Proiect Arbore Pinion Conic

Cuprins

1.Analiza funcționala, constructiva si tehnologica a organului de masina. Stabilirea principiala a itinerariului tehnologic de prelucrare;

2.Definirea matricei de proprietati pe care trebuie sa le indeplineasca materialul, ierarhizarea acestora si aprecierea factorilor de pondere

3.Selectia materialelor si a proceselor tehnologice de prelucrare. Proiectarea indicelui de performanta;

3.1.Alegerea preliminara a cel putin cinci materiale candidate;

3.2Determinarea plajei de valori pentru propriatatile considerate;

3.3.Selectia materialului optim prin metoda proprietatilor ponderate si prin metoda costului pe unitatea de proprietate;

4.Caracteristicile proprietatilor materialului selectat

4.1.Evaluarea si optimizarea proprietatilor tehnologice;

4.2.Aprecierea proprietatilor de intrebuintare;

5.Optimizarea selectiei materialului prin dezvoltarea unor tehnici de consolidare volumica si de durificare a stratului de suprafata.

Tema de proiectare

Pentru organul de masina:arbore pinion conic, serie mare de fabricatie, se cere sa se stabileasca materialul optim care asigura cerintele de performanta rezultate din calculele tehnico-economice si care este adaptat posibilitatilor firmei constructive.

Arbore pinion conic serie mare de fabricatie avand o limita de oboseala prin incovoire alternanta σ-1=690-740 [N/mm2]

=== Proiect ===

Cuprins

1.Analiza funcționala, constructiva si tehnologica a organului de masina. Stabilirea principiala a itinerariului tehnologic de prelucrare;

2.Definirea matricei de proprietati pe care trebuie sa le indeplineasca materialul, ierarhizarea acestora si aprecierea factorilor de pondere

3.Selectia materialelor si a proceselor tehnologice de prelucrare. Proiectarea indicelui de performanta;

3.1.Alegerea preliminara a cel putin cinci materiale candidate;

3.2Determinarea plajei de valori pentru propriatatile considerate;

3.3.Selectia materialului optim prin metoda proprietatilor ponderate si prin metoda costului pe unitatea de proprietate;

4.Caracteristicile proprietatilor materialului selectat

4.1.Evaluarea si optimizarea proprietatilor tehnologice;

4.2.Aprecierea proprietatilor de intrebuintare;

5.Optimizarea selectiei materialului prin dezvoltarea unor tehnici de consolidare volumica si de durificare a stratului de suprafata.

Tema de proiectare

Pentru organul de masina:arbore pinion conic, serie mare de fabricatie, se cere sa se stabileasca materialul optim care asigura cerintele de performanta rezultate din calculele tehnico-economice si care este adaptat posibilitatilor firmei constructive.

Arbore pinion conic serie mare de fabricatie avand o limita de oboseala prin incovoire alternanta σ-1=690-740 [N/mm2]

1.Analiza functionala, constructiva si tehnologica a produsului.

Stabilirea principala a itinerariului tehnologic de prelucrare

Arborii sunt organe de masini cu miscare de rotatie, utilizate pentru transmiterea momentului de torsiune la piesele care sunt montate pe arbori.

In majoritatea cazurilor, arborii au si rolul de a mentine pozitia axei de rotatie a elementelor cu care sunt asamblati.

Arborii sunt organe de masin ice se rotesc in jurul axei lor geometrice si transmit momente de rasucire, respectiv puteri. Acestia sunt solicitati in principal la torsiune si incovoiere; sunt organe foarte importante, datorita rasp`ndirii lor si a rolului mare ce-l joaca in buna functionare a masinilor, agregatelor, utilajelor.

Rolul functional al arborilor este transmiterea momentului de torsiune –pune in evidenta solicitarea permanenta a acestor organe de masini-torsiunea, in cazul in care arborii au si rolul de a mentine pozitia axei de rotatie a elementelor sustinute, solicitarea de torsiune a acestora este insotita si de o solicitare de incovoiere, cauzata de fortele cu care actioneaza organelle sustinute asupra arborilor.(fortele din angrenare)

Multitudinea constructiilor care necesita folosirea arborilor justifica atentia care trebuie acordata calculului si constructiei acestora(fig 1).

