune, exprimată în [N/mm2].
În funcție de modul cum se realizează răcirea în timpul maleabilizării se pot obține structuri diferite ale masei metalice de bază, astfel încât fontele maleabile pot fi:
• fonte maleabile albe;
• fonte maleabile negre;
• fonte maleabile perlitice.
Utilizarea fontelor maleabile este îngrădită de grosimea limitată a pereților pieselor (max.25…30 mm), iar a celor negre, parțial și de duritatea redusă care împiedică folosirea lor pentru piese rezistente la uzare.
În general, ele se recomandă pentru confecționarea pieselor turnate mici, în forme complicate, cu pereți subțiri, cu bună rezistență, oarecare tenacitate și rezistență la șocuri.
e) Fonte aliate
Acestea sunt fonte cenușii, albe sau maleabile care datorită prezenței unor elemente de aliere ca: peste 0,3 % Ni, Cr, Cu sau W, peste 0,1 % Mo, V sau Ti, mai mult de 2 % Mn și 4 % Si, posedă caracteristici mecanice îmbunătățite, inclusiv rezistență la uzare și la temperaturi înalte (fontele slab și mediu aliate) sau rezistență ridicată la coroziune (fontele bogat aliate).
Prezența nichelului, influențând grafitizarea, mărește rezistența (de exemplu, fontele pentru cilindrii de laminoare), îmbunătățind în același timp prelucrabilitatea. Adaosurile de Cr, V și Ti, care formează carburi, măresc duritatea și rezistența fontei, înrăutățind însă prelucrabilitatea. Adaosuri concomitente de Ni – Cr se utilizează pentru compensarea reciprocă a grafitizării și formării exagerate a carburilor nedorite.
Aceste fonte sunt recomandate pentru turnarea unor piese greu solicitate, ca: arbori cotiți pentru motoare Diesel și compresoare, segmenți de pistoane, cămăși de cilindrii răciți cu aer, cochile și matrițe pentru prelucrarea metalelor neferoase etc.
B. Oțeluri
Datorită multitudinilor proprietăților care se cer în diferite ramuri industriale, gama calităților de oțeluri a ajuns să fie foarte largă, cuprinzând un foarte mare număr de mărci.
Clasificarea este necesară, atât pentru clarificarea proprietăților și destinațiilor diferitelor categorii de oțeluri, cât și pentru a înțelege principiul care stă la baza simbolizării mărcilor de oțeluri.
În funcție de scopul urmărit, mărcile de oțel pot fi clasificate după criterii diferite, cum sunt: compoziția chimică, domeniul de utilizare, structura etc.
Clasificarea oțelurilor în funcție de compoziția lor chimică poate fi făcută astfel:
• oțeluri nealiate sau oțeluri carbon:
– cu destinație generală;
– cu destinație precizată (pt. arcuri, pt. automate etc.);
• oțeluri aliate:
– slab aliate;
– mediu aliate – cu destinație generală;
– cu destinație precizată;
– înalt aliate.
Clasificarea în funcție de domeniul de utilizare poate fi făcută în modul următor:
• oțeluri pentru construcția de mașini:
– de cementare (conțin până la 0,25 % C);
– de îmbunătățire (conțin 0,25…0,65 % C);
• oțeluri de scule (conțin 0,65…1,5 % C).
Clasificarea în funcție de structură poate fi făcută după cum urmează:
• oțeluri hipoeutectoide (0…0,77 % C);
• oțeluri eutectoide (0,77 % C);
• oțeluri hipereutectoide (peste 0,77% C).
În general, proprietățile oțelurilor sunt influențate de conținutul de carbon, deci de variația cantitativă a constituenților lor structurali. Caracteristicile lor de rezistență mecanică cresc, iar cele de plasticitate scad cu creșterea conținutului de carbon (figura 3.).
a) Oțeluri carbon de uz general
Acestea sunt oțeluri cu conținut de carbon până la 0,6 %, nealiate sau slab aliate cu Mn (OL 44) sau cu Mn, Si și V (OL 52), disponibile sub formă de semifabricate deformate plastic la cald (laminate, forjate etc.). Ele sunt utilizabile în mod curent netratate termic (eventual normalizate), pentru piese solicitate static la temperaturi cuprinse între –40 0C și +300 0C.
Oțelurile carbon de uz general au largă utilizare fiind ieftine dar și pentru că, în general, nu mai necesită deformare plastică la cald, au bună deformabilitate la rece și o bună sudabilitate.
Fig. 3. Influența conținutului de carbon asupra proprietăților mecanice
ale oțelurilor în stare normalizată
În tabelul 3. se prezintă caracteristicile mecanice și tehnologice ale oțelurilor carbon de uz general.
Tabelul 3. Caracteristici mecanice și tehnologice ale oțelurilor carbon de uz general
După garanțiile date la livrare se disting patru clase de calitate:
– clasa 1 – cu garanții privind compoziția chimică, caracteristicile mecanice la tracțiune și îndoirea la rece;
– clasa 2 – cu garanții suplimentare privind reziliența (KCU) la 20 0C;
– clasa 3 – cu garanții suplimentare privind energia la rupere (KV) la 0 0C;
– clasa 4 – cu garanții suplimentare privind energia la rupere la –20 0C.
Se simbolizează cu grupul de litere OL (oțel laminat) urmat de un grup de cifre care indică rezistența la rupere Rm (daN/mm2).
b) Oțeluri carbon cu calitate și aliate
Primele sunt oțeluri nealitate cu compoziție și proprietăți mecanice garantate (STAS 880-80) utilizate – tratate termic sau termochimic – pentru piese mai puternic solicitate mecanic.
În funcție de caracteristicile prescrise pot fi:
– oțeluri de calitate propriu-zise;
– oțeluri de calitate superioare.
În funcție de tratamentul termic pot fi:
– oțeluri pentru cementare;
– oțeluri pentru îmbunătățire.
Oțelurile carbon de calitate se simbolizează cu grupul de litere OLC (oțel laminat de calitate), urmat de un grup de cifre care indică conținutul mediu de carbon exprimat în sutimi de procent.
Oțelurile aliate se simbolizează prin litere și cifre, după cum urmează: primul grup de cifre indică conținutul în carbon în sutimi de procent, urmează simbolurile elementelor de aliere; cifrele care urmează după fiecare element indică concentrația acestuia în zecimi de procent iar dacă nu urmează cifre concentrația acestuia este aproximativ 1 %. Elementul principal de aliere, care se găsește în cantitatea ce a mai mare, se trece ultimul în șirul acestor simboluri.
b.1) Oțeluri pentru cementare
Cementarea conduce la obținerea unor suprafețe dure, rezistente la uzare și chiar la oboseală. Cel mai convenabil și ieftin tratament termic ulterior este călirea direct de la temperatura de carburare (în săruri sau gaze carburante). În cele mai multe cazuri însă, piesele se răcesc lent de la temperatura normală de carburare până la cea normală, în structură rezultând grăunți fini. Apoi se face o călire, simplă sau dublă, urmată de revenire joasă, pentru detensionare.
În construcția de mașini se utilizează de exemplu OLC 10 pentru clicheți, furci, pene de ghidare, role pentru lanțuri; OLC 15 pentru șuruburi de mișcare, piulițe, pârghii, pene de ghidare; 15Cr0,8 pentru arbori cu came, bucșe, roți dințate, melci; 13CrNi30 sau 16CrMn12 pentru roți dințate, arbori, pene.
b.2) Oțeluri pentru îmbunătățire
În vederea obținerii concomitente a unor rezistențe și tenacități ridicate, aceste oțeluri sunt supuse unei căliri urmată de o revenire înaltă (îmbunătățire).
În funcție de compoziția lor chimică, oțelurile de îmbunătățire sunt pot fi de cinci tipuri:
– nealiate (OLC 25, OLC 35, OLC 45, OLC 55, OLC 60);
– aliate cu Mn;
– aliate cu Cr;
– aliate cu Cr – Mo;
– aliate cu Ni-Cr-Mo.
La oțelurile nealiate, rezistența după îmbunătățire crește odată cu conținutul de carbon. Prezența manganului îmbunătățește și mai mult călibilitatea, ridicând și stabilitatea după revenire. Nichelul mărește tenacitatea oțelurilor.
Până la C < 0,3 % aceste oțeluri se sudează bine, dar condiționat, necesitând preîncălzire și recoacere după sudarea prin topire.
Așchiabilitatea cea mai favorabilă o au cele nealiate până la 0,45 % C precum și cele de tipul 35Mn16. Pentru toate celelalte este recomandabilă o recoacere prealabilă de înmuiere.
În industrie, În funcție de tratamentul termic pot fi:
– oțeluri pentru cementare;
– oțeluri pentru îmbunătățire.
O grupă aparte a oțelurilor pentru îmbunătățire o formează cele pentru nitrurare, care conțin elemente de aliere ca Al, Cr, Mo și V. Ele sunt așchiabile atât după recoacerea de înmuiere, cât și în stare îmbunătățită. Din aceste oțeluri se execută, de exemplu, arborii principali ai mașinilor-unelte.
O altă grupă aparte a oțelurilor pentru îmbunătățire o constituie cele pentru piese mari (cu dimensiuni peste 100 mm) forjate. Ele sunt elaborate îngrijit (dezoxidate în vid), lipsite de hidrogen și incluziuni nemetalice.
În tabelul 4. se prezintă caracteristicile mecanice ale oțelurilor carbon de calitate și aliate folosite în construcția de mașini.
Tabelul 4. Caracteristici mecanice ale oțelurilor carbon de calitate și aliate
Notații: Cr – călit și revenit la temperatură joasă
CR- călit și revenit la temperatură înaltă
c) Oțeluri turnate în piese
Din punct de vedere tehnologic și economic este mai avantajos ca piesele cu configurație complicată cărora li se cer rezistență și tenacitate să fie executate nu prin forjare sau sudare, ci prin turnare din oțeluri adecvate.
În pofida proprietăților în general scăzute de turnare și a sensibilității pronunțate la răcire, actualmente, destul de numeroase oțeluri nealiate (OT 40…OT 70, STAS 600-82) sau aliate (T20Mn14, T35MoCrNi08 etc., STAS 1773-82) se elaborează și se utilizează pentru obținerea pieselor turnate.
Datorită granulației mai grosolane și prezenței defectelor de turnare, oțelurile turnate, comparativ cu cele laminate au rezistența, plasticitatea și tenacitatea inferioare celor în direcția laminării și ușor superioare celor perpendiculare pe direcția laminării. Rezistențele la oboseală, la temperaturi înalte și la uzare sunt, de asemenea, sensibil inferioare celor ale oțelurilor laminate.
Domeniile de utilizare sunt: roți pentru cabluri și lanțuri, roți dințate, carcase, corpuri de pompe, arbori cotiți, flanșe etc.
Se simbolizează cu grupul de litere OT (oțel turnat) urmat de un grup de cifre care indică rezistența minimă la rupere Rm (N/mm2).
În tabelul 5. se prezintă caracteristicile mecanice ale oțelului carbon turnat în piese, după tratamentul termic de normalizare.
Tabelul 5. Caracteristici mecanice ale oțelurilor carbon turnate în piese
d) Oțeluri cu înaltă rezistență mecanică, sudabile
Acestea sunt oțeluri slab aliate cu Mn, Si, Mo, Cr, Ni (max.2 % fiecare și sub 5 % în total) cu structură austenică fină și rezistența la rupere ridicată (Rm = 60…220 daN/ mm2).
Ele sunt de două tipuri:
– oțeluri "non QT" (laminate la cald sau normalizate) a căror rezistență ridicată se datorează elementelor de aliere; ele se pot deforma la cald și suda bine, fără pericol de fisurare.
– oțeluri "QT" a căror rezistență foarte ridicată se datorează atât elementelor de aliere cât și unui tratament termic de îmbunătățire, necesar în urma scăderii proprietăților mecanice după deformarea la cald sau sudare.
Pe de altă parte, aceste oțeluri se împart frecvent în trei grupe:
I – cu rezistență ridicată: Rm > 50 daN/ mm2 și Rp > 31 daN/ mm2;
II – suprarezistente: Rm = 70…90 daN/ mm2 și Rp = 60…80 daN/ mm2;
III – ultrarezistente: Rm = 140…200 daN/ mm2 și Rp = 120…180 daN/ mm2.
Din această categorie fac parte oțeluri ca: OL 52.3, OCS 52…OCS58, 15Cr08, R 58, 20Mn10, OLT 65.
Oțelurile cu înaltă rezistență își găsesc o utilizare din ce în ce mai largă în construcții aeronavale și spațiale, dar sunt utilizate și în industrie pentru piese puternic solicitate sau expuse la presiuni mari: arbori de antrenare a rotorului principal, rezervoarele cilindrilor sub presiune, elemente ale cutiilor de viteze, angrenaje, pistoanele preselor pentru extrudat aliaje neferoase etc.
e) Oțeluri pentru automate
Întrucât prelucrarea prin așchiere pe mașini-unelte automate este caracteristică pieselor mici, de serie foarte mare, în acest scop se utilizează preponderent oțeluri nealiate, de cementare sau îmbunătățire cu 0,10…0,45 % C care conțin – în vederea obținerii unei așchieri mai ușoare cu viteze mari – și S (0,1-0,3 %) și P (0,04-0,15 %).
Sulful formează cu Mn incluziuni de sulfuri, care întrerup continuitatea masei metalice, asigurând formarea unor așchii fărâmicioase, scurte. Prezența fosforului are efecte de fragilizare, mărind caracterul casant al așchiilor și conduce, de asemenea, la obținerea unor suprafețe netede, de calitate superioară. De asemenea, se utilizează oțeluri pentru automate aliate și cu alte elemente, spre exemplu cu 0,15…0,30 % Pb care are și un efect lubrifiant, mărind durabilitatea sculelor așchietoare de până la patru ori. Rezultate și mai bune se obțin la așchierea oțelurilor cu adaosuri de Te, Se, Bi sau Pb-Te, care permit mărirea vitezei de așchiere cu peste 40 %.
Oțelurile pentru automate pot fi supuse acelorași tratamente termice ca și oțelurile cu compoziții chimice similare, dar cu conținuturi scăzute în S și P.
Se simbolizează cu grupul de litere AUT urmat de un grup de cifre care indică conținutul mediu de carbon exprimat în sutimi de procent.
În tabelul 6. se prezintă caracteristicile mecanice ale oțelurilor pentru automate (STAS 1350-80).
Tabelul 6. Caracteristici mecanice ale oțelurilor pentru automate
Notații: L – laminat la cald; N – normalizat; R – revenit
f) Oțeluri microaliate și de înlocuire
Aceste materiale sunt oțeluri microaliate cu anumite elemente în proporții foarte mici (sutimi sau miimi de %) care micșorează granulația și îmbunătățesc călibilitatea.
Astfel, oțelurile microaliate cu V (0,01…0,03 %), călite și revenite înalt, au duritatea, rezistența la rupere Rm și rezistența la curgere Rp mult superioare acelorași oțeluri fără V.
Prezența unui adaos de 0,001 % B (în 40BCr10) conferă aceeași călibilitate ca și 1,33 % Ni + 3,1 % Cr + 0,04 % Mo, economisindu-se astfel elemente de aliere scumpe, deficitare și îmbunătățindu-se concomitent proprietățile mecanice.
Alierea cu mai multe elemente în proporții mici influențează proprietățile oțelurilor într-o măsură mai mare decât alierea cu un singur element în cantități mari.
2.1.2. MATERIALE NEFEROASE
Materialele neferoase cele mai utilizate în industria constructoare de mașini pot fi clasificate astfel:
– metale și aliaje ușoare;
– cupru și aliaje de cupru;
– zinc și aliaje de zinc.
A. Metale și aliaje ușoare
a) Aluminiu și aliaje de aluminiu
Aluminiul, datorită proprietăților sale – îndeosebi tehnologice (plasticitate la cald și la rece, turnabilitate) – precum și mai ales raportului favorabil dintre caracteristicile mecanice (susceptibile la îmbunătățiri substanțiale prin tratamente mecanice sau termice) și greutatea specifică mică ( γ = 2,7 g/cm3), are – în special sub formă de aliaje – o largă întrebuințare în industrie. Se utilizează cu precădere pentru piese în mișcare rapidă, reclamând inerție mică, diferite carcase, recipienți pentru depozitat și transportat etc.
Conductivitatea termică relativ ridicată a aluminiului (0,52 cal / cm s oC) îi conferă utilizabilitate pentru piese cărora li se cere o viteză maximă de transport de căldură (pistoane de motor, schimbătoare de căldură etc.). Conductivitatea electrică ridicată (37 m / Ω mm2, cca. 62 % din cea a cuprului raportând la volum și 190 % raportând la greutate), asigură utilizarea aluminiului și în industria electrotehnică.
Aluminiul este rezistent la coroziune în aer, apă dulce, într-o serie de acizi. La temperatură normală este inalterabil datorită formării unei pelicule compacte și aderente de oxid (netoxic pentru organismul uman).
Ca atare, aluminiul este utilizat în industria alimentară (vase, recipienți, folii), iar aliajele lui în industria chimică, a petrolului etc.
În construcția de mașini, în afară de repere puțin solicitate, se utilizează de obicei aliajele de Al cu Cu, Mg, Zn, Mn, Si, Ni, Fe, elemente care, având solubilitate limitată și variabilă în Al, conduc la îmbunătățirea atât a proprietăților mecanice cât și a celor tehnologice, făcând oportună aplicarea tratamentelor termice.
Aliajele de aluminiu pot fi binare (Al – Cu, Al – Mg, Al – Mn, Al – Fe, Al – Ni) sau complexe. Cele folosite în construcția de mașini sunt aliaje hipoeutectice, deci cu un conținut redus al elementului de aliere.
Aliajele de aluminiu se clasifică în următoarele categorii: aliaje deformabile și aliaje pentru turnătorie; aliaje care nu se durifică prin tratament termic și aliaje care se durifică prin tratament termic.
– Aliaje deformabile
Aliajele care nu se durifică prin tratament termic (aliaje Al – Mn cu 1,0…1,6 % Mn) sunt utilizate pentru piese prelucrate prin ambutisare. Sunt utilizate, recoapte sau ecruisate sub formă de profile, table, benzi, pentru rezervoare, caroserii etc.
Aliajele de aluminiu care se durifică prin tratament termic (Duraluminuri slab, mediu sau bogat aliate) conțin și Cu, Mg, Mn, Si, Zn. Duraluminul se deformează plastic, în general, la temperatura de 440…480 oC. Prezintă proprietăți mecanice bune (Rm = 420…500 N/mm2, HB = 150), dar o rezistență redusă la coroziune, ceea ce impune placarea cu aluminiu.
Așchiabilitatea acestor aliaje este foarte bună, mai ales în cazul prezenței unor adaosuri de 1…3 % Pb sau Bi.
Dintre numeroasele utilizări ale Duraluminiului trebuie menționate: suprastructuri de aeronave și autovehicule, elice, piese pentru mașini de birou.
Aliajele de aluminiu pentru turnătorie sunt aliajele Al-Si, Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn precum și polinare. Conținutul de elemente de aliere este mai ridicat decât la aliajele deformabile, conducând la apariția unei cantități de eutectic care conferă fluiditate, compactitate și rezistență la tensiunile de contracție după turnare.
Aliajele de Al pentru turnătorie pot fi sau nu durificate prin tratamente termice, în funcție de natura și calitatea componentelor; efectul durificării este mai scăzut decât la aliajele deformabile, efect ce scade pe măsura creșterii cantității de eutectic.
Aliajele binare Al-Si (Siluminuri) sunt indicate pentru turnarea de piese cu pereți subțiri și configurație complicată, mai puțin solicitate sau lucrând în mediu coroziv (corpuri de pompe, răcitoare, fitinguri, blocuri motor, cartere, chiuloase etc.).
Aliajele binare Al-Cu sunt mai puțin utilizate pentru că se toarnă relativ greu prin procedeele clasice și au tendință de fisurare la solidificare. Sunt întrebuințate în construcții deosebite, în industria aviatică pentru construcția de pistoane și chiuloase de motor (ATCu4Ni2Mg2).
Aliajele binare Al-Mg sunt cele mai ușoare aliaje de Al, cu rezistența mecanică destul de ridicată, foarte bună rezistență la coroziune și așchiabilitate excelentă. Aliajele Al-Zn, întotdeauna aliate și cu Mg, Si sau Cu, au rezistență mecanică și la coroziune reduse, sunt ceva mai grele, însă se elaborează ușor și se toarnă bine.
b) Aliaje de magneziu
Magneziul are cea mai mică greutate specifică (γ = 1,75 g/cm3) dintre toate metalele utilizate în construcția de mașini, dar rezistența și plasticitatea lui sunt reduse (turnat Rm ≤ 10 daN/mm2, A=2 %, iar laminat, extrudat Rm = 18…20 daN/mm2, A = 5 %). Căldura sa specifică este mică, conductivitatea electrică mare și rezistența la coroziune foarte scăzută; se topește la 650 oC.
Se folosește cu precădere la elaborarea aliajelor pentru turnătorie sau deformabile (laminabile).
Aliajele de Mg sunt foarte ușoare (γ < 2 g/cm3), au o rezistență mecanică suficientă (Rm = 30 daN/mm2) și o bună rezistență la coroziune.
Aliajele laminabile au fie bune proprietăți mecanice (aliajele Mg-Al-Zn, Mg-Zn-Cr), fie rezistență la coroziune ridicată (aliajele Mg-Mn). Se utilizează sub formă de profile sau table pentru piese diverse.
Aliajele pentru turnătorie au un conținut mai mare de elemente de aliere, care conduc la obținerea de eutectic, îmbunătățind astfel turnabilitatea. Sunt utilizate pe scară largă în construcții aeronavale (elice, trenuri de aterizare), pentru alte construcții foarte ușoare, corpuri de pompe, cartere – motor, aparate foto – optice și de birou etc.
b) Cuprul – este un metal de culoare roșiatică, relativ greu (ρCu=8.95 g/cm3) și relativ greu fuzibil (Tt= 1083 0C). Este maleabil și are conductivitate termică mare. Ductilitatea sa foarte bună și conductivitatea electrică mare îl recomandă pentru fabricarea conductoarelor electrice (fire, cabluri). Cuprul pur are rezistența mecanică mică, duritate mică, este plastic și rezistent la șoc. Proprietățile cuprului pot fi îmbunătățite prin aliere cu Zn, Sn, Al, Be, Ni.
Fig. 5 a b
Zinc – este un metal de culoare albăstruie, foarte ușor, (ρZn=7.13 g/cm3). Este destul de ușor fuzibil (Tt= 419 0C). Are conductivitate termică și electrică, precum și plasticitatea mai reduse ca ale altor metale. Nu poate fi deformat decât prin încălzire la 150 0 – 2000C. Este rezistent la coroziunea atmosferică, fiind utilizat la acoperirea produselor din oțel.
Fig. 6 a b
2.2. PROPRIETĂȚI ALE MATERIALELOR METALICE
2.2.1. GENERALITĂȚI
Piesele confecționate din materiale metalice (metale sau aliaje), folosite cu cea mai mare pondere în construcția de mașini și utilaje, sunt supuse în timpul utilizării (exploatării) la acțiunea unor încărcări mecanice (forțe) exterioare. Ca efect al acțiunii forțelor exterioare, în aceste piese se crează așa-numitele forțe interioare sau eforturi și piesele se deformează.
Pentru a pune în evidență existența forțelor interioare se consideră un corpmetalic aflat în echilibru sub acțiunea unui sistem de forțe F1, F2, …, Fn, așa cum se arată în figura 7 a. Secționând corpul cu un plan virtual (imaginar) S, se obțin părțile I și II, având suprafețele de separare S1 și S2. Pentru menținerea echilibrului părților I și II este necesar ca, pe fiecare element de arie ΔA al suprafețelor de separarare, să acționeze câte o forță interioară de legătură ΔF, așa cum se prezintă în figura 7 b. Folosind relația:
se definește (în orice punct curent P asociat unui element de arie ΔA al suprafețelor de separare) mărimea vectorială pn, numită tensiune (mecanică) totală sau vector tensiune, care caracterizează distibuția eforturilor (forțelor interioare) pe unitatea de suprafață a unei secțiuni (virtuale) considerate într-o piesă solicitată mecanic; intensitatea (modulul) vectorului tensiune se măsoară în N/m2 (sau N/mm2).
Conform definiției, pn depinde în principal de intensitatea forței ΔF, determinată de intensitățile forțelor exterioare și de orientarea elementului de arie ΔA (definită de poziția și orientarea planului virtual de secționare S). Vectorii tensiune pn, corespunzători tuturor orientărilor posibile ale elementului de arie ΔA asociat unui punct curent P, definesc starea de tensiuni mecanice în punctul respectiv. Vectorul tensiune pn din orice punct curent P al secțiunii virtuale S se poate descompune în două componente: o componentă σ, numită tensiune (mecanică) normală, orientată după normala n a secțiunii S și o componentă τ, numită tensiune (mecanică) tangențială, orientată după o direcție situată în planul secțiunii S , așa cum se poate observa în figura 7 c.
Fig. 7. Schemele de definire a tensiunilor mecanice în corpurile solide supuse acțiunii unor forțe (încărcări) exterioare
Deformațiile produse corpului de solicitările exterioare depind de stările de tensiuni ce se crează sub acțiunea acestor solicitări. Așa cum se prezintă în figura 8, în funcție de tipul tensiunilor mecanice care acționează, deformațiile elementelor de volum ale corpului pot fi: deformații liniare (alungiri sau scurtări), produse prin acțiunea tensiunilor normale și deformații unghiulare (lunecări), produse prin acțiunea tensiunilor tangențiale.
Pentru exprimarea analitică a dependențelor dintre tensiunile create sub acțiunea solicitărilor mecanice exterioare și deformațiile produse, se definesc deformațiile specifice liniare (alungiri sau scurtări specifice) și deformațiile specifice unghiulare (lunecări specifice), cu relațiile (v. notațiile din fig.8):
Comportarea unei piese la solicitările mecanice produse de forțele exterioare depinde de anumite însușiri specifice materialului metalic din care este confecționată piesa, numite proprietăți mecnice. De obicei, proprietățile mecanice ale unui material metalic se determină prin încercări mecanice, constând din solicitarea unor epruvete (probe cu configurații și dimensiuni bine definite, prelevate din materialul supus cercetării) în condițiile adecvate evidențierii proprietăților urmărite. Cu ajutorul încercărilor mecanice se obțin date calitative privind comportarea materialelor în condițiile de solicitare corespunzătoare acestor încercări și valorile unor mărimi fizice sau convenționale, numite caracteristici mecanice, care se pot utiliza ca parametri cantitativi de exprimare a proprietăților mecanice.
Fig. 8. Tipuri de deformații produse de tensiunile mecanice:
a – deformații liniare; b – deformații unghiulare
2.2.2. PROPRIETĂȚI FIZICE ȘI CHIMICE
Culoarea (cenușiu închis până la alb strălucitor);
Luciul metalic (se accentuează prin lustruire mecanică);
Densitatea ()=masa unității de volum. Se măsoară în g/cm3 sau kg/m3. Există din punct
de vedere al densității – metale ultraușoare(Mg), ușoare(Al), semiușoare(Ti), grele(Fe), foarte grele(Au). Variază de la 530 kg/m3 (litiu), până la 22 500 kg/m3 (osmiu)
Fuzibilitatea = proprietatea de a se topi. Fiecare metal are o tenperatură de topire. De aceea metalele pot fi: ușor fuzibile(natriu), greu fuzibile(cuprul), foarte greu fuzibile(niobiul), refractare(wolframul).
Dilatarea termică=proprietatea de a se dilata (iși măresc dimensiunile liniare, volumul prin încălzire).
Conductibilitate termică (transmit căldură).
Conductibilitate electrică = proprietatea de a conduce curentul electric și e influențată de temperatură. Mărimea fizică a acestei proprietăți este conductivitatea.
Rezistență la coroziune= proprietatea de a rezista la degradare lentă de la suprafață la interior sub acțiunea agenților chimici.
Proprietăți magnetice- aproape toate metalele se magnetizează într-un câmp magnetic.
2.2.3. PROPRIETĂȚI MECANICE
Rezistența la tracțiune = proprietatea corpurilor solide de a se opune deformării sau ruperii sub acțiunea a două forțe axiale de sens contrar, orientate spre exteriorul piesei.
Pentru a evidenția particularitățile comportării materialelor metalice policristaline solicitate mecanic se folosește (ca încercare de referință) încercarea la tracțiune. Condițiile și modul de realizare a încercării la tracțiune și caracteristicile mecanice care se pot determina prin această încercare sunt reglementate prin standardul SR EN 10002 (care reprezintă versiunea în limba
română a standardului european EN 10002).
Rezistența la compresiune = proprietatea corpurilor solide de a se opune deformării sau ruperii sub acțiunea a două forțe axiale de sens contrar, orientate spre interiorul piesei.
Rezistența la încovoiere este proprietatea corpurilor solide de a se opune deformării sub acțiunea unui moment încovoitor exercitat de forțe exterioare.
Rezistența la torsiune este proprietatea corpurilor solide de a se opune deformării sub acțiune unui moment de răsucire (care se exercită în fiecare secțiune)
Rezistența la forfecare= proprietatea corpurilor solide de a se opune acțiunii momentane a două forțe paralele, egale, de sems contrar, dispuse perpendicular pe suprafața corpului, la mică distanță una de alta, de o parte și de alta a unei secțiuni.
Duritatea = proprietatea corpurilor solide de a se opune pătrunderii în masa lor a unor corpuri solide. Se exprimă în raport cu diamantele pe o scară de la 1 la 10.
Elasticitatea, respectiv plasticitatea= proprietatea de a reveni, respectiv a rămâne deformată după încetarea forțelor exterioare.
S-a stabilit pe cale experimentală că, în cazul în care solicitările mecanice aplicate asupra unei piese crează stări de tensiuni capabile să producă numai deformații elastice ale materialului acesteia, este valabilă legea lui Hooke, adică dependența dintre tensiunile generate de solicitările mecanice și deformațiile specifice de natură elastică produse este liniară. Astfel, în cazul unei piese metalice care suferă deformații elastice sub acțiunea unei solicitări de întindere sau compresiune monoaxială, starea de tensiuni generată în piesă este caracterizată numai printr-o tensiune normală (orientată după direcția forțelor exterioare care produc întinderea sau comprimarea monoaxială a piesei)
2.2.4. PROPRIETĂȚI TEHNOLOGICE = capacitatea metalelor de a fi prelucrate printr-un procedeu tehnologic.
Capacitatea de turnare (metale lichide turnate în forme).
Forjabilitatea (se prelucrează prin deformare plastică la cald-lovire sau presare).
Prelucrabilitatea prin așchiere (prelucrarea metalelor prin strunjire, găurire, frezare, robotare, alezare).
Maleabilitatea (metalele pot fi trase în foi subțiri prin laminare).
Ductilitatea (metalele pot fi trase în foi subțiri prin trefilare).
Sudabilitatea ( proprietatea metalelor de a se îmbina prin topire sau prin îmbinare).
Durificarea (proprietatea de a-și modifica structura și duritatea prin încălzire și răcire, prin tratare termică).
CAPITOLUL 3
TURNAREA MATERIALELOR METALICE
3.1. TEHNOLOGII DE OBȚINERE A MATERIALELOR METALICE
Metodele de obținere a metalelor din minereuri constituie obiectul metalurgiei extractive și se împarte în:
a) Procedee pirometalurgice (extracția se desfășoară la temperaturi ridicate) : prăjirea, topirea, vaporizarea.
b) Procedee hidrometalurgice (minereul sfărâmat și măcinat este separat în util și steril, prin spălare în bazine de flotație sau cuve).
Obținerea materialelor metalice feroase – se folosește a) în instalații de tip furnal și cubilou pentru fonte, respectiv furnale Martin, cuptoare electrice și convertizoare pentru oțel.
Obținerea fontei. Instalația de tip furnal este mereu alimentată cu minereu, cocs și calcar (fondant). În furnal, prin arderea cocsului, minereul se topește și rezultă aliajul în stare topită, plus zgură și gaze de furnal. Fonta topită se toarnă în forme metalice speciale (lingotiere), din care, după solidificare, se obțin lingourile. Lingourile de fontă brută nealiată sunt topite cu fonta veche, cocs și calcar într-un cubilou, iar aliajul în stare topita rezultat este turnat în piese.
Obținerea oțelului. Lingourile de fontă brută se topesc în cuptoare Martin (Hunedoara, Reșița) sau cuptoare electrice sau în convertizoare(Galați), împreună cu fier vechi, calcar, minereuri. Se insuflă aer cald pt creșterea vitezei de topire. Aliajul topit obținut se toarnă în lingouri, iar după solidificare este trimis spre laminoare. Produsele laminate se pot prezenta sub formă de :
-produse laminate finite (profile, table, benzi, țevi);
-semifabricate destinate relaminării la cald sau forjării.
Obținerea materialelor metalice neferoase – se folosesc procedeele b), a) și electrolitice.
Obținerea aluminiului. În natură, aluminiul nu se găsește în stare nativă ci doar în combinații. Materia primă necesară pt extragere este bauxita, minereu ce care 60% Al.
3.2. PARTICULARITĂȚI LE TURNĂRII GRAVITAȚIONALE ÎN FORME PERMANENTE (ÎN COCHILE)
3.2.1. Principiul turnării gravitaționale în forme metalice
Turnarea gravitațională în forme permanente este cunoscând practica atelierelor de turnare sub denumirea „turnare în cochile”. Pentru a se asigura reutilizarea formelor la mai multe turnări succesive acestea se execută din aliaje metalice sub forma unor matrițe sau cochile. Din punct de vedere al principiului turnării aliajului în formă acest procedeu este asemănător cu procedeul convențional, clasic, de turnare în forme crude. Aliajul lichid este turnat din oala de turnare în formă, în pâlnia rețelei de turnare, și umple amprenta piesei curgând prin rețeaua de turnare sub greutatea proprie. După solidificare, piesa este extrasă din formă, iar forma se reutilizează pentru turnarea altor piese.
Turnarea gravitațională în forme metalice este unul din procedeele de turnare neconvenționale cele mai răspândite în practica atelierelor de turnare. Utilizarea pe scară largă se explică prin faptul că nu necesită instalații speciale, ca urmare se poate aplica în orice atelier, nu necesită personal cu calificare specială deoarece principiul turnării este asemănător cu al turnării în forme clasice, execuția formelor de turnare este accesibilă fiind posibilă în orice atelier de prelucrare a metalelor prin așchiere.
a. Aplicabilitate
Condiția esențială pentru aplicarea acestui procedeu o reprezintă asigurarea unei durabilități corespunzătoare a matrițelor (cochilelor). În acest scop temperatura de turnare a aliajului din care se toarnă piesele trebuie să fie mai mică decât temperatura de topire a formei. Din această cauză turnarea în forme metalice se aplică în special pentru turnarea pieselor din aliaje neferoase cu pereți relativ groși. Formele se realizează din aliaje feroase (fontă sau oțel) sau chiar din aliaje neferoase având refractaritate corespunzătoare. În practică cel mai des se toarnă piese din aliaje pe bază de aluminiu și pe bază de cupru. Se pot turna piese propriu zise cu geometrie relativ simplă (cu număr redus de miezuri) (capace, pârghii, bucșe, roți, suporți, blocuri, etc.) sau semifabricate (bare, tuburi, plăci etc.).
b. Avantaje și dezavantaje tehnologice si economice
Acest procedeu neconvențional de turnare prezintă mai multe avantaje tehnico-economice care decurg din caracterul permanent al formei de turnare. Principalele avantaje sunt următoarele:
-excluderea operațiilor de formare, cu toate aspectele legate de acestea în ceea ce privește consumul de materiale, cât și manopera, investiții în utilaje de preparare a amestecurilor de formare și pentru execuția formelor, suprafețe destinate formării și depozitării materialelor și formelor, etc.;
-calitate superioară a suprafețelor pieselor turnate;
-precizie dimensională mai ridicată a pieselor turnate cu implicație privind reducerea adaosurilor de prelucrare și reducerea costurilor prelucrărilor ulterioare;
-utilizarea mai rațională a caracteristicilor intrinseci de rezistență ale aliajelor ca urmare a finisării structurii prin mărirea vitezei de răcire după turnare;
-indice de scoatere total mai bun a aliajelor la turnare și prelucrare ca urmare a reducerii volumului rețelelor de turnare și a adaosurilor de prelucrare;
-asigurarea unor condiții de microclimat mai bune în atelierele de turnare și reducerea poluării mediului înconjurător zonal, ca urmare a reducerii considerabile a cantității de gaze degajate la turnare;
-reducerea procentului de rebut la turnare ca urmare a eliminării defectelor de genul incluziunilor de amestec de formare și sufluri de natură exogenă;
-productivitate ridicată;
-posibilități de mecanizare și automatizare.