Clasificarea arborilor se face dupa mai multe criterii:

a)dupa forma-arbori drepti-in constructie masiva

-in constructie tubulara

-arbori cotiti

b)dupa modul de rezemare-static determinati

-static nedeterminati

c)dupa pozitia in fluxul energetic-motori

-intermediari

-condusi(de iesire)

d)dupa modul de comportare la vibratii-rigizi(ωr< ωcr)

-elastici(ωr> ωcr)

Fig 1

Forma constructiva a arborelui depinde de sarcinile care actioneaza asupra cestuia si prin urmare de metoda de lagatura dintre arbore si piesele montate pe acesta.

La proiectarea solutiei constructive a arborelui trebuie sa se ia in considerare : marimea rezistentei la oboseala prin reducere concentratorilor; realizarea unei pozitii corecte a pieselor montate pe arbore si, in special, sprijinul axial correct al acestora; asigurarea tehnologicitatii arborelui la un cost minim.

Principala sursa de concentratori de eforturi unitare o constituie trecerile de sectiune(treptele de diametru); modul de realizare a acestor trepte stabilind insa prelucrabilitatea arborelui, accesibilitatea pietrei de rectificat si sprijinul axial al pieselor montate pe arbore.

Se recomanda ca treptele de diametru sa fie executate prin raze de racordare c`t mai mari posibile(fig 2). Razele de racordare sunt standardizate prin STAS 406-73, diametrele arborelui trebuind sa se incadreze in STAS 8724/2-71.

Utilizarea treptelor de diametru ca reazem(umar) pentru sprijinul axial al pieselor montate pe arbore, precum si accesibilitatea pietrei de rectificat in zona de trecere de la un diametru la altul este obtinuta prin canalele de trecere(fig.3).

Fig 2

Fig 3

Canalele de pana, sursa importanta a concentrarii de eforturi unitare, trebuie realizate cu capetele rotunjite, preferabile fiind-in caz de posibilitate- canalele executate cu freza disc.

Se recomanda ca trecerea de la partea canelata a arborelui la celelalte parti ale acestuia sa se realizeze prin raze de racordare c`t mai mari posibile.

In unele cazuri se construiesc arbori drepti pe care sunt fixate in consola roti dintate sau roti stelate pentru transmisii cu lant, sau saibe pentru transmisii cu curea, ceea ce provoaca eforturi unitare mari in arbore si totodata descentrarea organelor de masini fixate pe arbore fata de axa geometrica de simetrie a lagarelor. O deosebita atentie trebuie acordata axei de simetrie deformate a arborelui in cazul in care pe acesta sunt fixate roti dintate, intruc`t deformatii pronuntate ale acesteia creeaza o pronuntata lipsa de parallelism a axelor rotilor dintate, care provoaca o inadmisibila neuniformitate a repartitiei presiunilor pe flancurile in contact ale dintilor.

Un exemplu il constituie arboreal cu roata dintata conica reprezentata in (fig.4) la care , datorita apropierii dintre lagarul 4 si roata dintata 5, deschiderea consolei c este foarte redusa. Lagarele cu role 3 si 4 preiau numai sarcini radiale, iar lagarul cu bile 2, posed`nd un singur r`nd de bile, preia intreaga sarcina axiala, caci jocul cu care este fixat lagarul in carcassa impiedica transmiterea fortelor radiale. Fixarea radiala a tuturor pieselor montate pe arbore are loc prin piulita 1. Modul de fixare pe arbore a organelor de masini ca sI tipul lagarelor influenteaza forma arborelui.