Procedeul implică însă și dezavantaje care limitează extinderea lui. Menționăm următoarele dezavantaje:
-cost ridicat al matrițelor care face ca procedeul să fie economic numai în cazul unor producții de serie;
-rezistența mare a formei care se opune contracției piesei la răcire după solidificare și care poate să determine apariția unor defecte de genul fisurilor;
-fluiditate mică a aliajelor lichide în cazul turnării în forme metalice ca urmare a conductibilității termice mari a formei de turnare.
c. Particularitățile construcției formelor
Formele de turnare permanente se execută în general din aliaje metalice având refractaritate (temperatură de turnare) suficient de mare pentru a rezista turnărilor repetate în funcție de natura (temperatura de turnare) a aliajului din care se toarnă piesa. Formele metalice pentru turnare gravitațională cuprind în general aceleași elemente tehnologice ca și formele clasice, crude, din amestec de formare pe bază de nisip și anume:
-amprenta piesei;
-rețea de turnare;
-maselote;
-suprafață de separație;
-miezuri;
-elemente de centrare;
-elemente de strângere (închidere, asigurare);
-elemente de aerisire;
-extractoare.
Proiectarea construcției formelor metalice (cochilelor) necesită rezolvarea următoarelor probleme:
-dimensionarea grosimii pereților formei astfel încât să se asigure solidificarea optimă a piesei și durabilitatea maximă aformei,
-evacuarea aerului și a gazelor din formă;
-montarea și extragerea miezurilor metalice;
-închiderea și deschiderea rapidă a semiformelor;
-extragerea piesei din formă.
Construcția formelor metalice prezintă particularități din punct de vedere al suprafeței de separație, al grosimii pereților, al construcției miezurilor, al evacuării aerului și a gazelor, al construcției rețelei de turnare, al construcției maselotelor, și al sistemelor de centrare și închidere.
Planul de separație (suprafața de separație) a formelor metalice este totdeauna verticală. Această particularitate este impusă de necesitatea ca suprafața de separație să secționeze rețeaua de turnare și respectiv maselotele, astfel ca după solidificare acestea să poată fi extrase din formă odată cu piesa, întrucât forma nu se dezmembrează prin dezbatere ca în cazul formelor pierdute.
Grosimea pereților formelor metalice pentru turnare gravitațională este mult mai mică decât în cazul formelor pierdute, clasice, din amestec de formare. Formele metalice nu se realizează cu pereți masivi din necesitatea ca acestea să asigure un transfer de căldură corespunzător spre mediul ambiant. Pereții formelor metalice sunt relativ subțiri, fiind eventual rigidizați prin nervuri, astfel ca piesa să se solidifice cu o viteză optimă. Această construcție determină în același timp o greutate redusă a matrițelor, manevrarea mai ușoară a acestora și în plus reducerea consumului de metal pentru execuția lor. Grosimea redusă a pereților permite de asemenea preîncălzirea rapidă cochilelor la demararea turnării, pentru a atinge temperatura de regim de lucru normal în vederea umplerii și solidificării fără defecte a pieselor turnate.
Construcția miezurilor, montarea și extragerea acestora din formă este diferită. În cazul formelor metalice miezurile sunt executate de obicei de asemenea din aliaje metalice. Este posibil să se utilizeze și miezuri pierdute (de unică folosință) din amestecuri de miez, dar aceasta are efect negativ în ceea ce privește rugozitatea suprafețelor piesei turnate, precizia dimensională a acesteia, degajarea de gaze și posibilitatea de apariție a unor sufluri de natură exogenă în piesă și microclimatul din atelierul de turnare. Miezurile metalice ridică probleme la turnare datorită incompresibilității lor. De aceea ele trebuie extrase din piesă (din formă) cât mai rapid după solidificarea piesei, imediat ce aceasta a dobândit o rezistență mecanică suficientă pentru a-și menține geometria. Ca urmare miezurile trebuie astfel concepute și asamblate în formă încât să poată fi extrase înainte de deschiderea formei. Suprafețele active ale miezurilor trebuie să fie prelucrate foarte fin și să aibă înclinații ale suprafețelor care să permită extragerea din piesă.
Amprenta piesei din formă trebuie să prezinte de asemenea înclinații în vederea extragerii piesei din formă după solidificare. Poziția piesei (amprentei piesei) în formă este foarte importantă pentru calitatea pieselor turnate. Prin poziția piesei la turnare trebuie să se asigure o umplere liniștită a amprentei, fără turbulențe. Poziția piesei trebuie fie favorabilă eliminării gazelor din formă în timpul umplerii. De asemenea este necesar să se asigure eliminarea din amprentă a eventualelor incluziuni de oxizi care se formează la suprafața metalului lichid, prin împingerea acestora în maselote sau răsuflători. În cazul pieselor foarte mici, pentru rentabilitate se recomandă turnarea simultană a mai multor piese într-o semiformă.
Canalele de aerisire ale amprentei pieselor au o importanță majoră pentru umplerea corectă (completă) a amprentei și pentru obținerea unor piese de calitate, deoarece pereții formelor metalice nu au permeabilitate. Canalele de aerisire se poziționează obligatoriu la partea superioară a pieselor deoarece zonele superioare ale amprentelor se umplu ultimile cu aliaj lichid. În cazul că la partea superioară a amprentei se formează zone (acumulări) izolate de aer în timpul umplerii, fiecare zonă trebuie prevăzută cu canale de aerisire. Secțiunea canalelor de aerisire trebuie să asigure evacuarea ușoară a gazelor. Pentru a fi posibilă extragerea pieselor din formă canalele de aerisire trebuie plasate de asemenea în planul de separație al formei.
3.2.2. Particularitățile umplerii formei cu aliaj lichid
Umplerea formelor cu aliaj lichid se realizează prin rețele de turnare. Rețelele de turnare au practic aceleași funcțiuni ca și în cazul formelor clasice.
-să asigure umplerea completă a amprentei;
-să asigure umplerea liniștită a amprentei piesei, fără turbulențe și fără formare de stropi în amprenta piesei;
-să contribuie la reținerea incluziunilor nemetalice antrenate de jetul de aliaj lichid;
-să permită evacuarea gazelor din amprenta piesei în timpul umplerii;
-să asigure o repartizare corectă a temperaturii aliajului în amprenta piesei pentru a se obține o solidificare dirijată spre maselotă (sau uniformă) a aliajului, care să prevină formarea de retasuri în piese.
Comparativ cu formele clasice importanța unora dintre aceste funcțiuni este diferită, ceea ce determină modificări in concepția și construcția rețelelor de turnare.Pentru a se asigura aceste funcțiuni, în cazul formelor metalice cu turnare gravitațională, rețelele de turnare prezintă câteva particularități importante.Astfel în cazul formelor metalice nu există pericolul erodării pereților formei (respectiv al rețelei de turnare) în timpul umplerii formei cu aliaj lichid și deci a antrenării de incluziuni de amestec de formare în piese. Ca urmare din componența rețelelor de turnare se elimină canalul colector de zgură care era destinat în special pentru reținerea acestor incluziuni. Astfel rețelele de turnare au un volum mai mic.În schimb în cazul acestor forme devine foarte importantă evitarea formării de stropi în amprenta piesei la umplerea acesteia. Stropii se depun pe pereții formei, iar datorită conductibilității termice mari a peretelui formei, se răcesc rapid, se oxidează la suprafață și determină apariția defectelor denumite „picătură rece”. Pentru a preveni formarea de stropi este obligatoriu ca alimentarea amprentei pieselor să se facă la partea inferioară (alimentare în sifon). Umplerea în sifon este impusă și de necesitatea umplerii fără turbulențe a amprentei și de posibilitatea evacuării aerului din formă numai pe la partea superioară a amprentei. De asemenea se impune ca viteza de intrare a aliajului lichid în amprentă să fie cât mai redusă. În acest scop canalul principal vertical (piciorul pâlniei) se realizează înclinat, sau cu șicane, astfel ca să se evite căderea liberă care produce stropi la impactul jetului cu peretele formei și să se reducă viteza de intrare a jetului în alimentator, așa cum se arată în figura 9.
Pentru ca viteza aliajului la intrarea în amprentă să fie redusă se impune ca înălțimea formelor metalice să nu fie prea mare. Deoarece conductibilitatea termică a formelor metalice este mare, aliajul se răcește rapid în timpul umplerii, de aceea procedeul nu este utilizabil la turnarea pieselor cu pereți subțiri.
În cazul când într-o formă se toarnă simultan mai multe piese mici, este posibil ca amprentele pieselor să se alimenteze în cascadă (una din alta), dar și în acest caz amprentele trebuie astfel amplasate în formă încât umplerea lor să se facă pe la partea inferioară, iar evacuarea gazelor să se facă pe la partea superioară așa cum este arătat în figura 10.
Fig. 10
3.3. PARTICULARITĂȚI ALE TURNĂRII CONTINUE
3.3.1. Principiul turnării continue
Turnarea continuă reprezintă un procedeu neconvențional (special) de turnare, care se caracterizează prin particularitatea că turnarea se face gravitațional prin cădere liberă într-o formă fără fund, intens răcită cu apă, denumită cristalizor. Cristalizorul asigură o solidificare puternic dirijată a aliajului lichid. Semifabricatul solidificat este evacuat din cristalizor continuu pe măsură ce se solidifică. Concomitent nivelul aliajului este menținut constant în cristalizor prin completare (turnare) cu aliaj lichid, dintr-o oală de turnare. Viteza de turnare, deci viteza de ieșire din cristalizor depinde în exclusivitate de viteza de solidificare pe care o asigură cristalizatorul. Procedeul mai este cunoscut sub denumirea de procedeu de turnare în cristalizor. Schema de principiu a turnării continue este prezentată în figura 11. La începutul turnării partea de jos a cristalizorului este obturată cu un fund fals (o placă de bază) care are rolul de a asigura reținerea aliajului lichid până la demararea procesului de solidificare și intrarea în regim de lucru staționar.
Turnarea continuă este aplicabilă atât în cazul aliajelor neferoase, cât și în cazul oțelului. Prima încercare de turnare continuă (pentru țevi de plumb) s-a efectuat în 1843. În 1930 s-a reușit să se toarne continuu într-un cristalizor fix, alamă, iar în 1933 s-a realizat o instalație cu care s-a turnat continuu bronz și aluminiu. Primele instalații industriale pentru turnare continuă a aliajelor neferoase și a oțelului s-au construit în 1935-1938.
3.3.2. Clasificarea procedeelor de turnare continuă
Procedeele și instalațiile de turnare continuă se clasifică după mai multe criterii:
– după direcția de ieșire a produsului turnat din cristalizor;
– după construcția cristalizorului;
– după lungimea semifabricatelor turnate;
– după tipul de aliaj turnat, etc.
După direcția de ieșire a produsului turnat din cristalizor se deosebesc procedee de turnat continuu vertical și procedee de turnat continuu orizontal (figura 11). Instalațiile de turnat continuu vertical se clasifică la rândul lor după traiectoria firului semifabricatului turnat:
– instalații de tip I sunt instalații cu fir vertical (pentru semifabricate cu secțiuni mari și țevi cu diametru mare);
– instalații de tip II sunt instalații cu cristalizor drept și cu fir curb după cristalizor, cu două rezolvări și anume: (II, a) – cu fir curb după zona de răcire secundară, și (II, b) – cu fir curb în zona de răcire secundară;
– instalații de tip III sunt instalații cu cristalizor curb, cu două rezolvări: (III,a) – cu rază de curbură constantă și (III,b) – cu rază de curbură variabilă (crescătoare).
În figura 12 este exemplificată această clasificare.
După construcția cristalizorului procedeele de turnare continuă se împart în procedee de turnare în cristalizor fix și procedee de turnare în cristalizor mobil. În cazul cristalizoarelor fixe semifabricatul se deplasează în raport cu pereții cristalizorului. În cazul cristalizoarelor mobile semifabricatul se deplasează aproximativ cu aceeași viteză ca și peretele cristalizorului. Instalațiile de turnare continuă cu cristalizor mobil pot fi cu cilindri, cu cilindru și bandă sau cu benzi. În ultimele decenii s-au dezvoltat un procedeu nou de turnare continuă cu cristalizor electromagnetic cunoscut sub denumirea de turnare continuă în câmp electromagnetic. În acest caz rolul cristalizorului propriuzis este preluat de un câmp electromagnetic care are rolul de a prevenii dispersia fluxului de metal lichid. Răcirea dirijată este realizată prin jeturi de apă.
După configurația (lungimea) semifabricatului turnat procedeele de turnare continuă se împart în două grupe:
– turnare semicontinuă care cuprinde procedeele de turnare care conduc la obținerea unor semifabricate cu lungimi relativ mici (de ordinul metrilor) și secțiuni mari (în general bare, tuburi) și care ulterior mai suferă prelucrări prin deformare plastică, așchiere, etc.
– turnare continuă propriu zisă care cuprinde procedeele care realizează semifabricate cu lungime foarte mare (de ordinul zecilor de metri) și secțiune mică (profile, benzi, sârmă, etc.). În figurile 13 și 14 sunt exemplificate aceste două tipuri de turnare continuă.
3.3.3. Aplicabilitate
Procedeele de turnare continuă se aplică pentru turnarea pieselor (produselor) metalice cu geometrie simplă, având secțiune constantă și lungime mare comparativ cu secțiunea. Prin acest procedeu se pot realiza bare (cu secțiune rotundă, pătrată, semirotundă, hexagonală, triunghiulară, ovală, etc.) tuburi, țevi, sârme, benzi, table. Se aplică atât aliajelor neferoase, cât și aliajelor feroase (în special oțelurilor).
Se pot obține semifabricate (brame, sleburi, țagle, tuburi) care sunt destinate unor prelucrări ulterioare prin deformare plastică, sau prin așchiere sau produse (piese) finite care nu mai suferă alte prelucrări (tuburi de canalizare, țevi, profile, sârmă, benzi tablă).
3.3.4. Avantaje și dezavantaje economice
Turnarea continuă este caracterizată printr-o productivitate foarte ridicată. În cazul oțelului turnarea continuă se cuplează cu instalații degrosisoare de mare capacitate (laminoare) înlocuind turnarea lingourilor. În acest fel se elimină toate cheltuielile legate de turnarea lingourilor (turnarea de lingotiere, reîncălzirea lingourilor, pierderile de metal prin ardere la reîncălzirea lingourilor, construcția de cuptoare pentru încălzirea lingourilor, consum de combustibil pentru încălzirea lingourilor, utilizarea de maselote și pierderea de metal prin șutarea maselotelor, obținerea de sufluri și microretasuri în lingouri, etc.
Prin asigurarea solidificării dirijate se elimină formarea de retasură, iar indicele de scoatere a aliajului se apropie de 100%.
3.3.5. Particularitățile construcției cristalizoarelor (forma de turnare)
Cristalizatorul constituie componenta principală a instalațiilor de turnare continuă. Cristalizorul constituie forma de turnare care determină geometria secțiunii semifabricatului și asigură dirijarea solidificării piesei turnate. Cristalizoarele se pot executa din cupru, oțel, aluminiu sau grafit în funcție de natura aliajului care se toarnă. Cristalizatorul trebuie să asigure o viteză mare de răcire aliajului lichid în timpul solidificării. Pentru aceasta cristalizatoarele se realizează cu pereți dubli asigurând un circuit închis prin care circulă forțat un agent de răcire (apă). Cristalizoarele au o varietate constructivă mare. Ele pot fi realizate prin turnare sau sudare. În figura 15 este arătată construcția unui cristalizator fix cu pereți dubli având construcție sudată în cheson. Acest tip de cristalizoare este utilizat pentru turnarea continuă a semifabricatelor pline sau cave de secțiune mare (brame, sleburi, țagle, tuburi). Pentru evitarea gripării cristalizorul se vibrează cu o frecvență de 50-70 oscilații / min., cu o amplitudine de 2-6mm și se unge cu grafit.
Cristalizoarele mobile se utilizează pentru obținerea semifabricatelor cu secțiune mică (cu grosime mică) de tipul sârme, benzi, table. În cazul turnării sârmelor sau a barelor cu secțiune mică cristalizorul este format dintr-o roată metalică, răcită puternic la interior și care are pe circumferința obezii un canal profilat după secțiunea dorită a semifabricatului (semirotundă, pătrată, triunghiulara, trapezoidală, etc.). Cristalizorul se rotește și antrenează o bandă metalică subțire, care reprezintă unul dintre pereți cavității în care se solidifică bara turnată. Aliajul lichid se toarnă la începutul zonei de contact bandă cristalizor. La sfârșitul zonei de contact bandă – cristalizor semifabricatul iese din cristalizor tangențial la suprafața curbă a rotorului. Banda metalică se execută din oțel moale și are grosimi reduse (până la 2 mm) și este puternic răcită cu apă la exterior. Banda este întinsă cu ajutorul unor role de întindere și de dirijare a benzii. În figura 16 sunt prezentate schematic câteva instalații cu cristalizor cu bandă și rotor, care diferă între ele prin traseul benzii și prin lungimea zonei de contact dintre bandă și rotor. Astfel de instalații se folosesc la turnarea unor aliaje pe bază de aluminiu, magneziu și cupru.
Pentru turnarea continuă a semifabricatelor de tipul benzilor și a tablelor se utilizează instalații cu două cristalizatoare cilindrice rotitoare. Grosimea și lățimea produselor este determinată de distanța minimă dintre cristalizatoare și respectiv de lățimea rolelor. Instalațiile diferă prin modul de așezare a cilindrilor în spațiu și prin direcția și sensul de introducere a aliajului a aliajului între cilindri. În figura 17 sunt prezentate soluțiile constructive utilizate mai frecvent.
Benzile și tablele se pot turna continuu și pe instalații cu cristalizatoare de tip bandă, de tipul celor prezentate schematic în figura 18. Acestea au avantajul că suprafața de contact cu semifabricatul este plană și asigură o precizie mai mare a geometriei semifabricatului pe lungime.
O variantă mai nouă neconvențională de turnare continuă o constituia turnarea continuă în cristalizor electromagnetic (turnare continuă în câmp electromagnetic). În cazul acestui procedeu cristalizorul cu contact de alunecare de la turnarea semicontinuă verticală este înlocuit cu un câmp de forțe electromagnetice care exercită o presiune pe suprafața laterală a aliajului turnat, astfel încât aceasta să compenseze presiunea metalostatică. Câmpul electromagnetic este realizat de un inductor. Metalul aflat în câmpul electromagnetic este supus unor forțe constrictive, care apar ca rezultat al interacțiunii dintre câmpul inductor și curenții turbionari induși în metal.
Forțele spațiale astfel create acționează perpendicular pe suprafața coloanei de aliaj, rezultând o respingere reciprocă între inductor și curentul indus. Având în vedere că în cazul curenților de înaltă frecvență aceștia se concentrează la suprafața conductoarelor, efectul de respingere se manifestă sub forma unei presiuni de natură electromagnetică pe suprafața laterală a lingoului (inclusiv a capului de aliaj lichid). Dacă această presiune echilibrează presiunea metalostatică dată de înălțimea coloanei de aliaj lichid, acesta este menținut în echilibru, la distanță constantă față de inductor, asemenea cristalizoarelor clasice. Prin răcirea intensă a lingoului, metalul lichid se solidifică în forma menținută de câmpul electromagnetic. Deoarece distribuția presiunii electromagnetice pe verticală trebuie să fie asemănătoare cu cea a presiunii metalostatice, câmpul creat de inductor trebuie slăbit progresiv pe verticală. Acest lucru se realizează cu ajutorul unui ecran electromagnetic. Datorită lipsei contactului dintre inductor și lingou, răcirea se poate face direct pe suprafața lingoului turnat, prin stropire cu jeturi de apă, ceea ce permite realizarea unor viteze mari de solidificare, cu efecte benefice pentru structură și pentru calitatea suprafeței lingoului.
În cazul turnării în câmp electromagnetic au loc două fenomene importante și anume: susținerea capului de metal lichid prin forțe electromagnetice și apariția unor curenți puternici de recirculare, dezvoltați de aceste forțe la periferia bazinului de metal lichid. În figura 19 este arătată schema de principiu a cristalizorului electromagnetic.
Avantajele turnării continue în cristalizor electromagnetic față de turnarea semicontinuă în cristalizor de alunecare sunt următoarele:
– suprafața lingoului este netedă fără fisuri și defecte de suprafață;
– structură fină și omogenă a lingoului;
– nu este necesară ungerea și vibrarea cristalizorului, eliminându-se defectele cauzate de aceasta;
– profil favorabil al conului de solidificare (înălțime mai redusă a conului);
– îmbunătățirea coeficientului de scoatere prin eliminarea operației de frezare a stratului superficial;
– productivitate ridicată datorită creșterii vitezei de tragere, determinată de viteza de răcire mai mare.
Ca dezavantaje se pot menționa:
– consun suplimentar de energie electrică;
– echipament electric mai complex.
3.3.6. Particularitățile umplerii formei de turnare (a cristalizorului) la turnarea continuă.
La începutul turnării partea de jos a cristalizorului este obturată cu un fund fals (mobil) care reține aliajul lichid până la demararea procesului de solidificare. Când se intră în regim staționar placa de bază coboară cu viteză constantă.
Desfășurarea corectă procesului de turnare este condiționată de corelarea parametrilor care intervin în procesul de turnare și anume debitul de aliaj lichid, viteza de tragere, intensitatea răcirii și temperatura de turnare. După intrarea în regim staționar parametrii de lucru trebuie menținuți constanți. Pentru menținerea nivelului de aliaj lichid constant în cristalizor, debitul de aliaj lichid se reglează de obicei cu un sistem de reglaj cu supapă flotoare. În figura 20 este arătată construcția unui astfel de sistem de reglare a debitului pe patru fire cu o singură supapă de reglare. Pentru reglări mai precise ale debitului de aliaj lichid se utilizează sisteme de reglare în două trepte.
3.4. PARTICULARITĂȚI ALE TURNĂRII CENTRIFUGALE
3.4.1. Principiul turnării centrifugale
Turnarea centrifugală reprezintă un procedeu neconvențional (special) de turnare, care se caracterizează prin particularitatea că în timpul umplerii formei cu aliaj lichid și al solidificării piesei turnate, forma se rotește în jurul unei axe proprii, cu o turație foarte mare. Datorită forței centrifuge aliajul lichid este proiectat spre periferia cavității, iar suprafața interioară a piesei ia formă cilindrică. Se pot obține astfel piese goale la interior fără să se utilizeze miezuri. Se pot utiliza forme metalice, forme combinate (suport metalic și miez exterior) sau chiar forme din amestec de formare.
Procesul de turnare centrifugală a pieselor cilindrice cave cuprinde în general următoarele faze:
pregătirea formei pentru turnare;
rotirea formei;
dozarea și turnarea aliajului lichid în formă;
solidificarea piesei turnate sub acțiunea rotirii formei;
extragerea piesei din formă.
În figura 21 este arătat principiul turnării centrifuge în trei variante ale acestui proces: turnare în forme permanente cu ax de rotație vertical, turnare în forme permanente cu ax de rotație orizontal și turnare în forme pierdute realizate din amestec de formare.
Rotirea formei de turnare în timpul umplerii conduce la antrenarea aliajului lichid într-o mișcare de rotație practic cu o viteză unghiulară egală cu a formei. Sub acțiunea forței centrifuge particulele de metal care au o densitate mai mare decât gazele și incluziunile nemetalice, sunt împinse spre exteriorul cavității din formă. Gazele, incluziunile de zgură și alte incluziuni nemetalice care au densitate mai mică decât aliajul lichid, sunt eliminate spre suprafața interioară a piesei și se acumulează în zona lăsată pentru prelucrare mecanică (în adaosul de prelucrare). Astfel acestea pot fi eliminate din piesa finită.
3.4.2. Clasificarea procedeelor de turnare centrifugală
Procedeele de turnare centrifugală cunosc o varietate mare. Ele se pot clasifica după mai multe criterii conform schemei din tabelul 7.
Tabelul 7 Clasificarea procedeelor de turnare centrifugală.
Dintre aceste clasificări cel mai des utilizate în practică sunt clasificările după poziția axei de rotație, după natura formei și după natura aliajului turnat. Dintre procedeele de turnare cuprinse în această clasificare cel mai des întâlnit în practica atelierelor de turnare este turnarea pieselor tubulare cu ax orizontal de rotație. Utilizarea pe scară mai largă a acestui procedeu se explică prin aplicabilitatea largă la turnarea pieselor tubulare cilindrice, construcția relativ simplă a instalațiilor de turnare de acest tip, prin productivitatea ridicată pe care o asigură și prin uniformitatea calității.
3.4.3. Aplicabilitate
Procedeele de turnare centrifugală se aplică pentru turnarea pieselor din aliaje metalice (feroase sau neferoase) cu geometrie simplă fără miezuri. De obicei se toarnă piese cilindrice tubulare (bucși cilindrice, tuburi de canalizare, țevi). Se pot turna însă și materiale nemetalice (bazalt). În acest scop se aplică procedeul de turnare cu axă de rotație orizontală în forme metalice sau în forme combinate. Se pot obține însă și piese mici cu configurații compacte. În acest caz se aplică procedeul de turnare centrifugală cu axă de rotație verticală, în forme pierdute (din nisip) alimentate prin rețele de turnare. În absența unei instalații specializate se poate utiliza ca platformă de turnare rotativă masa unui strung carusel.
3.4.4. Avantaje și dezavantaje tehnologice și economice
Turnarea centrifugală prezintă următoarele avantaje:
– piesele turnate au o compactitate mare, fără sufluri, fără incluziuni de zgură sau din amestec de formare și au o structură fină;
– asigură productivitate mare (în cazul turnării pieselor tubulare în forme permanente sau în forme combinate);
– consumul de aliaj lichid este mult mai mic (indicele de utilizare a aliajului lichid mult mai mare) datorită lipsei rețelelor de turnare și a maselotelor, acestea ne mai fiind necesare;
– se pot reduce adaosurile de prelucrare pe suprafețele exterioare;
– suprafața ocupată de instalațiile de turnare este foarte redusă,
– există posibilitatea turnării unor piese bimetalice,
– se pot turna materiale nemetalice cu densitate redusă în condiții de compactitate superioară;
– se reduce considerabil procentul de rebut.
Toate aceste avantaje conduc la o reducere considerabilă a costului pieselor turnate centrifugal în raport cu cel al pieselor turnate prin procedee clasice (de 3-6 ori).
Turnarea centrifugală prezintă însă și unele dezavantaje care limitează aplicabilitatea acestui procedeu în industrie. Dintre acestea menționăm:
aplicabilitatea în condițiile avantajelor menționate, este limitată la piese care au simetrie de rotație și anume la piese tubulare cilindrice;
apare tendință de segregare mai ales la aliajele cu interval mare de solidificare,
tendință de formare a unor cruste dure la exteriorul pieselor în cazul turnării în forme metalice.
3.4.5. Particularitățile construcției formelor de turnare
Forma de turnare reprezintă elementul funcțional al instalațiilor de turnare centrifugală care determină calitatea pieselor turnate prin acest procedeu și productivitatea instalațiilor.
În cazul turnării pieselor cilindrice tubulare (cămăși de cilindru, tuburi de canalizare, bucși pentru lagăre, țevi) care se toarnă pe instalații de turnare cu ax de rotație orizontal, forma de turnare are o construcție total diferită de formele clasice. În acest caz formele reproduc numai suprafața exterioară a amprentei necesară turnării piesei. Formele constau practic dintr-o cochilă (matriță) metalică cilindrică. Unul din pereții frontali este demontabil din necesitatea extragerii piesei din formă după solidificare. Pentru a se asigura o productivitate corespunzătoare capacul frontal demontabil trebuie să permită o montare și demontare ușoară și rapidă. Fixarea trebuie să fie foarte sigură pentru a se preveni accidentele datorită desprinderii în timpul rotirii sub acțiunea presiunii metalului. Suprafața interioară a piesei și grosimea peretelui piesei este determinată de poziția suprafeței libere pe care o ia aliajul lichid la interior ca urmare a mișcării de rotație. În timpul funcționării suprafața interioară a cochilei este supusă acțiunii unei temperaturi foarte înalte (în cazul turnării aliajelor cu temperatură mare de turnare: oțel, fontă, bronz, etc. – mult mai mare decât în cazul turnării aliajelor neferoase în cochile). De aceea, de cele mai multe ori cochilele sunt răcite la exterior cu apă. Această situație determină un gradient mare de temperatură în peretele formei, condiții grele de exploatare a acestora în funcționare, ceea ce conduce la o durabilitate mică a acestora. Pentru a mării durabilitatea se recurge turnarea în forme combinate prin utilizarea la interiorul cochilei a unui miez exterior. În general cochilele pentru turnare centrifugală se execută din fontă cenușie. Din punct de vedere constructiv formele metalice utilizate la turnarea centrifugală trebuie să aibă grosimea pereților cât mai uniformă. Orice îngroșare locală a pereților determină apariția de tensiuni interne datorită ne uniformității temperaturii și afectează durabilitatea. Cochilele utilizate la turnarea pieselor tubulare cilindrice de lungime mică se fixează pe mașinile de turnare în consolă. Formele pentru piesele cu lungime mare se fixează pe mașina de turnare prin sprijin pe role, rolele având și rol de antrenare.
În figura 22 se arată câteva modalități de fixare în consolă pe axul mașinii de turnare a cochilelor de lungime mică, iar în figura 23 modalități de asamblare a capacului frontal mobil pe corpul cochilei. O altă particularitate importantă a formelor de turnare utilizate la turnarea centrifugală cu ax de rotație orizontal a pieselor tubulare constă în absența rețelei de turnare și a maselotelor din construcția formei. Aceste elemente tehnologice nu mai sunt necesare datorită particularităților umplerii formei și a solidificării piesei turnate la acest procedeu de turnare. Pentru a se ușura extracția pieselor din forma de turnare suprafața interioară formei se execută conică. Conicitatea nu trebuie să fie mai mare de 1:100.
3.4.6. Particularitățile umplerii formei de turnare la turnarea centrifugală.
Principala particularitate a umplerii formelor de turnare, la turnarea centrifugală, constă în aceea că umplerea cavității formei se realizează sub acțiunea forței centrifuge. Antrenarea metalului lichid în mișcare de rotație se poate realiza în două moduri în funcție de construcția formei.
mișcarea aliajului este imprimată prin frecarea acestuia cu forma (cazul când axa de rotație corespunde cu axa formei);
mișcarea este imprimată forțat prin plasarea excentrică a cavității față de axa de rotație (în acest caz umplerea se realizează prin rețea de turnare).
Primul caz se întâlnește la turnarea pieselor tubulare cilindrice. În acest caz alimentarea formei cu aliaj lichid se face printr-un jgheab (pâlnie) de turnare, care pătrunde în interiorul formei în timp ce forma se rotește. În cazul pieselor cu lungime mare, în timpul alimentării, jgheabul are o mișcare de translație axială în sensul ieșirii din formă pentru ca aliajul să fie repartizat cât mai uniform pe lungimea formei. Datorită forței de frecare care apare la suprafața de contact dintre peretele formei și aliajul lichid, particulele de lichid sunt antrenate într-o mișcare de rotație, având practic aceeași viteză unghiulară cu forma de turnare. Forța centrifugă care acționează asupra particulelor de lichid le împinge spre periferia cavității formei. În cazul cavităților cilindrice stratul de lichid ia o formă tubulară Grosimea acestui strat este determinată de cantitatea de lichid introdusă în formă. Uniformitatea grosimii stratului de lichid repartizat pe peretele formei depinde de viteza de rotație a formei. De aceea la turnarea centrifugală este necesară o dozare precisă a aliajului introdus în cavitatea formei la turnare. Uniformitatea grosimii stratului de lichid repartizat pe peretele formei depinde de viteza de rotație a formei. Cu cât viteza de rotație este mai mare, grosimea stratului de lichid repartizat pe peretele formei este mai uniformă. În figura 24 este prezentată schematic influența vitezei de rotație a formei asupra antrenării aliajului lichid în mișcare de rotație și asupra uniformității stratului de lichid.
3.5. PARTICULARITĂȚI ALE TURNĂRII LA PRESIUNE RIDICATĂ (PRIN INJECTARE)
3.5.1. Principiul turnării la presiune ridicată
Turnarea la presiune ridicată reprezintă un procedeu turnare neconvențional (special), care se caracterizează prin particularitatea că aliajul lichid este introdus în amprenta piesei din forma de turnare prin injectare sub acțiunea unei suprapresiuni mari, realizate mecanic. Aliajul lichid este dozat volumetric și este introdus intr-un cilindru (cameră) de presare, de unde este injectat în forma de turnare cu ajutorul unui piston acționat mecanic. Este posibil ca injectarea să se realizeze și prin intermediul unui gaz sub presiune ridicată. Forma este o matriță metalică și are o construcție specială, de cele mai multe ori fiind răcită forțat. Datorită presiunii ridicate aliajul intră în amprenta piesei din formă cu viteză foarte mare, iar timpul de umplere este foarte scurt. Forma metalică determină o solidificare foarte rapidă a piesei. După solidificare matrița se deschide, iar piesa și aliajul solidificat în rețeaua de turnare sunt extrase. Schema de principiu a turnării sub presiune ridicată este prezentată în figurile 25÷28.
3.5.2. Clasificare procedeelor de turnare la presiune ridicată
Procedeele și instalațiile de turnare la presiune ridicată se clasifică după mai multe criterii:
– după temperatura camerei de presare;
– după direcția de deplasare a pistonului de presare;
– după poziția suprafeței de separație a matrițelor;
– după tipul de aliaj turnat, etc.
În tabelul 8 este prezentată o schemă a clasificării mașinilor și procedeelor de turnare la presiune ridicată. Particularitățile constructive ale fiecărei variante sunt arătate schematic în figurile 5.1-5.4
Tabelul 8 Clasificarea procedeelor și a masinilor de turnare la presiune ridicată.
3.5.3. Aplicabilitate.
Turnarea la presiune ridicată permite să se obțină piese cu dimensini foarte precise și cu o netezime a suprafețelor foarte ridicată, ceea ce face ca piesele turnate prin acest procedeu să poată fi utilizate direct fără operații ulterioare de finisare. Procedeul de turnare este limitat la turnarea pieselor din aliaje neferoase cu temperatură mică de turnare (aliaje pe bază de Al, Sn, Pb, Zn) și de mase relativ mici și mijlocii (până la 150 kg/buc.). Datorită vitezei foarte mari de umplere a amprentei piesei din formă acest procedeu permite să se toarne piese cu pereți foarte subțiri (chiar sub 1 mm) și reprezintă singura posibilitate de obținere a pieselor cu pereți cu grosime mică și suprafață mare. Datorită costului ridicat al matrițelor procedeul este rentabil numai la producție de serie mare.
3.5.4. Avantaje economice și tehnologice
Acest procedeu de turnare prezintă mai multe avantaje tehnico-economice care decurg din viteza mare de umplere a formei de turnare și din caracterul permanent al formei de turnare. Principalele avantaje sunt următoarele:
excluderea operațiilor de formare, cu toate aspectele legate de acestea în ceea ce privește consumul de materiale și manoperă;
calitate superioară a suprafețelor pieselor turnate;
precizie dimensională foarte ridicată a pieselor turnate cu implicații privind reducerea costurilor prelucrărilor ulterioare;
asigurarea unor condiții de microclimat mai bune în atelierele de turnare ca urmare a reducerii considerabile a cantității de gaze degajate la turnare;
productivitate ridicată;
posibilități de mecanizare și automatizare;
posibilitatea turnării unor piese cu pereți foarte subțiri.
Procedeul implică însă și dezavantaje care limitează extinderea lui. Menționăm următoarele dezavantaje:
cost ridicat al matrițelor care face ca procedeul să fie economic numai în cazul unor producții de serie;
rezistența mare a formei care se opune contracției piesei la răcire după solidificare și care poate să determine fisurarea pieselor;
tendință mare de apariție a suflurilor exogene în piesele turnate ca urmare a turbulenței mari la umplerea formei și a imposibilității de evacuare a aerului din formă în timpul de umplere foarte scurt;
investiții mari în instalații de turnare specializate;
aplicabilitate limitată la o gamă restrânsă de aliaje și la piese cu configurații relativ simple (cu pereți subțiri, uniformi și cu număr mic de miezuri).
3.5.5. Particularitățile construcției formelor
Formele utilizate la turnarea la presiune ridicată sunt forme metalice (forme permanente) asemenea formelor utilizate la turnarea în cochile. Față de formele metalice obișnuite, matrițele pentru turnarea sub presiune se deosebesc prin masivitatea lor și prin sistemele particulare de prindere pe mașinile de turnat sub presiune. Având în vedere solicitările mecanice foarte puternice în timpul umplerii datorită presiunii dinamice mari a aliajului lichid la intrarea în cavitatea formei, matrițele pentru turnarea sub presiune se execută din oțel carbon de calitate sau din oțel aliat refractar. De cele mai multe ori (mai ales la turnarea aliajelor cu temperatură mai ridicată de turnare) matrițele sunt prevăzute la interior cu circuite de răcire care să asigure un regim termic optim de turnare corelat cu cadența de lucru a mașinii și cu dimensiunile piesei.
O altă particularitate constructivă este determinată de construcția rețelei de turnare care este mult mai simplă și nu cuprinde elemente pentru reținerea incluziunilor.
Acționarea matrițelor la închidere și deschidere este mecanizată fiind realizată de mașinile de turnare. Extragerea piesei din forma de turnare se realizează la deschiderea matrițelor și este asigurată de extractoare. În cazul utilizării de miezuri acestea sunt metalice, iar acționarea lor este de asemenea mecanizată fiind comandată prin sisteme de came la deplasarea semimatriței mobile.