Utilizarea lagarelor de alunecare implica existenta unor fusuri lungi , iar utilizarea lagarelor de rostogolire implica existenta unor fusuri scurte(fig.5)

Fig 4 Fig 5

Masinile –unelte existente pot de asemenea sa influenteze asupra formei arborilor.Astfel, daca nu pot fi frezati dinti direct pe arbore din lipsa unei freze corespunzatoare , se vor utilize roti dintate detasabile ce se fixeaza pe arbore.

Conditiile de montaj pot de asemenea sa influenteze forma arborilor.Astfel, in (fig 6) se prezinta montajul separate al rotii dintate fata de lagar, ceea ce complica forma arborelui. In (fig.7) se prezinta montajul comun al rotii dintate si al lagarului, ceea ce simplifica forma arborelui.

Fig 6 Fig 7

Majoritatea arborilor sunt formati din tronsoane de diametre diferite (in treapta), urmarindu-se prin aceasta , pe de o parte ,iar pe de alta parte, realizarea unui profil al arborelui c`t mai apropiat de solidul de egala rezistenta la flexiune (fig.8)

Fig 8

Asamblarea dintre arbore si organelle de masini montate pe acesta , care trebuie sa asigure transmiterea sau preluarea momentelor de torsiune se poate realize prin caneluri (fig.9), pene (fig 10,11,12,13, 14), profil poligonal curbiliniu (fig.15), surub (fig.16), stift (fig.17,18, 19), clema (fig.20)

Fig 9 Fig 10, 11, 12, 13

Fig 14 Fig 15 Fig 16

Fig 17 Fig 18 Fig 19 Fig 20

In cazul arborilor de diametru constant, rolul treptelor este preluat de inele ce se fixeaza in stare rece sau calda pe arbore. Daca inelul se fixeaza in stare rece prin presare pe arbore, atunci trebuie plasat la extremitatile arborelui, deoarece deplasarea inelului prin impingere pe o anumita portiune din arbore ar putea provoca deteriorarea suprafetei arborelui sI a inelului, si, ca urmare , slabirea fixarii.

Pentru fixarea pe arbore a organelor de masin ice nu transmit momente de torsiune se va evita utilizarea canelurilor sau a penelor . In fig.21 se indica modalitatea de montare pe arbore a rotilor dintate intermediare si a satelitilor de la angrenajele planetare.

C`nd este posibil, pentru a descarca arboreal de solicitare la torsiune, organelle de masini plasate pe acesta se leaga prin intermediul mansoanelor de torsiune.(fig.22)

Fig 21

Fig 22

Pentru a mari capacitatea de rezistenta a arborilor se utilizeaza at`t imbunatatiri de naturea constructiva c`t si imbunatatiri de natura tehnologica in cadrul procesului de fabricatie a acestora. Imbunatatirea constructiei arborilor consta in gasirea forme mai rationale care sa permita diminuarea concentrarii eforturilor unitare in regiunile de trecere de la un tronson la altul. Raza de curbura a curbei generatoare a suprafetei de racordare a doua tronsoane adiacente din arbore trebuie sa fie c`t mai mare.

Daca din motive constructive raza de curbura a curbei generatoare a suprafetei trebuie mentinuta mica este necesar sa se prevada degajari in umarul arborelui (fig 23) sau sa se monteze un inel de distantare (fig.24) folosind in acelasi timp degajarea in arbore pentru a se putea efectua rectificarea suuprafetei .

In fig.25 si 26 sunt doua tipuri de canale de pana si anume: canalul din fig 25 a fost realizat cu freza disc, iar cel din fig.26 cu freza deget.

Fig 23 Fig 24 Fig 25 Fig 26

Procedeele tehnologice de majorare a capacityatii de rezistenta constau in selectionarea judiciousa a materialului de constructie si a tratamentelor termice sau termochimice ce urmeaza sa fie aplicate arborilor.

In scopul micsorarii uzurii fusurilor suprafata acestora se supune unui tratament termic (calire superficiala) sau termochimic (cementare,nitrurare), in special in cazurile in care uleiul este ancrasat cu impuritati si provoaca uzura abraziva a fusurilor.