O problemă deosebit de importantă și uneori greu de rezolvat la proiectarea matrițelor pentru turnarea sub presiune o reprezintă evacuarea aerului din formă în timpul umplerii, deoarece este dificil de cunoscut traiectoria jetului de metal în interiorul amprentei piesei și locurile unde există tendința de acumulare a aerului.
Construcția formelor metalice depinde modul de acționare al matriței mobile pe mașina de turnat sub presiune și de poziția camerei de presare.
3.5.6. Particularitățile umplerii formei la turnarea sub presiune.
Caracteristic pentru umplerea formei la turnarea la presiune ridicată este viteza foarte mare cu care aliajul intră prin alimentator în amprenta piesei. La o presiune de presare de 100daN/cm2 aliajul lichid intră în amprenta piesei cu viteze de până la 50 – 80m/s în funcție de densitate și rezistența dinamică a rețelei de turnare. Viteza foarte mare a jetului determină o curgere turbulentă, iar în cazul întâlnirii unor obstacole turbulențele formate de devierea jetului sunt foarte mari. Presiunea dinamică exercitată de jet asupra pereților formei este foarte mare. Din această cauză nu se pot utiliza miezuri din amestec de formare, iar formele trebuie să aibă rezistență mecanică și refractaritate ridicată.
Traiectoria jetului de aliaj în amprenta piesei, la turnarea sub presiune, este foarte importantă, deoarece de modul cum se umple amprenta depinde evacuarea aerului din formă. Dacă jetul de metal obturează canalele de aerisire înainte de umplerea amprentei atunci aerul din cavitatea formei nu mai poate fi evacuat, iar în piesă apar sufluri. Suflurile sunt poziționate de obicei în axa termică a peretelui piesei, deoarece în timpul solidificării aerul este împins în zona care se solidifică ultima.
3.5.7. Particularitățile solidificării și răcirii piesei turnate la turnarea sub presiune.
La analiza transferului de căldură și a solidificării în cazul turnării sub presiune este necesar să se facă o diferențiere între cazul turnării cu cameră de presare rece și cazul turnării cu cameră de presare caldă. La turnarea sub presiune cu cameră rece transferul de căldură începe din momentul al turnării aliajului în camera de presare, datorită diferenței de temperatură între pereții camerei de presare și aliajul lichid. Lângă pereții camerei de presare și la suprafața de contact cu pistonul de presare se formează un strat subțire solidificat, așa cum este arătat în figura 29. Acest strat afectează deplasarea pistoanelor și mărește rezistența dinamică a aliajului la pătrunderea în rețeaua de turnare. În general transferul de căldură aliaj lichid – formă prezintă aceleași particularități ca la turnarea gravitațională în forme metalice:
– conductibilitate termică foarte mare a formei de turnare;
– coeficient de acumulare a căldurii foarte mare al formei;
– umplerea amprentei formei într-un timp foarte scurt;
– pereți foarte subțiri ai pieselor turnate;
– rigididate foarte mare a pereților formei în timpul contracției piesei după solidificare.
Aceste particularități au următoarele efecte asupra solidificării și răcirii aliajelor la turnarea în forme metalice:
timpul de solidificare al piesei turnate foarte mic (datorită coeficientului de acumulare a căldurii al formei și datorită grosimii de perete);
interval de solidificare efectivă a piesei (între începutul și sfârșitul solidificării) mai mic;
gradient de temperatură mai mare la interfața metal formă;
răcire mai accentuată a aliajului lichid la trecerea prin rețeaua de turnare;
răcire mai accentuată a vârfului jetului de aliaj lichid în amprenta piesei din formă (datorită umplerii în sifon a amprentei);
funcționarea maselotelor este în general deficitară datorită răcirii rapide a aliajului, inclusiv în maselotă;
întreruperea contactului direct între piesă și formă pe anumite suprafețe ale piese ca urmare a contracției piesei după solidificare.
Solidificarea și răcirea rapidă a pieselor în formă în condițiile în care contracția piesei este frânată de incompresibilitatea formei, impune extragerea rapidă a miezurilor din piesă și a piesei din formă.
Pentru a se asigura regimul termic necesar la turnare se impune preîncălzirea formelor.
La turnarea cu cameră de presare caldă răcirea aliajului începe numai în momentul intrării aliajului în amprenta piesei din formă.
3.6. PARTICULARITĂȚILE TURNĂRII ÎN FORME PIERDUTE COMBINATE
3.6.1. Principiul turnării în forme combinate.
Formele combinate sunt forme realizate din două (sau mai multe) straturi cu caracteristici fizico-chimice diferite: un strat activ (strat de model) care reproduce amprenta piesei și un strat suport (strat de umplere) care realizează restul formei. Acest tip de forme urmărește să reunească avantajele și să reducă dezavantajele procedeelor de formare pe care le combină. Apariția și dezvoltarea în ultimele decenii a unor procedee de formare noi a permis să se dezvolte și procedee noi de turnare în forme combinate.
În laboratorul de turnarea metalelor de la Universitatea Politehnica București s-a experimentat un procedeu nou, de turnare în forme combinate. Acesta preia elemente de la trei procedee de turnare dezvoltate în ultimul timp și anume:
– turnarea în forme întărite chimic la rece cu lianți din rășini;
– turnarea în forme întărite prin depresurizare;
– turnarea în forme realizate cu modele gazeificabile din polistiren;
Construcția unei astfel de forme este prezentată în figurile 30 și 31 (cu și fără maselotă). Forma constă dintr-un strat activ (sau miez exterior) realizat din amestec de formare pe bază de nisip cu liant din rășină cu întărire la rece, un strat suport realizat din nisip fără liant întărit prin depresurizare, și rețea de turnare și maselote (în caz că sunt necesare) realizate cu modele gazeificabile din polistiren expandat.
3.6.2. Clasificarea formelor combinate
Formele combinate se clasifică după tipul procedeelor de formare pe care le combină. Astfel se deosebesc două grupe de forme combinate:
forme combinate cu un strat suport permanent și strat activ pierdut (de unică folosință);
forme combinate cu strat suport pierdut (ambele straturi din amestec de formare).
Formele combinate sunt cunoscute și utilizate de mult timp. De exemplu formele realizate din amestec de model (ca strat activ) și amestec de umplere (ca strat suport) sau formele așa numite semipermanente constituite din strat activ din amestec de formare și strat suport metalic.
În ultimul timp s-au dezvoltat noi procedee de turnare în forme combinate pierdute bazate în special pe straturi suport întărite prin depresurizare ca urmare a avantajelor pe care le implică utilizarea materialelor granulare fără liant ca strat suport.
3.6.3. Aplicabilitate
În principiu procedeul de turnare în forme combinate prezentat este aplicabil pentru turnarea tuturor pieselor la care este aplicabilă turnarea în forme întărite chimic. Se recomandă aplicarea la turnarea pieselor mici, mijlocii și mari din aliaje ferose și neferoase cu temperatură ridicată de turnare și grosimea pereților peste 10mm. Această condiție este impusă de necesitatea ca liantul (rășina) din stratul activ să ardă astfel ca stratul activ să se dezintegreze ușor la dezbatere, iar nisipul provenit din acest strat să se reintroducă în fluxul tehnologic fără regenerare. Important este că aplicabilitatea nu este limitată de configurația piesei ca în cazul formelor realizate prin procedeul V, unde există riscul prăbușirii formei sau al ruperii foliei încălzite la mularea pe model.
3.6.4. Avantaje și dezavantaje tehnologice și economice
Procedeul de turnare în forme combinate prezentat mai sus (strat activ din amestec pe bază de nisip întărit la rece cu liant rășină și strat suport din nisip fără liant) prezintă următoarele avantaje:
– asigură precizie dimensională și calitate superficială ridicată pieselor turnate caracteristică specifică turnării în forme întărite chimic;
– se reduce cantitatea de gaze degajate la turnare caracteristică a turnării în forme vidate;
– se asigură dezbaterea ușoară a formei după turnare, inclusiv a stratului activ caracteristică a turnării în forme vidate;
– este posibilă recircularea integrală a nisipului, inclusiv a nisipului din stratul activ, specific în anumite condiții lianților din rășini întărite chimic;
– se previne degajarea gazelor în atmosferă caracteristică a turnării în forme depresurizate;
– se evită apariția de sufluri de natură exogenă în piesele turnate caracteristică a turnării în forme depresurizate;
– se elimină inconvenientele legate de utilizarea foliilor încălzite utilizate pentru etanșarea formelor în vederea depresurizării (care apar la procedeul V) deoarece se pot utiliza pentru etanșarea formelor folii neîncălzite;
– se elimină impurificarea pieselor turnate cu adaosuri carbonice rezultate din arderea modelelor din polistiren în amprenta piesei caracteristică specifică turnării în forme întărite chimic;
– se asigură compresibilitatea formei în perioada de contracție a piesei solidificate, caracteristică specifică formelor întărite prin depresurizare,
– se elimină riscul prăbușirii formei superioare în cazul pieselor mari astfel că aplicarea nu mai este limitată de mărimea și de geometria pieselor cum este cazul formelor întărite prin depresurizare. Dezavantajele sunt legate de faptul că în cazul turnării pieselor din aliaje cu temperatură scăzută sau chiar a pieselor din aliaje feroase dar cu pereți subțiri nu se asigură arderea rășinii din stratul activ, iar recircularea nisipului din stratul activ nu mai este posibilă fără regenerare. De asemenea în cazul pieselor mari și foarte mari depresurizarea formei este dificil de realizat.
3.7. Procedeu de obtinere a materialelor compozite cu matrice din aliaj de aluminiu de turnatorie
a. DOMENIU DE UTILIZARE
Tehnologia permite obtinerea unor semifabricate turnate din material compozit cu matrice din aliaj de aluminiu si insertie sub forma de particule elaborat printr-un procedeu in faza lichida.
b. INSTALATIA PILOT DE OBTINERE A MATERIALELOR COMPOZITE
Instalatia de elaborare – turnare Cuptorul de topire – turnare Sistemul de omogenizare
c. Fazele tehnologiei de obtinere a materialului compozit aliaj de aluminiu de turnatorie / particule din alumina:
1. elaborarea, turnarea si pregatirea materialului de matrice, aliaj de aluminiu de turnatorie
2. pregatirea materialului de insertie sub forma de particule
2.1.tratament de transformare si omogenizare a starii alotropice in stare
2.2.tratament in vederea umectarii de catre matricea lichida
3. (re)topirea sub atmosfera neutra (Ar) a materialului de matrice
4. incalzirea matricei lichide la cca. 700 C
5. degazarea baii metalice prin barbotarea cu argon pe o durata de ~1 minut
6. inceperea amestecarii, dupa linistirea baii, cu agitatorul preincalzit la cca. 300 C, cu o turatie de 300 rot/min
7. alimentarea matricei lichide cu amestecul de insertie preincalzit la ~250 C, in portii consecutive de 25 – 30 grame, dupa asimilarea portiei anterioare, concomitent cu cresterea vitezei de rotatie pâna la 500 – 600 rot / min scaderea temperaturii pâna la ~650 C
8. omogenizarea amestecului matrice lichida / particule pe o durata de max 10 minute de la asimilarea ultimei portii de insertie, cu o viteza crescatoare pâna la 1000 rot / min
9. oprirea amestecarii si indepartarea agitatorului concomitent cu cresterea temperaturii pana la 700 – 7200 C
10. degazarea materialului compozit prin barbotare cu gaz neutru, ~30 sec
11. observarea suprafetei topiturii si indepartarea eventualelor impuritati sau aglomerari
12. turnarea materialului compozit in cochila incalzita la ~5000 C.
d. CARACTERISTICI TEHNICE Tab.9
e. IMPACTUL ECONOMIC SI SOCIAL
– Asigurarea competitivitatii produselor romanesti pe plan intern si extern si obtinerea unor materiale avansate.
– Cresterea eficientei productiei prin scaderea pretului semifabricatelor turnate din compozite cu matrice metalica si insertie de particule (5 … 10 Euro / kg fata de semifabricatele laminate sau presate (20 … 30 Euro / kg).
– Aplicarea tehnologiei la producatorii de piese turnate se poate realiza cu cheltuieli minime.
CAPITOLUL 4
CONTROLUL NEDISTRUCTIV AL PIESELOR TURNATE
4.1. SCURTA INTRODUCERE IN NDT
Putina lume in afara de specialistii in domeniu intalnesc deseori termenul de testare nedistructiva (NDT-Nondestructiv Testing sau CND Controle Non Destructif). Cu toate acestea testarea nedistructiva participa la pastrarea in siguranta a noastra si a obiectelor cu care interactionam, multe dintre acestea fiind testate nedistructiv.
NDT este definit ca ansamblul de metode care permit caracterizarea starii de integritate a structurilor industriale, fara a le degrada, fie in decursul productiei (piesele care ies din turnatorii nu sunt intotdeauna lipsite de defecte), fie pe parcursul utilizarii (aparitia defectului). Este necesara determinarea de maniera empirica a taliei defectului acceptat,apoi detectarea defectului fara a afecta piesa si inlocuirea la nevoie a acesteia. In linii mari testarea nedistructiva (NDT) reprezinta testarea fara a provoca daune asupra elementelor testate creand o lume mai sigura.
NDT interactioneaza cu diferite domenii de activitate de la industria aerospatiala, petrochimie,industria navala la domenii ca medicina.
Evaluarea obiectelor solide pentru a nu prezenta riscuri in momentul functionarii se face dificil fiind esentiala testarea lor in timpul diferitelor faze de fabricare si in timpul exploatarii.
Pe parcursul procesului de modelare a unui obiect din metal se poate produce contractarea sau racirea acestuia determinand crapaturi sau aparitia unor goluri in structura obiectului respectiv. Lipsa fuziunii metalului cu alte componente poate conduce la o structura ce se poate rupe. Viata unui obiect sau a structurilor industriale imbraca diferite stari de integritate. Asadar pe parcursul vietii, componentele industriale necesita efectuarea de teste nedistructive in mod regulat si sistematic pentru a detecta defecte ce prin alte metode sunt fie mai dificil de aflat, fie mai costisitoare.
Domenii de aplicare ale NDT.
industria automobilelor (diferite piese)
industria navala (controlul corpului navei si a structurilor sudate)
aeronautica (aripile avioanelor, diferite piese de motor, etc)
industria energetica (reactoare,turbine, cazane de incalzire,tevarii, etc)
aerospatial si armata
diferite structuri feroviare
industria petrochimica
tevi sau tuburi subterane supuse coroziunii
piesele turnate sau forjate
piese cu fiabilitate de functionare foarte critica
Ca o regula generala metodele NDT se aplica in toate sectoarele de productie.
4.2. Diferite metode de control
Metodelor uzuale de control nedistructiv le corespunde o serie de simboluri reglementate de norma europeana EN 473. (END examinare nedistructiva). Tab. 10
Magnetoscopia (MT)
Control nedistructiv prin magnetoscopie ("control cu pulberi magnetici") consta in supunerea unei zone de controlat la actiunea unui camp magnetic continu sau alternativ. In interiorul unui material feromagnetic se creaza un flux magnetic intens.Defectele intalnite in calea sa determina devierea fluxului magnetic generand astfel un camp de dispersie la suprafata piesei. Campul de dispersie astfel generat este materializat prin intermediul unei pudre feromagnetice (particole colorate sau fluorescente) foarte fine pulverizata pe suprafata de examinare si atrasa in dreptul defectelor de catre fortele magnetice. Aceasta furnizeaza o «semnatura particulara » ce caracterizeaza defectul. Rezultatele quasi-imediate sau aspectul economic sunt principalele avantaje ale acestei metode.
Metoda permite detectarea defectelor materialelor feromagnetice. Un material este considerat ca fiind feromagnetic atata timp cat este supus la un camp continuu de 2400 A/m si prezinta o inductie de cel putin 1 tesla.
Ultrasunetele (UT)
Metoda este bazata pe undele mecanice (ultrasunetele) generate plecand de la un element piezo-magnetic excitat la o frecventa cuprinsa pentru numeroase aplicatii intre 2 si 5 Mhz. Controlul presupune transmiterea, reflexia, absorbtia unei unde ultrasonore ce se propaga in piesa de controlat. Fasciculul de unde emis se reflecta in fundul piesei si pe defecte, dupa care revine catre defectoscop ce este deseori emitator si receptor. Pozitionarea defectului se face prin interpretarea semnalelor.
Metoda prezinta avantajul de a gasi defectele in profunzime datorita unei rezolutii spatiale ridicata insa este uneori lenta datorita necesitatii de baleiere exhaustive a piesei. Uneori este necesara executarea controlului pe mai multe suprafete ale piesei. Meoda de control manual prin ultrasunete este foarte sensibila la detectarea defectelor netede.
Controlul cu Lichide Penetrante (PT)
Desi metoda pare foarte simpla de pus in aplicare fiind sensibila la discontinuitati deschise. Pentru control trebuie curatata si pregatita suprafata de examinare. Un lichid penetrant (colorant sau fluorescent) va patrunde prin capilaritate defectele destupate.
Metoda permite detectarea unor defecte mai mici ce pot genera ulterior posibile fisuri. Se pot pune de asemenea in evidenta fisurile de oboseala si de coroziune.
Aplicarea se poate face inainte de sudura (pentru efectuarea unui control al tuturor suprafetelor inainte de a fi sudate, imbracate sau incarcate) si in timpul sudurii cand participa la diminuarea defectelor ce stau la baza imbinarilor (lipsa de penetrare,fisuri)
Controlul vizual (VT)
Orice tip de investigare trebuie sa fie precedata de o examinare vizuala a supafetei. In timpul celui de al doilea razboi mondial au aparut Magnetoscopia si Lichidele penetrante. Acestea s-au dezvoltat ca o extensie logica a celei mai vechi metode de control,controlul vizual. Procedeul este simplu dar indispensabil, examinarea vizuala presupune respectarea conditiilor de claritate satisfacatoare a suprafetelor materialelor, echipamentelor,si sudurilor luind in considerare caracteristicile si proprietatile acestora. Pentru rafinamentul si precizia controlului se folosesc diferite ustensile optice: endoscopul,lupe,lampi etc. Sunt furnizate astfel o serie de indicii legate de aspectul metalului, inclinatii precum si alte aspecte legate de conditiile in care sudura a fost executata. Aceste indicii sunt utilizate la estimarea probabilitatii unor defecte interne.
Un control vizual este cel care determina daca examinarea se face complet sau nu, fiind facute odata cu acesta si unele masuratori cum ar fi: dimensiuile defectelor de imbinare,grosimile recipientului sudat, dimensiunile cordonului sudat, etc.
4.3. Defectele materialelor metalice. Generalitati
Procesul tehnologic de elaborare a materialelor metalice este complex, in desfasurarea
acestuia intervenind o serie de factori care favorizeaza mai mult sau mai putin prezenta
discontinuitatilor in material. In functie de marimea, numarul si locul unde se gasesc situate, acestediscontinuitati intra, in unele cazuri, in categoria defectelor admise, iar in altele constituie defecte
neadmise pentru produsul finit pentru care a fost elaborat materialul metalic respectiv.
Este cunoscut faptul ca prezenta discontinuitatilor in materialele metalice influenteaza
proprietatile mecanice ale acestora. Prezenta discontinuitatilor, este datorata:
– procesului de elaborare a materialului (turnare);
– procesului de fabricatie a pieselor (forjare, laminare, sudura, tratament termic etc.);
– functionarii, ca urmare a solicitarilor complexe la care este supus materialul.
Examinarea vizuala a materialului metalic pe diverse faze ale procesului tehnologic,
evidentiaza discontinuitatile suprafetei exterioare, in cazul in care acestea au o anumita marime.
Pentru a pune in evidenta insa, discontinuitatile din interiorul materialului metalic, acesta este supus prin sondaj, la incercari distructive, rezultatul acestor incercari permitând tragerea
unor concluzii cu privire la calitatea unui intreg lot de piese.
Discontinuitatile in structura materialelor metalice din care sunt confectionate piesele, pot fi
puse in evidenta si prin incercari nedistructive. Una din metodele de testare nedistructiva a
materialelor metalice, curent utilizata in practica este metoda ultrasonica. Utilizarea cu succes a
metodelor ultrasonice in evidentierea discontinuitatilor in structurile metalice ale pieselor este
conditionata de cunoasterea provenientei, a formei sau a orientarii probabile a discontinuitatilor.
4.4. Controlul calității pieselor turnate
a. Calitatea suprafeței semifabricatelor turnate
După solidificare, semifabricatele turnate au suprafețe rugoase, determinate de fluiditatea metalului și de natura formei.
În afara rugozității, care apare în mod normal, suprafețele semifabricatelor turnate mai pot fi afectate și de o serie de defecte.
b. Defectele pieselor turnate Tab. 11
4.5. Controlul nedistructiv cu ultrasunete
Efectuarea unui control nedistructiv cu ultrasunete, consta in principiu, in transmiterea unor
vibratii (unde) ultrasonice, produse de un generator de unde, in piesa care se examineaza (fig. 32).
Fig. 32. Principiul de baza al controlului cu ultrasunete
In piesa, aceste vibratii isi modifica intr-o oarecare masura forma, rezultatul obtinut fiind
vizualizat pe un ecran al unui instrument de masura si interpretat apoi de un operator. In vederea realizarii unui control nedistructiv eficient, este necesara indeplinirea urmatoarelor conditii:
– controlul cu ultrasunete al materialului, prevazut in documentatia tehnica, sa fie intr-adevar
metoda de investigare adecvata pentru determinarea anumitor defecte de material;
– echipamentele ultrasonice utilizate sa corespunda din punct de vedere tehnic si sa dispuna de
accesorii potrivite domeniului de lucru;
– operatorul sa posede cunostintele teoretice si practice necesare prelucrarii informatiilor
vizualizate.
De asemenea, despre materialul piesei examinate este important sa se cunoasca:
– daca se preteaza la examinarea cu ultrasunete;
– modul de propagare a fascicolului ultrasonic in piesa;
– natura defectelor presupuse, care urmeaza a fi puse in evidenta cu ajutorul ultrasunetelor.
4.5.1. Tendinte actuale in productia de echipamente utilizate pentru testarea ultrasonica a materialelor
Echipamente ale firmelor de specialitate din intreaga lume sunt astazi folosite pe scara larga
pentru testarea calitatii si sigurantei produselor:
– detectoare ultrasonice universale pentru defecte, cu folosire in regim mobil sau stationar;
– instrumente de masura pentru detectarea ultrasonica a grosimilor materialelor si testarea
duritatii acestora, putâ nd fi utilizate si pe santiere, in regim mobil;
– sonde, accesorii si aplicatii software pentru o gama larga de instrumente de masura;
– instrumente pentru masurarea conductivitatii electrice a materialelor si a curentilor
turbionari din aceste materiale;
– instrumente pentru determinarea adâ ncimilor fisurilor din materiale;
– sisteme integrate pentru testarea automata a semifabricatelor si produselor finite in timpul
procesului de productie.
Gama variata de aparate produse in acest domeniu, a aparut ca o necesitate ceruta de
numeroasele cazuri particulare de masura si control intâ lnite in practica si au in vedere tipul
materialului testat (metal, plastic, fibra de sticla etc.), forma acestuia (plana, tubulara etc.) precum si
metoda de testare folosita (testare in regim stationar sau mobil).
Una din companiile care si-au consolidat puternic, pe piata mondiala, pozitia de producator
de echipamente in domeniul defectoscopiei ultrasonice a materialelor metalice (si nu numai a
acestora), este Krautkremer GmbH & Co din Germania. Aceasta companie produce la ora actuala o
gama variata de aparate si accesorii pentru detectarea discontinuitatilor materialelor metalice sau a
defectelor de alta natura.
Calitatea acestor echipamente a fost atestata constant de catre Inspectoratul Tehnic German
(TÜ V), inca din anul 1993 ca fiind concordanta cu standardele DIN EN ISO 9001-9002.
Sunt prezentate in continuare câ teva tipuri de aparate si accesorii utilizate in mod curent in
defectoscopia ultrasonica, si câ teva din caracteristicile lor tehnice de baza.
Sistemul modular MIPA-LT (Modular Inspection System for Portable Area Scan). Este un
sistem integrat de control, folosit in special pentru testarea automata a cordoanelor de sudura,
completul fiind format din urmatoarele componente:
1} un scanner cu urmatoarele posibilitati tehnice:
– posibilitatea de deplasare dupa doua axe (X-Y);
– cursa de scanare: X = 1.000 mm; Y = 300 mm.;
– viteza de scanare: max. 300 mm/s, cu o rezolutie de 0,1 mm;
– dispozitiv pentru controlul servomotorului, programabil prin intermediul unei interfete
seriale;
2} instrument ultrasonic tip USD 15, avâ nd o interfata seriala si iesire pentru inregistrarea
rezultatelor masuratorilor;
3} calculator PC Pentium, minim 133 Mhz, 16 Mb RAM. Este folosit pentru controlul scannerului
si al instrumentului ultrasonic mentionat anterior si pentru stocarea si evaluarea datelor obtinute
in urma masuratorilor.
Din categoria accesoriilor folosite in defectoscopia ultrasonica, sondele sunt deosebit de
importante. Cele mai multe tipuri sunt sonde de contact, avâ nd un vâ rf care vine in contact direct cu
piesa sau materialul controlat. Pentru analizarea partilor componente ale unor piese avâ nd pereti cu
grosimea mica, sondele pot fi echipate cu un invelis special din plastic (linie de intâ rziere), in
vederea receptionarii cu o anumita intâ rziere a undelor reflectate de materialul controlat. Din
aceasta categorie, tipurile de sonde utilizate frecvent in practica, sunt: (Tab.12)
Acest tip de sonde sunt preferate in situatia amintita anterior, datorita faptului ca au o
rezolutie imbunatatita fata de sondele clasice.
4.6. Radiografierea pieselor turnate
Pentru descoperirea defectelor interne ale pieselor metalice turnate sau forjate, radiografia este singura metodă care permite acest lucru, fără a necesita o pregătire prealabilă suprafeței piesei.
La controlul pieselor turnate, forjate sau laminate radiografia se aplică pentru punerea la punct a tehnologiei și pentru controlul direct al calității pieselor.
Controlul direct al calității pieselor are ca scop descoperirea defectelor interne și stabilirea mărimii și importanței acestora.
Astfel, radiografierea se execută după anumite reguli, impuse de condițiile de funcționare ale piesei. Se controlează mai întâi zonele în care există o posibilitate mai mare de apariție a defectelor și zonele supuse la cele mai mari sarcini în timpul procesului de funcționare.
Imaginea radiografică a unei incluziuni de gaz este o zonă rotundă, cu înnegrire mai mare decât cea corespunzătoare zonelor învecinate.
Datorită formei, de obicei sferice, densitatea de înnegrire a defectului varuază cu diametrul incluziunii, iar în cazul diametrelor mari, se observă chiar o variație de înnegrire în lungul oricărui diametru.
Incluziunile nemetalice se localizează, de obicei, în zonele marginale ale piesei și mai rar în zonele centrale. În acest caz, imaginea radiografică a acestui defect este neregulată, de obicei estompată. Astfel de defecte sunt întotdeauna greu de interpretat.
Retasurile interne apar datorită contracției în timpul răcirii metalului topit și au forma unor pâlnii cu contur neregulat (fig.33.)
Fig. 33
Tipuri de retasuri
retasură principală;
retasură secundară;
retasură dispersată.
Se întâlnesc retasuri principale situate în partea terminală a piesei, care se solidifică ultima, retasuri secundare, situate în interiorul piesei (tot de formă conică) și retasuri dispersate, care sunt zone de compactitate redusă, situate în locul retasurii principale sau în prelungirea acesteia.
Crăpăturile reprezintă discontinuități în metalul turnat provocate de tensiuni, datorită fie modificărilor structurale și contracției la răcire, fie altor cauze mecanice diverse.
Se disting crăpături la cald, care apar în domeniul de plasticitate al metalului ce se solidifică și care se prezintă cu margini neregulate, și crăpături la rece, care apar în domeniul elastic al metalului și au margini drepte.
Acest tip de defecte prezintă o importanță deosebită pentru structura piesei. Punerea lor în evidență prin radiografie este dificilă, datorită lărgimii și adâncimii lor (lărgimea este foarte mică) ca și a orientării lor, foarte diferită în interiorul materialului (fig.34.).
Fig. 34
Orientarea diferită a crăpăturilor
crăpătura longitudinală;
crăpătura transversală.
În cazul în care direcția fascicolului de radiații coincide cu direcția crăpăturii, imaginea poate fi evidențiată de radiofilm (astfel posibilitatea de vizualizare a crăpăturii depinde de dimensiunea sursei de radiații, de distanța focală, de energia radiațiilor și de tipul radiofilmului).
Pentru detectarea crăpăturilor se execută mai multe expuneri, pe direcții diferite, folosind întotdeauna radiații penetrante de energie mică (Roentgen moi sau γ emise de izotopul Iridiu-T92), pentru mărirea contrastului imaginii radiografice, ca și radiofilme cu granulație foarte fină.
Părțile metalice netopite și neîncorporate în masa metalului (picături reci), care apar datorită unor picături de metal topit în forma de turnare ce se solidifică înainte de a fi înconjurate de masa principală de metal, sunt relativ ușor observabile: conturul lor este net și apare pe radiografie cu o densitate de înnegrire mai mare decât cea corespunzătoare zonelor fără defecte.
Neregularitățile suprafeței se datorează fie formei turnate, fie unor crăpături interioare care ajung până la suprafața piesei. Pentru a le distinge de neregularități externe, puțin periculoase, este recomandat ca, înaintea examinării radiografiei, interportatorul se execută controlul vizual al suprafeței piesei, iar apoi să descopere pe radiografie neregularitățile superficiale observate.
Defectele pieselor forjate sau laminate sunt defecte de turnare transformate (alungite în diverse direcții sau după diferite profile ) datorită procedeului tehnologic respectiv.
Radiografierea unei piese turnate prin procedeul de iradiere normală
Fig. 35
1. sursa de radiații; 2. piesă de radiografiat;
3. radiofilm în casetă; 4. măști din Pb pentru reducerea radiației împrăștiate
În figura 35 este prezentat modul de radiografiere al unei zone cu secțiune plan – paralelă dintr-o piesă turnată.
Datorită formei speciale a piesei, pentru diminuarea radiațiilor împrăștiate se folosesc două măști din plumb, dispuse convenabil, pentru a nu obtura fasciculul primar de radiații care trebuie să impresioneze radiofilmul.
Pentru descoperirea crăpăturilor pieselor turnate se recurge la procedeele de iradiere normală și oblică. În astfel de cazuri este indicată executarea mai multor radiografii, din direcții diferite, în măsura în care forma piesei permite acest lucru. Această metodologie de control este arătată în figura 36.
Fig. 36
Descoperirea defectelor într-o piesă turnată
1. sursa de radiații; 2. piesă de radiografiat; 3. radiofilm în casetă
Se observă că orientarea diferită a crăpăturilor din interiorul piesei radiografiate nu permite detectarea lor decât în anumite unghiuri de iradiere. Astfel, defectul prezentat anterior în fig.36.a, nu poate fi descoperit decât folosind unghiul de iradiere indicat, celelalte direcții conducând la imagini neconcludente ala defectului.
Pentru radiografierea pieselor cu profil oarecare se recurge la procedeul de iradiere cu film multiplu, în special în cazurile în care este dificilă sau imposibilă folosirea compensatorilor. Prin acest procedeu se poate controla calitatea cârligelor de marcare (fig.37)
a căror secțiune are formă trapezoidală. Astfel, pot fi folosite două pelicule identice sau cu rapidități de impresionare diferită.
METODE MAGNETICE DE CONTROL DEFECTOSCOPIC NEDISTRUCTIV
4.7. Metode magnetice de control defectoscopic nedistructiv
Posibilitatea folosirii unor metode magnetice de control defectoscopic depinde de propietățile magnetice ale materialelor.
Tensiunea câmpului magnetic H caracterizează forța cu care acesta acționeaza asupra unui conductor parcurs de curent amplasat în câmp.
Dacă în câmpul magnetic se amplasează un material magnetic, atunci câmpul din interiorul materialului va avea o tensiune sporită și inducția magnetică B va fi:
(1) B = H + Hi,unde H tensiunea suplimentară a câmpului magnetic.
(2) H=4πP, P = xH, unde P – vector magnetizare; H – tensiunea câmpului ăn vid.
Mărimea ce caracterizează proprietățile magnetice ale substanței date se numește susceptibilitate magnetică.
Conform relațiilor 1 și 2, avem:
– permeabilitatea magnetică a mediului.
Raportând permeabilitatea magnetică a mediului la cea a vidului se obține permeabilitatea relativă a mediului : .
Majoritatea materialelor au , dar sunt unele (ex.: Fe, Ni, Co, unele aliaje la care este de ordinul miilor: ;
Aceste materiale sunt numite feromagnetice. Materialele feromagnetice păstrează magnetismul după încetarea acțiunii câmpului magnetizat și au permeabilitate magnetică dependentă de mărimea câmpului de magnetizare.
Mărimea Hc se numește forță coercitivă și este folosită în practică la controlul magnetic.
Câmpul coercitiv este o variabilă care depinde de un număr mare de factori, cum sunt:
– natura materialului;
– omogenitatea și duritatea materialului;
– geometria piesei;
– intensitatea câmpului inițial.
Mărimea câmpului remanent este dependentă de:
– caracteristicile magnetice ale materialului;
– intensitatea câmpului aplicat;
– direcția de magnetizare;
– geometria piesei.
Luând în considerare câmpul remanent materialele magnetice se împart în două grupe:
– materiale magnetice moi – cu remanență magnetică mică;
– materiale magnetice dure – cu remanență magnetică mare.
Metode de magnetizare transversală
Există două metode de magnetizare pentru obținerea unui câmp magnetic circular într-o piesă.
1. Magnetizarea prin trecerea unui curent electric prin piesa controlată
Curentul electric care trece printr-un conductor liniar produce un câmp magnetic circular în jurul conductorului. Liniile magnetice de forță sunt perpendiculare pe direcția curentului, sensul lor fiind determinat cu regula burghiului (fig. 38,a).
Dacă conductorul este confecționat din material magnetic, se produce un câmp magnetic, atât în conductor, cât și în spațiul înconjurător (fig. 38,b).
O piesă astfel magnetizată se spune că are un câmp circular sau este magnetizată circular.
Fig. 38
Pentru piesele cu secțiune transversală variabilă, este necesar să se magnetizeze circular cu un curent slab, atunci când se examinează zonele subțiri, și apoi, folosind altă schemă de magnetizare, zonele groase, cu un curent mai mare.
O altă metoda de examinare circulară constă în introducerea curentului electric îin piesa controlatăa cu ajutorul electrolizilor de contact (fig. 39) sau a unor cabluri cu cleme.
Astfel se pot controla piese mari trecând curentul numai prin anumite porțiuni ale lor sau piese cu coufigurație complicată.
Echipamentul de magnetizare este probabil prevăzut cu posibilitatea întreruperii circuitului electric de alimentare de la distanță.
Fig. 39
Piesa controlată trebuie să fie bine strânsă între capetele de contact. Acestea sunt prevăzute cu plăci din Pb sau țesătură din fire de Cu. Suprafața de contact a piesei trebuie să fie suficient de mare, pentru a nu produce supraîncălzirea datorită densității mari de curent.
2. Magnetizarea cu ajutorul unui conductor străbătut de curent introdus prin piesa controlată
Metoda se aplică la controlul pieselor tubulare sau prevăzute cu găuri (fig. 40, a). Conductorul poate fi o bară sau un cablu confecționat din cupru. Câmpul magnetic fiind indus dinspre interior spre exterior există posibiitatea controlului ambelor suprafețe (interioară și exterioară) simultan. Aplicarea acestei metode elimină riscul deteriorării piesei, ca urmare a parcurgerii ei de către un curent electric cu intensitate mare (distrugere prin supraîncălzire sau împroșcări
cu scântei la realizarea contactului electric). Câmpul magnetic fiind constant în lungul conductorului, există posibilitatea magnetizării simultane a mai multor piese (fig. 4,b).
Fiecărui tip dc magnetizare îi este specifică detectarea unui anumit tip de defect având orientarea favorabilă (fig. 41).
1 – indicație sigură;
2 – nu se obține indicația;
3 – indicație sigură;
4 – indicație posibilă spre sigură.
Fig. 41
Există însă defecte cu o orientare defavorabilă, care scapă detectării.
Astfel, pentru a elimina acest dezavantaj, se poate apela la una din următoarele soluții:
– se combina metodele de magnetizare obținându-se magnetizarea mixtă (fig. 42);
– se schimbă direcția liniilor câmpului magnetic prin schimbarea poziției dispozitivului de magnetizare;
– se magnetizează suplimentar porțiunile periculoase (cu defecte) prin una din metodele posibile.
4.7.1.Controlul defectoscopic nedistructiv cu pulberi magnetice
Controlul cu pulberi magnetice constituie cea mai răspândită variantă de control magnetic, datorită simplității ei.
Detectarea defectelor este posibilă prin depunerea unei pulberi feromagnetice pe suprafața piesei magnetizate și aglomerarea pulberii în dreptul discontinuităților materialului. Tendința câmpului magnetic de scăpări de a-și micșora energia conduce la formarea unor lănțișoare de particule magnetice. În lungul liniilor acestui câmp din aglomerarea acestor lănțișoare se produce indicația de defect.