Tehnologicitatea semifabricatelor

Tin`nd seama de pretul materialului, costul prelucrarii mecanice si consumul de energie, semifabricatele utilizate pentru obtinerea diferitelor piese trebuie stabilite si pe baza unor criterii economice. Tendinta in tehnologia moderna este de a utiliza semifabricate avind forma si dimensiunile cit mai apropiate de cele ale pieselor finite.

Pentru obtinerea pieselor de complexitati diferite, elaborarea semifabricatelor se pot face prin turnare, matritare sau sudare.

Tehnologicitatea semifabricatelor turnate. In fabricatia motoarelor, compresoarelor, turbinelor etc. Greutatea pieselor executate din semifabricate turnate ajunge 70-80% din greutatea totala a produsului, de aceea imbunatatirea tehnologicitatii constructiei pieselor turnate poate atrage dupa sine importante efecte economice in procesul de fabricatie al intregului produs.

Semifabricatele turnate trebuie sa aiba forme constructive c`t mai simple, cu contururi line si este recomandat sa se evite ramificarea peretilor interiori ai piesei turnate. Simplificarea constructiei conduce la reducerea costului modelelor, cutiilor cu miezuri, cochilelor pentru turnare.

Configuratia semifabricatului turnat trebuie sa asigure posibilitatea scoaterea modelului din forma si a miezului din cutii. In acest scop se prevad inclinari constructive ale peretilor piesei(fig 27), cu precizarea valorii unghiului α.

Fig 27 Fig 28 Fig 29

La proiectarea formei piesei trebuie sa se evite pereti de dimensiuni si grosimi mari deoarece pot aparea sulfuri si zone poroase(fig 28), care determina scaderea rezistentei materialului piesei. De asemenea, trebuie sa se tina seama de contractia materialului la trecerea din stare lichida in stare solidda si la racirea ulterioara p`na la temperatura normala. Din cauza vitezelor diferite de racire a peretilor grosi si a celor subtiri a piesei turnate, fr`narea termica de contractie conduce la formarea tensiunilor interne, deformarea semifabricatului si chiar aparitia de crapaturi(fig 29).

In vederea micsorarii volumului de munca necesar realizarii semifabricatelor turnate la proiectarea pieselor este necesar ca forma constructiva a acestora sa fie compusa din elemente c`t mai simple si avantajoase pentru executia modelelor(fig 30).

Tehnoligicitatea semifabricatelor matritate. La proiectarea pieselor pentru care semifabricatele urmeaza a fi obtinute prin matritare trebuie avute in vedere unele aspecte specifice. Astfel, forma semifabricatului matritat trebuie sa permita scoaterea usoara a acestuia din matrita. Pentru aceasta suprafetele laterale ale semifabricatului trebuie sa aiba inclinari de matritare(fig 31), stabilite in raport cu marimea adaosului de prelucrare. Trecerile intre diferite sectiuni trebuie racordate cu raze de racordare suficient de mari, deoarece conditiile tehnologice ale matritarii nu admit unghiuri si muchii ascutite in locasurile matritei. Constructia piesei trebuie sa admita de regula, o suprafata de separatie plana, deoarece in acest caz se simplifica si se ieftineste executia matritelor. Suprafata de separtie trebuie dispusa pe c`t posibil astfel inc`t de ambele parti ale acesteia sa se afle acelasi volum de metal, adica sa coincida cu planul de simetrie al piesei(fig 32).

Fig 30 Fig 31 Fig 32

Piesele cu configuratie complicata pot fi impartite in doua sau mai multe bucati, cu forme maisimple care se imbina apoi prin sudare. De asemenea terbuie sa se urmareasca reducerea la minim a deseurilor de metal pentru caprelucrarile ulterioare prin aschiere sa fie c`t mai simple.

Tehnologicitatea semifabricatelor sudate. In cazul semifabricatelor sudate se recomanda sa se analizeze comportarea metalului sau aliajului din punct de veder metalurgic, constructiv si tehnologic.