În funcție de modul de aducere a pulberii pe suprafața piesei controlate se deosebesc 2 grupe de metode de control:
metode uscate – unde pulberea este pulverizată pe suprafața în stare uscată (agentul purtator al pulberii fiind aerul);
metode umede – unde pulberea este depusăa pe suprafață sub formă de suspensie (agentul purtător fiind lichid).
Metodele uscate sunt indicate pentru controlul suprafețelor cu rugozitate mare și pentru detectarea defectelor din apropierea suprafeței. Pulberile odată folosite nu se reutilizează.
Cea mai răspândită este însă metoda umedă datorită avantajelor pe care le prezintă.
Metodele umede sunt cele mai indicate pentru detecția discontinuităților fine de suprafață. Suspensia este colectată în vederea reutilizării până ce gradul de contaminate a pulberii este prea mare. Operatorul are condiții de lucru bune.
Pulberi și lichide magnetice
Indiferent de modul de utilizare, pulberile magnetice sunt alcătuite din materiale feromagnetice cu permeabilitate magnetică mare și remanență mică. În general, sunt folosite magnetita (Fe3O4) sau oxidul feromagnetic de fier γ Fe3O4. Pulberile magnetice se caracterizează prin:
– propietățile lor magnetice;
– formă granulară, sferică, aciculară;
– dimensiuni: 0,1-100 μm (frecvent 1-10 μm, pentru metodele umede și 10-500 μm, pentru metodele uscate);
– culoare.
Pentru observarea depunerii de pulbere, prin crearea unui contrast suficient între fondul reprezentat de suprafața examinată și acumularea de pulbere, se pot folosi următoarele soluții:
– se controlează pulberea, dându-i-se o nuanță convenabilă (galben, roșu, cenușiu deschis, negru);
– se utilizează o pulbere fluorescentă, examinarea făcându-se în lumină ultravioletă;
– se vopsește suprafața controlată cu vopsea de contrast, pulberea utilizată fiind neagră sau având altă culoare.
Pulberile colorate se obțin fie prin reacțtii chimice la care sunt supuse pulberile feromagnetice (oxidare, clorinare), fie prin acoperirea acestora cu un pigment colorat.
Pulberi fluorescente se obțin prin acoperirea particulelor feromagnetice cu un luminator, care va adera strâns la suprafața particulelor.
Deoarece sensibilitatea controlului este mai mare atunci când se folosesc pulberile fluorescente, există tendința extinderii acestui tip de pulberi.
Suspensiile de pulberi magnetice, denumite și lichide magnetice, folosite la metodele umede, se obțin prin dispersarea pulberilor feromagnetice normale, colorate sau fluorescente, fie în derivați ai petrolului (petrol lampant, ulei+petrol lampant, white-spirit), fie în apă. Pentru controlul rar lichidul suspensiei se recomandă să fie petrol lampant, iar pentru controlul continuu apa.
Folosirea apei impune adăugarea unor substanțe cu destinație bine determinată: agenți activi de suprafață, inhibitori de coroziune, antispumanți. De obicei, se adaugă substanțe anticorozive (borax, azotat de potasiu, sticlă solubilă) și substanțe ce îmbunătățesc udarea suprafeței (detergenți). Folosirea apei reduce pericolul de incendiu și apariția dermatozelor. Pe lângă avantajul unui cost scăzut, apa are unele dezavantaje: poate coroda instalația de control, precum și obiectul controlat.
Pentru a se obține suspensia magnetică se amesteca pulberea în lichidul purtător în concentrația cerută.
Dacă aceste recomandări lipsesc, se vor folosi concentrațiile:
– 15-20 g/litru pentru pulberi nefluorescente;
– 1-5 g/litru pentru pulberi fluorescente.
O modalitate simplă de verificare practică a concentrației – operație ce trebuie repetată zilnic este următoarea:
– se lasă să treacă suspensia prin conductele instalației câteva minute;
– se colectează într-un tub gradat o cantitate de 100 cm3 de lichid magnetic și după 30 minute se citește volumul particulelor depuse la partea inferioară a tubului.
Pentru suspensiile cu pulberi colorate, această depunere trebuie să fie între 1,5 și 2 cm3, iar pentru pulberile fluorescente, între 0,2 și 0,4 cm3.
Pastele fluorescente destinate folosirii în apă sunt foarte sensibile pentru discontinuitățile fine și produc fluorescență de fond minimă.
4.8.Concluzii. Memoriu economic
Eficiența tehnico-economică a tehnologiilor de prelucrare este legată direct de productivitatea realizată, de precizia dimensională cerută, de forma, de poziția reciprocă și calitatea suprafețelor.
4.8.1. Normarea tehnică
Stabilirea tehnologiilor raționale pentru prelucrarea prin turnare impune efectuarea unor calcule tehnico-economice.
Norma de muncă reprezintă cantitatea de muncă care se stabileste unui executant, care are calificarea corespunzatoare și lucrează în ritm normal pentru efectuarea unei operații, lucrari sau serviciu în anumite conditii tehnico-organizatorice precizate.
Normele de muncă pot fi exprimate prin mai multe forme, în functie de specificul activitatii: norme de timp, norme de productie, norme de personal, sfere de atribuțiuni și norme de servire.
În primul rând va trebui să se țină seama de norma tehnică de timp și norma de producție.
Norma de timp cuprinde totalitatea timpilor productivi ai executantului precum si timpii de intreruperi reglementate. Acesti timpi constituind timpul normat.
Norma de timp se calculează cu relația:
NT = tu + Tpi / nlot [min] (4.8.1)
în care:
tu = timp unitar;
Tpi = timpul de pregătire-încheiere;
nlot = numărul de piese din lot;
Timpul de pregătire-încheiere este consumat de către executant, înainte de începerea prelucrării unui lot de piese, pentru a crea condițiile necesare executării lor, precum și după terminarea lui, pentru aducerea locului de muncă în starea inițială. El se compune din timpii necesari pentru: obținerea sarcinii de producție, a documentației tehnice, analiza instrucțiunilor și a documentației, primirea echipamentului tehnologic, reglarea acestuia, scoaterea piesei după prelucrare, etc.
tu = Top + Tdt [min] (4.8.2)
în care:
Top = timpul operativ;
Tdt = timpul de deservire al locului de muncă;
Timpul de deservire a locului de muncă este consumat de executant în întreaga perioadă a schimbului pentru asigurarea stării de funcționare a utilajului și echipamentului tehnologic, organizarea, alimentarea și menținerea ordinii și curățeniei la locul de muncă.
Top = tb + ta [min] (4.8.3)
în care:
tb = timp de baza;
ta = timpi auxiliari;
Timpul de bază tb este consumat de către presator pentru transformarea semifabricatului în piesă finita.
Timpul auxiliar ta este folosit pentru mânuiri sau acțiuni ale executantului în vederea pregătirii transformării semifabricatului în piesă finită.
Tdt= tdt + tdo + ton [min] (4.8.4)
în care:
tdt = timp de deservire tehnica;
tdo = timp de deservire organizatorica;
ton = timp de odihna si necesitati firesti;
Timpul de întreruperi reglementate este folosit de prestator pentru menținerea capacității sale de muncă, satisfacerea necesităților sale fiziologice de odihnă și igienă personală în timpul programului de lucru, precum și pentru pauzele condiționate de tehnologia stabilită.
Norma de timp se poate calcula analitic conform formulelor prezentate mai sus sau se poate stabili din tabele normative.
4.8.2. Studiu comparativ privind costurile de fabricatie a unei piese reprezentative
În conditiile economiei de piata si a concurentei tot mai acerbe între companii/producatori, a caror tinta comuna este piata, alte elemente de importanta majora pe lânga îmbunatatirea continua a caracteristicilor produselor (precizie, calitate, fiabilitate) sunt costurile de fabricatie, influentate de costurile materialelor si de manopera, de seria de fabricatie si timpul pâna la lansarea pe piata.
Pentru realizarea studiului comparativ privind costurile se fabricatie, piesa reprezentativa prezentata în figura 43, a fost fabricata prin trei procedee, doua dintreacestea utilizând noile tehnologii de fabricare rapida a prototipurilor, numite Rapid Prototyping si de de fabricare rapida a sculelor, numite Rapid Tooling, iar al treilea procedeu prin prelucrare pe un centru de prelucrare cu CNC .
Figura 43. Piesa reprezentativa
În prima varianta piesa reprezentativa din figura1, a fost fabricata prin turnare sub
vid (Vacuum Casting), utilizând o matrita din cauciuc siliconic (figura 44).
Figura 44. Matrita din cauciuc siliconic si piesa turnata
În a doua varianta, piesa reprezentativa a fost fabricata prin injectie în matrita obtinuta prin tehnica de fabricare rapida prin pulverizare de metal (figura 45), numita Metal Spraying – MS.
Figura 45. Matrita obtinuta prin pulverizare de metal
topit si piesa injectata
Calculul economic privind costurile de fabricatie ale piesei reprezentative prin cele trei procedee, s-a realizat pentru o serie de 50 de bucati de piese.
Întrucât în toate cele trei cazuri, pretul materialului piesei este acelasi, pentru efectuarea studiului comparativ este suficient sa comparam ponderea pretului pe bucata din pretul matritei.
1. Costul de fabricatie al piesei reprezentative, fabricate utilizând matrita din cauciuc siliconic:
s-a calculat pe baza formulei (1):
PmatritaCSbuc = ( Gmaterial x Pret / kg ) x 2 [Euro] (1)
Pretul de cost al piesei s-a calculat utilizând formula (2),
Ppiesabuc = PmatritaCS/50 + Pretmaterialpiesa x 2 [Euro] (2)
Ponderea în pretul/bucata s-a calculat utilizând formula (3),
Pondere pret/bucata = Pmatrita [%] (3)
Seria de fabricatie
Dupa efectuarea calculelor, s-au obtinut urmatoarele rezultate:
PmatritaCSbuc = 110 [Euro]
Pondere pret/bucata = 110 = 2,2 [%]
50
Figura 46. Semimatrita fabricata pe centrul de
prelucrare cu CNC
2. Costul de fabricatie al piesei reprezentative, fabricate utilizând matrita obtinuta prin pulverizare de metal (MS)
Utilizând formulele de calcul (1) si (3) costul de fabricatie al matritei obtinute prin metoda de pulverizare de metal, respectiv ponderea pretului pentru o bucata vor fi:
PmatritaMSbuc = 212 [Euro]
Pondere pret/bucata = 212 = 4,2 [%]
50
3. Costul de fabricatie al piesei reprezentative, fabricate utilizând matrita prelucrata prin CNC
Costul de fabricatie al matritei fabricate prin CNC a fost calculat utilizând formula (4),
Pret de cost matritaCNC = Timpde prelucrare x Pmanopera / h x Pret material / kg [Euro] (4)
PmatritaCNC = 433 [Euro]
Pondere pret/bucata = 433 = 8,6 [%]
50
Considerând ca piesa reprezentativa este fabricata din acelasi material, ponderea în pretul pe bucata , calculat pentru o serie de fabricatie de 50 de bucati, utilizând matrita din cauciuc siliconic (CS), matrita obtinuta prin pulverizare de metal (MS) si matrita fabricata pe centrul de prelucrare cu CNC, este prezentata în tabelul 13 si în diagramele din figurile 47, 48 si 49.
Tabelul 13
Figura 47. Diagrama ce reprezinta ponderea în pretul pe bucata al piesei
reprezentative, fabricate utilizând matrita din cauciuc siliconic
Figura 48. Diagrama ce reprezinta ponderea în pretul pe bucata al piesei
reprezentative fabricate utilizând matrita obtinuta prin pulverizare de metal
Figura. 49. Diagrama ce reprezinta ponderea în pretul pe bucata al piesei
reprezentative, în cazul în care s-ar utiliza pentru fabricatia acesteia o
matrita fabricata pe un centru de prelucrare cu CNC
În termeni relativi, impactul acestor costuri asupra pretului piesei este prezentat în diagrama din figura 50 .
Figura. 50. Impactul costurilor de fabricatie al celor trei matrite asupra pretului piesei
4. Concluzii:
În baza calculului economic si a studiului comparativ privind impactul costurilor de productie a matritelor fabricate utilizând tehnologii RT si tehnologia clasica de prelucrare prin CNC, asupra costurilor de fabricatie al piesei reprezentative, se desprind urmatoarele concluzii:
-Fabricatia matritei din cauciuc siliconic (CS) prin procedeul de turnare sub vid
(Vacuum Casting), este eficienta pentru seriile mici de productie sau de unicate, datorita pretului de cost de aproximativ de 4 ori mai mic, comparativ cu costul de fabricatie al matritei prelucrate pe masina CNC;
-Pentru o serie mijlocie de productie, este eficienta fabricatia matritei prin procedeul
de pulverizare de metal, datorita costului de fabricatie de aproximativ 2 ori mai mic decât costul matritei prelucrate pe masina CNC;
-Fabricatia matritei prin frezare pe masina CNC, se justifica numai la productia seriei
mari de piese, unde pot fi amortizate costurile sale.
CAPITOLUL 5
NORME DE PROTECȚIA MUNCII SI PSI
5.1. GENERALITATI
Normele specifice de securitate a muncii sunt reglementări cu aplicabilitate națională care cuprind prevederi minimal obligatorii pentru desfășurarea principalelor activități din economia națională în condiții de securitate a muncii.
Protecția muncii constituie o problema in care sunt implicați toți oamenii muncii care lucrează in unități productive, reglementată prin prevederi legale. Elaborarea unor norme de protecția muncii are ca scop îmbunătățirea continuă a condițiilor de munca, înlăturarea cauzelor care pot provoca accidente de muncă și îmbolnăviri profesionale, prin aplicarea unor metode moderne de lucru, folosirea rezultatelor cercetării științifice si organizarea judicioasă a muncii.
La proiectarea unui echipament trebuie aplicate soluții tehnice in contextul respectării prescripțiilor de electro-securitate și celor specifice procedeului de lucru.
Forma constructive a echipamentului trebuie să fie simplă, robustă, ușor accesibilă care să permită întreținerea și exploatarea fără pericol de accident.
Panourile și pupitrele de comandă trebuie să fie ușor accesibile și plasate in zona cea mai favorabilă pentru intervenții prompte și rapide. Toate elementele de întreruperea circuitelor sunt marcate cu o culoare roșie. Butoanele pentru întrerupere generală sunt de tip ciupercă, au culoare roșie și se amplasează proeminent pe panoul de comanda al echipamentului. Părțile componente ale instalațiilor (carcasa transformator, pupitru de comanda) trebuie prevăzute cu o bornă de legare la pământ, prevăzută cu șurub de minimum M8, din alama. sau otel acoperit cu un strat de protecție electrochimic.
Locul bornei se marchează vizibil si durabil cu semnul convențional de legare la pământ de protecție conform STAS 1590/1-71. Daca echipamentul este prevăzut cu capace de acces la partea electrica de forța, se dispun microîntrerupătoare care nu permit cuplarea la rețea, când capacele sunt desfăcute. Implicit prin condițiile tehnice impuse, prin standardele de produs, sunt reglementate o serie de elemente de protecție (tensiuni de mers in gol, de lucru, ale dispozitivului de reglare de la distanta, gradul de protecție etc. Legarea la pământ sau la conductorul de nul este obligatorie pentru echipamente si se va executa in conformitate cu prescripțiile in vigoare.
5.2. NORME GENERALE DE SECURITATE PENTRU TURNAREA MATERIALELOR
Prin nerespectarea regulilor de tehnică a securității muncii se pot produce următoarele accidente:
electrocutări;
îmbolnăvirea ochilor si arsuri ale pielii;
arsuri și răniri produse de scântei, picături de metal, de zgură sau de
piesele încălzite;
intoxicări provenite de la gaze și fumul degajat;
incendii cauzate de scânteile împrăștiate.
Toate echipamentele vor fi dotate cu extinctoare cu CO2 care vor fi folosite în caz de avarii pe circuitele electrice.
Pentru a se elimina posibilitățile de producere a accidentelor este necesar ca încă de la proiectare să se respecte o serie de norme de protecție a muncii:
deservirea mașinilor-unelte este permisă numai lucrătorilor calificați și instruiți special pentru acest scop;
se interzice lucrul la mașinile fără ca lucrătorii să posede documentația necesară (desene, fișe tehnologice, planuri de operații, schema de ungere și instrucțiuni speciale de securitate a muncii corelate cu prevederile din cartea tehnică a mașinii);
înainte de începerea lucrului, lucrătorul va controla starea mașinii, a dispozitivelor de comandă (pornire-oprire și schimbarea sensului mișcării), existența și starea dispozitivelor de protecție și a grătarelor din lemn;
se vor aviza numai acele tehnologii care nu prezintă pericol de accidente prin aplicarea lor;
Se vor respecta în totalitate N.T.S.M. în execuție și exploatare și normele interne specifice
locului de muncă.
5.3. Măsuri și mijloace de prevenire a incendiilor și exploziilor
evitarea formării de pulberi fine, a amestecurilor explozive; pentru aceasta, se recomandă curățarea în mod periodic a prafului de pe utilaje și de pe toate părțile încărcate cu electricitate statică;
mărirea umidității relative a aerului;
prevederea unor aparate de deconectare automată, dispozitivele electronice în caz de avarii;
amenajarea unor spații pentru fumat, în incintele unde fumatul nu este permis;
asigurarea unei bune evacuări a oamenilor și a bunurilor din clădire, în caz de incendiu;
instalarea de scări de incendiu, guri de apă, cu utilajul necesar (furtun cu lance, pompe);
măsuri de siguranță, care constau din indicatoarele P.S.I. (marcarea zonelor periculoase, a mediilor explozive, a căilor de evacuare din clădiri) și asigurarea unor bune condiții pentru intervenția rapidă la stingerea incendiilor.
Măsurile organizatorice de combatere a incendiilor constau în:
prelucrarea normelor și a prescripțiilor referitoare la prevenirea incendiilor, interzicerea folosirii flăcării deschise, a fumatului, în diferite medii periculoase;
stabilirea unor sarcini precise privind prevenirea și combaterea incendiilor și asigurarea prelucrării și a afișării lor;
dotarea cu utilaje și materiale tehnice de combatere a incendiilor și anume: utilaj manual de primă intervenție (lopeți, pompe de mână), stingătoare manuale (cu apă, cu spumă chimică, cu substanțe chimice solubile sub formă de prafuri, cu dioxid de carbon, cu gaze inerte, cu spumă aeromecanică);
instalații cu rețele cu apă.