Aspectul metalurgic se refera la transformarile structurale si schimbarile proprietatilor fizico – mecanice. Comportarea constructiva ia in considerare influienta configuratiei geometrice a ansamblului sudat asupra rezistentei privind solicitarile la care este supus, iar comportarea tehnologica tine seama de conditiile ce trebuie indeplinite in fazele de pregatire a sudarii, in cele de tratament termic si prelucrarii mecanice ulterioare.

La proiectarea semifabricatelor sudate se va urmarii asigurarea accesului electrodului pentru a se putea efectua in cele mai bune conditii operatia(fig 33.a), se vor evita realizarea imbinarilor in zone cu diferente mari de sectiuni(fig 33.b) sau in cele supuse la solicitari(fig 33.c), pentru a nu slabii rezistenta materialului.

Fig 33

Material si tehnologie

Materialul arborilor se allege in functie de scopul si conditiile impuse acestora , modul de rezemare, tehnologia adoptata.

Principalele materiale folosite in constructia arborilor sunt:

-oteluri carbon OL44; OL50; OL60;

-oteluri carbon de calitate OLC25; OLC35; OLC45;

-otelurile aliate cu crom, crom –nichel, crom-mangan

-otelurile turnate sau fontele de inalta rezistenta

Executarea arborilor din oteluri aliate este justificata numai in cazul in care constructia impune acest lucru (pinioane executate corp comun cu arboreal) sau in cazul arborilor puternic solicitati , la care se impugn conditii de gabarit sau greutate(arboriii din transmisiile autovehicolelor). In toate aceste cazuri, prelucrarea arborelui trebuie realizata atent, intruc`t cresterea rezistentei la oboseala a otelului aliat este insotita de marimea sensibilitatii acestuia la concentrarea tensiunilor.

Asigurarea rezistentei la oboseala a arborelui si a rezistentei la uzare a fusurilor acestuia trebuie sa se realizeze prin forma constructiva si prin tratamente de suprafata – mecanice, termice si termodinamice si numai in ultima instanta prin folosirea de oteluri aliate.

Fontele de inalta inalta rezistenta folosite in constructia arborilor de dimensiuni mari si a celor cu forme complicate, ofera avantajul unor importante economii de material si manopera. Sensibilitatea mai redusa la concentrarea tensiunilor, precum si proprietatea de amortizare a vibratiilor reprezinta, de asemenea, avantaje ale folosirii fontei la executia acestor organe de masini.

Alegerea semifabricatului pentru arbori este determinata de scopul, importanta si dimensiunea acestora. Astfel, se intrebuinteaza semifabricate :

laminate trase precis, pentru arbori cu d < 140amms

laminate cu forjare ulterioara

forjate din lingouri, pentru arbori de dimensiuni mari

matritate – la dimensiuni si productii care permit si justifica executia matritelor

furnale

Prelucrarea ulterioara a arborilor se realizeaza prin aschiere : strunjire, rugozitatea fiind in functie de destinatia si importanta arborelui; strunjire urmata de rectificare, pentru care suprafetele fusurilor si ale suprafetelor pe care se monteaza piesele sustinute de arbore, atunci c`nd ajustajele care trebuie obtnute impun o precizie ridicata.

O importanta deosebita trebuie acordata obtinerii unei rugozitati corespunzatoare pentru suprafetele arborilor solicitati la sarcini variabile importante.

Cauzele ce conduc la distrugerea arborilor in principal sunt : suprasolicitaarile ce actioneaza periodic sau alterativ; ruperi la oboseala(HC < 105); socuri sau vibratii.

Tratamente termice

In functie de materialul si semifabricatul folsit, de tipul arborilor si procesul de fabricatie aplicat, se recomanda urmatoarele tartamente termice :

Dupa forjare, inainte de pelucrarie mecanica, in scopul refacerii structurii si maririi prelucrabilitatii prin aschiere, se aplica un tartament termic de recoacere. Semifabricatul introdus in cuptor este incalzit la cca. 8500C, mentinut la aceasta temperatura c`teva ore, dupa care se face o racire lenta in cuptor.

Dupa prelucrarile mecanice de degrosare, pentru imbunatatirea proprietatilor mecanice se aplica un tratament termic de imbunatatire(calire + reveniire inalta). Pentru calire piesele se incalzesc in cuptor la temperatura la cca. 8500C(fig 34), se mentin

Fig 34

c`teva ore la aceasta temperatura – functie de dimensiune dupa care se face o racire in ulei. Temperatura pentru revenirea inalta este de cca. 6500C, cu mentinere la aceasta temperatura c`teva ore, urmata de o racire in aer.

Dupa strunjireaa de semifinisare, pentru a reduce valoarea tensiunilor interne din material, se mai aplica asupra arborilor un tratament termic de detensionare la cca. 6000C, foosind o viteza de incalzire si de racire mica.

Conditii tehnice de pelucrare. Cu toate ca arborii sunt piese grele si de dimensiuni mari, se cere realizarea unor bune precizii dimensionale, de forma si de calitatea suprafetelor impuse de documentatii.

arborii se prelucreaza cu tolerante relativ str`nse, corespunzatoare clasei de precizie 7 … 9 si a unei rugozitati Ra = 0,4 … 3,2 µm, preiczia si netezimea mai buna se refera la fusuri, in zona presarii discurilor si la canalelede pana.

bataia radiala admisibila fata de axa geometrica in diferite portiuni nu trebuie sa depaseasca la fusuri 0,01 … 0,02 mm, iar diametrul exterior al discului arborelui monobloc 0,04 mm

ovalitatea si conicitatea admisa la fusuri sa nu depaseasca 0,015 … 0,025 mm

tolerantele de precizie la prelucrare, pe diametrul exterior al discului arborilor monobloc se admite ± 0,2 mm

excentricitatea admisa pentru orificiul central fata de axa geometrica nu trebuie sa depaseasca 0,25 mm

inclinarea admisibila a canalului de pana fata de axa arborelui, se admite de cel mult 0,020 mm, pentru pentru fiecare 100 mm lungime de canal

Procesul tehnologic de prelucrare mecanica al arborilor este compus dintr – un numar mare de operatii si faze, etapele mai importante sunt : alegerea si prelucrarea bazelor de asezare, prelucrarea de degrosare, prelcrarea de semifinisare, prelucrarea de finisare si operatii de control.

Prelucrarile mecanice :

1) Alegerea si prelucrarea bazelor de asezare – pentru majoritatea operatiilor de prelucrare mecanica, arborele se aseaza intre v`rfuri si pentru descarcarea partii centrale se sprijina pe lunete. Pentru realizarea suprafetelor de asezare a arborelui se executa mai multe operatii si faze.

Dupa forjare si recoacere se executa frezarea suprafetelor frontale la cele doua capete ale arborelui, folosind masini de frezat orizontale, asezarea presei fac`ndu – se pe suprafete brute.

Pentru operatia de trasare, semifabricatul se aseaza pe masa de trasaj si se stabilesc in sectiuni diametrul treptelor si adaosurile de prelucrare(fig 35).

Av`nd trasat arborele, se executa prelucrarea celor doua orificii de centrare cu strunguri sau masini de alezat(fig 36), unde prelucrarea incepe cu burghierea gaurii de diametru(d), a carei marime deepinde de diametrul(D) al arborelui.

Dupa executarea bazelor tehnologice principale, arborele se instaleaza intre v`rfuri si se prelucreaza prin strunjire locasul pentru luneta.

Fig 35 Fig 36

2) Prelucrarea de degrosare – degrosarea suprafetelor cilindrice exterioare a arborilor se face pe strunguri orizontale de mare capacitate, cu mai multi suporti, ce permit prelucrarea concomitenta a mai multor suprafete. Semifabricatul centrat intre v`rfuri si ingustat pe lunete este antrenat de la capete. Pentru inlaturarea adaosurilor neuniforme, cu scopul evitarii arborelui in timpul rotirii si pentru descarcarea partii centrale, strunjirea incepe cu portiunea de diametru maxim, de o parte si de alta a locasului pentru luneta in ordinea aratata in fig 37.