Materialele care se pot folosi la stingerea incendiilor sunt:
nisipul, ca mijloc imediat de înăbușire a focarului de incendiu;
apa sub formă de jeturi compacte, la stingerea materialelor combustibile solide (lemn, textile, hârtie), a lichidelor insolubile în apă, când sunt în straturi cu grosimi mici (petrol lampant, uleiuri), a gazelor;
apă dispersată în picături;
apă sub formă de ceață sau sub formă de abur pentru stingerea materialelor solide, lichide sau gazoase, în cantități mai mari, ori în spații închise;
diverse substanțe chimice, prafuri, tetraclorură de carbon, zăpadă carbonică
La stingerea incendiilor care au loc în instalațiile electrice (transformatoare, instalații electrice de înaltă tensiune), se interzice folosirea materialelor de stingere lichide spumante etc. Aceste instalații trebuie prevăzute cu lăzi de nisip, tetraclorura de carbon etc.
5.4. Primul ajutor în caz de accidentare
In caz de accident, primul ajutor se va acorda la locul unde se găsește accidentatul; se face o examinare exterioară completă, fără ai produce mișcări bruște sau greșite;
Se va acorda primul ajutor in următoarea ordine:
extrema urgență – hemoragiile (la cap, gât, subsuoară, coapsă);
hemoragiile interne, răniții în zona toracelui, cei cu arsuri mari, cei cu mai multe răni grave;
prima urgență – răniții care au pierderi de sânge, răniți cu membrele zdrobite;
a doua urgență – fracturile (de craniu, de coloană vertebrală, fracturile deschise, rănile adânci);
• a treia urgență – fracturile mici închise, rănile puțin adânci etc.
Rănile
se curăță pielea din jurul rănii, prin spălare (de preferat cu apă fiartă și răcită) și se dezinfectează cu alcool, tinctură de iod, eter, benzină, bromocet, apă oxigenată (la sângerare abundentă);
spălarea rănii propriu-zise cu apă sau cu alte substanțe, presărarea prafurilor, ungerea cu alifii, ca și îndepărtarea cheagurilor de sânge sunt interzise.
se va da atenție deosebită rănilor murdare de pământ, a celor cauzate de materiale metalice ruginite, deoarece prezintă pericolul îmbolnăvirii de tetanos.
în cazul unor răniri ușoare, se face spălătura cu o soluție slab antiseptică (rivanol, apă oxigenată), după care se aplică pansamentul (două-trei comprese sterile peste care se pune vată și se execută înfășurarea în tifon).
după pansare, accidentatul va fi transportat la cea mai apropiată unitate medicală.
corpurile străine care pătrund sub pleoape se îndepărtează ușor, cu un tampon de vată sau tifon sau prin spălarea ochiului cu un jet de acid boric sau de apă curată, fiartă anterior, jet îndreptat dinspre colțul de la tâmplă al ochiului spre colțul interior (spre nas). Dacă astfel nu se reușește înlăturarea corpului, accidentatul va fi transportat imediat la medicul oftalmolog.
Asfixia și sufocarea. Unele substanțe toxice folosite sau produse în industrie pot provoca asfixia, care este o stare de tulburare a organismului din lipsa oxigenului. Ea poate avea următoarele cauze:
proporție redusă de oxigen în atmosfera mediului înconjurător;
obturarea căilor respiratorii, inflamarea plămânilor, paralizia mușchilor respiratori etc.
Sufocarea se manifestă printr-o respirație grăbită, îngreuiată. Dacă substanța care a produs sufocarea este iritată (clor, bioxid de sulf), accidentatul prezintă usturimi în piept, dureri, tuse puternică. în prima urgență se administrează oxigen, iar pentru potolirea tusei și durerilor se aplică comprese calde pe piept și pe gât și se dau înghițituri mici de ceai fierbinte.
Unui accidentat care se sufocă și respiră des și violent, nu i se face imediat respirația artificială, ci numai după ce respirația devine neregulată sau se oprește cu totul. în cazul unui asemenea accident, se va apela la intervenția medicală.
Fracturile și luxațiile.
Se interzice rănitului orice mișcare a membrului traumatizat, care va fi imobilizat cu ajutorul unor ațele îmbrăcate în vată. Atelele se aplică astfel să nu se apese pe fractură, ci numai să împiedice progresarea ei; ele vor depăși cele două articulații vecine fracturii, fixându-se cu fâșii de tifon de pânză.
In cazul fracturii coloanei vertebrale, accidentatul va fi culcat pe spate pe o scândură dreaptă și va fi transportat imediat la spital. Nu se va folosi o targa de pânză pentru a nu menține accidentatul în poziție curbată.
Hemoragiile. După felul vasului sanguin care sângerează, pot fi hemoragii externe, interne sau exteriorizate (curgerea sângelui din nas). La hemoragiile de abdomen, torace, cap, se vor folosi pansamente compresive (bandaje puternic strânse). Hemoragia internă, care se manifestă atât prin dureri localizate, cât și prin starea generală gravă, impune de extremă urgență transportarea bolnavului, înfășurat în pături, la cel mai apropiat spital.
Arsurile. Primul ajutor în caz de arsuri constă în:
scoaterea hainelor și a încălțămintei – preferabil prin tăierea lor cu foarfecele – de pe suprafața arsă a corpului; în cazul arsurii cu bitum topit sau cu alt material care s-a lipit, acesta nu se jupoaie;
aplicarea de comprese sterile fără a se sparge bășicile sau, în cazul unor arsuri întinse, înfășurarea accidentatului în cearceafuri curate;
Se învelirea accidentatului cu pături, cearceafuri, dându-i să bea ceai să fie transportat imediat și repede la spital fără a i se face în prealabil dezghețarea membrului degerat.
Intoxicațiile. Primul ajutor în cazul intoxicațiilor prin ingerare de substanțe constă în a provoca accidentatului vomitări, prin introducerea unui deget în gât, după ce i s-a dat să bea apă caldă, în care s-a dizolvat sare sau muștar. în cazurile de intoxicații în industrie – dacă se cunoaște precis natura substanței toxice – se va proceda cum se indică în trusa sanitară, administrându-se antidotul respectiv.
In cazul intoxicațiilor cu oxid de carbon, care au loc când se folosesc în mod imprudent sobe cu cărbuni, aparate de încălzit sau de iluminat cu gaze, primul ajutor constă din scoaterea accidentatului la aer curat, pălmuirea feței, fricțiuni energice, aspirație de amoniac; respirație artificială, iar dacă își revine – până la sosirea asistenței medicale – i se dă să bea cafea fierbinte sau ceai concentrat.
In toate cazurile de intoxicații accidentatul va fi trimis imediat la unitatea medicală, după acordarea primului ajutor.
Leșinul (lipotimia) este provocat de cauze diverse, ca: temperaturi ridicate, degajări de gaze etc. Primul ajutor constă în așezarea accidentatului culcat cu capul mai jos decât trunchiul și eventual cu picioarele puțin ridicate, spre a favoriza afluxul sângelui spre creier; se înlătură gulerul, cravata, centura etc. Accidentatul trebuie îndepărtat de zona în care acționează agenții nocivi; în jurul lui se va cere un spațiu liber cât mai ventilat.
Se procedează apoi la diverse operații care pot produce excitația reflexă a centrilor respiratori și circulatori; se pleznesc fața și membrele cu palmele sau cu un prosop ud; se fricționează energic tot corpul; se apropie de nări amoniac, eter, oțet, iar dacă începe să-și revină, i se dă pacientului cafea, ceai cald.
Dacă revenirea din starea de leșin întârzie, se va face respirație artificială și se va apela la intervenția medicală.
Electrocutarea. In toate cazurile, rapiditatea în intervenție și în aplicarea primului ajutor este hotărâtoare în reușita acțiunii de reanimare a accidentaților prin electrocutare.
S-a apreciat că șansele de salvare sunt de 95%, dacă primul ajutor se acordă în primul minut după întreruperea respirației, de 50% în primele, 4 minute, de 1% la peste 6 minute și nule după 8 minute. în consecință, în cazul electrocutării nu trebuie așteptată sosirea personalului medical, ci trebuie efectuată imediat respirația artificială, care poate fi salvatoare.
In primul rând trebuie întreruptă acțiunea curentului electric asupra victimei, scoțându-se de sub tensiune partea de instalație electrică cu care ea se găsește în contact. Astfel, se taie conductoarele electrice sau se înlătură obiectul metalic sub tensiune care vine în contact cu accidentatul, dar numai cu unelte cu mânere izolate. Instalațiile aeriene cu conductoare neizolate se pot scoate forțat de sub tensiune prin scurtcircuitarea și punerea la pământ, după care nu se va atinge cablul sau priza de pământ.
Dacă accidentatul a fost surprins lucrând la înălțime (pe stâlpi, scară, schelă), pentru a se preveni agravarea vătămării prin cădere se va așeza un așternut din materiale moi (pături, plase, saltele, paie), în așa fel încât să se poată amortiza șocul produs prin prăbușirea victimei.
Daca respirația victimei s-a oprit, cazuri de așa-zisă moarte aparentă, se începe imediat respirația artificială, dacă se poate chiar la locul accidentului:
se întinde persoana accidentată pe un așternut uscat, i se scoate haina, iar dacă are răni sau fracturi, se taie hainele, se desfac gulerul și cravata, șireturile de la încălțăminte;
i se deschide gura și i se scoate limba să nu se sufoce, se scoate proteza dentară, i se eliberează căile respiratorii superioare de corpurile străine, i se pansează nasul;
se înlătură persoanele de prisos și se asigură o bună ventilare în zonă;
dacă este posibil, fără a se produce întârzieri, i se încălzesc picioarele și corpul cu sticle cu apă caldă sau cărămizi încălzite.
În cazul aplicării metodelor manuale de respirație artificială se așeză accidentatul, după caz, cu fața în sus sau cu fața în jos și se ridică membrele superioare; cea mai eficace și mai întrebuințată este metoda gură la gură sau gură la nas, care se învață și se aplică ușor.
Metoda gură la gură sau gură la nas permite să se insufle victimei aerul necesar reanimării sale, direct în aparatul respirator. Salvatorul se așeză cu genunchiul lateral față de victimă, trage mult aer in piept și îl suflă in gura accidentatului, într-un ritm de 16-18 ori pe minut, ținându-se nările comprimate între degete. După insuflare, salvatorul se îndepărtează de gura accidentatului, lăsând să se producă expirația.
Daca bătăile inimii s-au oprit (stop cardiac), simultan cu respirația artificială, se efectuează masajul extern al inimii, cu ajutorul unei alte persoane. Acesta constă în comprimarea succesivă a sternului cu palma, comprimări care trebuie să alterneze cu insuflări. Indiferent de metoda aplicată, respirația artificială nu se întrerupe nici în timpul transportării victimei la punctul sanitar: ea trebuie continuată până când victima este în afară de pericol sau până când este predată organelor sanitare.
CAPITOLUL 6
BIBLIOGRAFIE
[1] Facaoaru Ioan, Masurari si control cu ultrasunete, Bucuresti, Editura Tehnica, 1965.
[2] Dumitras C., Popescu I., Bendic V., Ingineria controlului dimensional si geometric in fabricarea masinilor, Bucuresti, Editura Tehnica, 1997.
[3] J, Krautkrämer H, Ultrasonic Testing of Materials, Springer Verlag, Berlin, 1975.
[4] Krautkrämer GmbH & Co, Echo 36, Hurth, Theissen Druck GmbH, 1996.
[5] NICHITA, Gabriela Georgeta, Cercetari teoretice si experimentale privind utilizarea tehnologiilor Rapid Protopyping în fabricatia de piese complexe, Teza de doctorat, Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca, Cluj-Napoca, 2004.
[6]. * * * STAS 10108/0-78, Calculul elementelor din oțel, I.R.S., București 1978.
[7]. * * * Eurocode 3: Design of steel structures; Part 1-1: General rules and rules for
buildings, European Committee for Standardisation, Brussels, February 1992.
[8]. * * * Eurocode 3: Design of steel structures; Part 1-8: Design of joints, European
Committee for Standardisation, Brussels, December 2001.
[9]. * * * Normativ privind prescripțiile generate de proiectare. Verificarea prin calcul a elementelor de construcții metalice și a îmbinărilor acestora. Cod CR 3.01.1, București 1998
[10]. * * * DIN 18800/1993.
[11]. * * * prEN 1990 Basis of structural design – Annex D.
[12].Jilăveanu, C., Petre, N., (coord), Pregătire de bază în domeniul mecanic. Studiul materialelor. Tehnologie, Editura LVS Crepuscul Phare 2000
[13].Mărăscu-Klein, V., (2004), Materiale industriale, Universitatea Transilvania, Brașov
[14].Moraru, I., (coord), (2002), Tehnologia elaborării și prelucrării semifabricatelor, Editura Sigma, București
[15].Nanu, A., (1977), Tehnologia materialelor, Editura Didactică și Pedagogică, București
[16].Trușculeanu, M., Ieremia, A., Oțeluri inoxidabile și refractare, Editura Tehnică
[17].Colecția revistei ,,T&T’’-Revistă de informare Tehnică și Tehnologie 2001-2005.
[18]. Ke1emen, A., Imecs, M.: Electronică de putere. Editura Didactica și Pedagogică, București, 1983.
[19]. * * *: Memoratorul inginerului electrician. Editura Tehnică, București, 1971.
[20]. Popovits, D., Subu, T.: Bimetale. Editura Facla, Timișoara, 1982.
[21]. Ioniță,N.,Petrescu, V.,: Tehnologii Industriale,Ed. Macarie,Târgoviște, 1998;
[22]. Ioniță,N.,Mardare, F.: Tehnologie industrială,Ed.Pildner,Târgoviște, 2002;
=== Rezumat ===
ANALIZA PIESELOR TURNATE PRIN
METODE NEDISTRUCTIVE
REZUMAT
Materialele reprezintă substanțele din care se produc diferite obiecte utile omului. Toate domeniile activității umane sunt dependente de materiale, de la fabricarea unui circuit integrat la construirea unui nave, de la biomaterialele necesare pentru armarea sau substituirea organelor sau țesuturilor umane la cele necesare pentru hrană, energie sau informație.
Materialele definesc nivelul de dezvoltare al unei societăți. În ziua de azi materialele joacă un rol determinant în dezvoltarea tehnologică și cercetare. Indiferent de specializarea unui inginer, acesta nu poate concepe sau nu poate realiza noi produse sau tehnologii fără a ține cont de comportarea materialelor folosite în condițiile concrete de solicitare. Utilizarea materialelor depinde de asemenea de resurse, preț de cost, prelucrabilitate și compatibilitate cu mediul înconjurător.
Din punct de vedere fizico-chimic pot fi metale pure și aliaje metalice.
Metalele se găsesc în stare nativă în scoarța Pământului sub formă de combinații chimice naturale numite minerale.
Din cele 108 elemente chimice existente, 82 sunt metale.
În principal, materialele metalice feroase și neferoase se utilizeaza în industria constructoare de mașini.
Proprietățile mecanice ale materialelor feroase pot fi modificate în limite largi, în mai mare măsură decât în cazul altor materiale.
De asemenea, materialele feroase pot fi prelucrate aproape prin toate metodele tehnologice cunoscute și, în mare măsură, pot fi refolosite.
Metodele de obținere a metalelor din minereuri constituie obiectul metalurgiei extractive:
Obținerea materialelor metalice feroase – se folosesc instalații de tip furnal și cubilou pentru fonte, respectiv furnale Martin, cuptoare electrice și convertizoare pentru oțel.
Obținerea fontei. Instalația de tip furnal este mereu alimentată cu minereu, cocs și calcar (fondant). În furnal, prin arderea cocsului, minereul se topește și rezultă aliajul în stare topită, plus zgură și gaze de furnal. Fonta topită se toarnă în forme metalice speciale (lingotiere), din care, după solidificare, se obțin lingourile.
Obținerea oțelului. Lingourile de fontă brută se topesc în cuptoare Martin sau cuptoare electrice sau în convertizoare, împreună cu fier vechi, calcar, minereuri. Se insuflă aer cald pt creșterea vitezei de topire. Aliajul topit obținut se toarnă în lingouri, iar după solidificare este trimis spre laminoare. Produsele laminate se pot prezenta sub formă de :
-produse laminate finite (profile, table, benzi, țevi);
-semifabricate destinate relaminării la cald sau forjării.
Putina lume in afara de specialistii in domeniu intalnesc deseori termenul de testare nedistructiva (NDT-Nondestructiv Testing sau CND Controle Non Destructif). NDT este definit ca ansamblul de metode care permit caracterizarea starii de integritate a structurilor industriale, fara a le degrada, fie in decursul productiei (piesele care ies din turnatorii nu sunt intotdeauna lipsite de defecte), fie pe parcursul utilizarii (aparitia defectului). NDT interactioneaza cu diferite domenii de activitate de la industria aerospatiala, petrochimie,industria navala la domenii ca medicina.
Domenii de aplicare ale NDT.
industria automobilelor (diferite piese)
industria navala (controlul corpului navei si a structurilor sudate)
aeronautica (aripile avioanelor, diferite piese de motor, etc)
industria energetica (reactoare,turbine, cazane de incalzire,tevarii, etc)
aerospatial si armata
diferite structuri feroviare
industria petrochimica
tevi sau tuburi subterane supuse coroziunii
piesele turnate sau forjate
piese cu fiabilitate de functionare foarte critica
Ca o regula generala metodele NDT se aplica in toate sectoarele de productie.
Metode de control NDT
Magnetoscopia (MT)
Control nedistructiv prin magnetoscopie ("control cu pulberi magnetici") consta in supunerea unei zone de controlat la actiunea unui camp magnetic continu sau alternativ.
Ultrasunetele (UT)
Controlul presupune transmiterea, reflexia, absorbtia unei unde ultrasonore ce se propaga in piesa de controlat.
Controlul cu Lichide Penetrante (PT)
Metoda permite detectarea unor defecte mai mici ce pot genera ulterior posibile fisuri. Se pot pune de asemenea in evidenta fisurile de oboseala si de coroziune.
Controlul vizual (VT)
Orice tip de investigare trebuie sa fie precedata de o examinare vizuala a supafetei. Un control vizual este cel care determina daca examinarea se face complet sau nu, fiind facute odata cu acesta si unele masuratori cum ar fi: dimensiuile defectelor de imbinare, grosimile recipientului sudat, dimensiunile cordonului sudat, etc.
Eficiența tehnico-economică a tehnologiilor de prelucrare este legată direct de productivitatea realizată, de precizia dimensională cerută, de forma, de poziția reciprocă și calitatea suprafețelor.
Stabilirea tehnologiilor raționale pentru prelucrarea prin turnare impune efectuarea unor calcule tehnico-economice.
Protecția muncii constituie o problema in care sunt implicați toți oamenii muncii care lucrează in unități productive, reglementată prin prevederi legale.
La proiectarea si folosirea unui echipament trebuie aplicate soluții tehnice in contextul respectării prescripțiilor de electro-securitate și celor specifice procedeului de lucru.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Analiza Pieselor Turnate Prin Metode Nedistructive (ID: 161187)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.