Prelucrarea gaurii centrale se face in doua etape : gaurirea inaintea tratamentului termic de imbunatatire si prelucrarea de finisare dupa tratamentul termic.

Preluvrarea gaurii centrale se executa la masini – unelte speciale de gaurit sau pe strunguri inzestrate cu dispozitive speciale. In fig 38 este schema de lucru a unui strung echipat pentru gaurirea unui arbore monobloc. Un capat al arborelui (1) e fixat in universal, iar celalat pe luneta (8). Pe suportul (7) si paousa mobila (6) se instaleaza burghiul (2) cu ghidajele (3) si axul (4). Prin furtunul de la pompa (9) circula lichidul de racire – ungere.

In timpul gauririi se roteste arborele, iar burghiul executa avansul, evit`ndu – se devierea burghiului si rezult`nd o gaura centrala corecta.

Fig 37

Fig 38

3) Prelucrarea de semifinisare – incepe dupa efectuarea tratamentului termic si se caracterizeaza prin prelucrari in scopul verificarii materialului si pentru uniformizarea adaosului, respectiv imbunatatirea preciziei.

Pentru controlul structurii si proprietatilor mecanice ale materialului se procedeaza la trasarea unor inele de proba de la ambele capete ale arborelui(fig 39), care se prelucreaza prin strunjire, slefuire si se supun incercarilor corespunzatoare.

Fig 39

Dupa indepartarea capetelor, prin taierea probelor, se procedeaza o noua trasare si o prelucrare a gaurilor de centrare, respectiv a locasului pentru luneta.

4) Prelucrarea de finisare. Dupa efectuarea tratamentului termic de detensionare, arborele se verifica printr – o operatie de trasare daca nu s – au produss eventuale deformatii si se stabilesc totodata adaosurile de prelucrare pentru prelucrarile de finisare.

Prelucrarile de finisare incep cu strunjirea cilindrica exterioara de – o parte si de cealalta a lunetei, arborele fiind instlat intre v`rfuri.

Prin aceasta operatie, av`nd un numar relativ mare de faze, se stabilesc dimensiunile geometrice si tolerantele prescrise ale arborelui.

Frezarea canalelor de pana se executa la masini de frezat verticale cu freze – deget, tin`ndu – se seama de instalare si pozitionare corecta a arborelui pe masa masinii – unelte. Inainte de frezare se face trasarea, care urmareste ca planul de simetrie al canalului de pana sa treaca prin axa geometrica a arborelui si totodata dimensiunile si precizia sa fie comform desenului de executie.

Prelucrarile de finisare se incheie cu gauriri, largiri, filetari, respectiv lucrari de lacatuserie(ajustari).

5) Fabricarea arborilor sudati – folosirea arborilor sudati se datoreste greutatilor int`mpinate la obtinera pieselor mari forjate(10 … 12 tone) de calitate superioara si a pretului de cost ridicat.

Fabricarea arborilor sudati. Folosirea arborilor sudati se datoreste greutatilor int`mpinate la obtinerea pieselor mari forjate(10 … 12 tone) de calitate superioara si a preturilor de cost ridicat.

Independent de cauzele care au condus la fabricarea arborilor de turbine sudati, ei prezinta multe avantaje :

pentru un arbore sudat se utiizeaza piese forjate de dimensiuni si greutati mici, ceea ce simplifica si usureaza elaborarea semifabricatului, prelucrarea si controlul

arborele sudat are greutate mai mica si o buna rigiditate. Are stabilitate termica buna, nu se deformeaza la solicitari si lucreaza bine la temperaturi ridicate

diferitele parti, in functie de temperaturile de functionare, pot fi confectionate din diverse marci de otel

Dezavantajul arborelui sudat poate fi cauzat de rezistenta mai mica a cusaturilor de cea a metalului de baza. De aceea, importanta deosebita prezinta: alegerea corecta a electrozilor, tehnologia sudarii buna si corectitudinea tratamentului termic.

Im fig.40 se arata schema tehnologica de realizarre a unui semifabricat de turbina sudat de 9,5 tone.Materialul celor 7 elemente (discuri) componentele arborelui este un otel slab aliat .

Instalarea arborelui in vederea sudarii se face in pozitie verticala,folosindu-se o dispozitivare speciala pentru rigidizare, respectiv evitarea deformatiilor. Dispozitivul 1 are ca parti importante doua discuri si 3 … 5 tiranti amplasati pe circumferinta.Str`ngerea tirantilor se verifica cu ajutorul tensometrelor.

Intre discuri ,pe circumferinta cu placi de distantare 2, grosimea acestora se alege in functie de contractia axiala a cusaturii, care s-a determinat in prealabil la sudarea unor machete.

Discul de asamblat se incalzeste si se aseaza pe placa de distantare, in mod identic se va proceda si cu urmatoarela elemente p`na la asamblarea completa a arborelui. Sudarea este electrica.

In cazul folosirii otelurilor austenitice nu se recomanda incalzire prealabila a elementelor componente ale arborelui, deoarece aceste oteluri prin incalzire favorizeaza formarea fisurilor, at`t in metalul depus c`t si in cel de baza.

Pentru micsorarea tensiunilor in material, dupa sudare se incalzeste arborele la 8500C, se mentine la aceasta temperatura 10 … 15 ore, urmata de o racire in cuptor.

Prelucrarea mecanica a unui arbore sudat parcurge,in general, acelasi itinerariu tehnologic ca si un arbore forjat.

Operatii de control. Controlul asupra arborilor se face in cursul procesului de fabricatie si dupa terminarea prelucrarilor mecanice in cadrul controlului final. Este un control individual care se face conform documentatiei si normelor interne ale uzinelor producatoare de arbori.

Determinarea proprietatilor mecanice si verificarea tensiunilor remanente in materia se face dupa degrosare si tratamentul termic de imbunatatire, folosind metoda inelelor taiate din semifabricate ca si in cazul discului sau folosind metoda tensometrica;

Verificarea existentei fulgilor, fisurilor sau incluziunilor nemetalice se face dupa degrosare si tratamentul termic de imbunatatire si consta prin decaparea cu solutie diluata de acid azotic a partilor mai groase ale arborelui;

Verificarea distribuirii uniforme a sulfului si fosforului, prin luare de amprente, in sectiunile unde se presupune ingramadire de sulf(parti frontale, fusuri, parti mai groase, etc.);

Verificarea periscopica la arborii care au gaura centrala, in scopul depistarii eventualelor fisuri, defecte, etc. Pentru aceasta se foloseste un dispozitiv optic(periscop) compus dintr – un tub cu fanta, in dreptul careia sub un unghi de 450 se afla o oglinda iluminata cu ajutorul unui bec. Printr –o deplasare axiala si rotire se poate verifica intreaga suprafata a ggaurii centrale;

Verificarea termica a arborelui se face dupa degrosare in scopul stabilirii omogenitatii materialului, coinciderea axei piesei forjate cu cea a lingoului, respectiv o verificare la incovoiere la temperatura de functionare. Verificarea termica se face pentru arborii care in conditii de lucru au temperatura cel putin 3000C.

Semifabricatul este introdus in pozitie orizontala intr–un cuptor electric (fig 41), este instalat pe doua lagare speciale si este rotit prin intermediul unor reductoare. Termocuple speciale legate cu potentiometrul masoara temperatura cuptorului si a metalului, iar indicatoare plasate in diferite puncte(3 la mijloc si 2 la capete) masoara incovoierea arborelui.

Fig 41

Verificarea termica consta in incalzirea lenta a arborelui, aflat in rotatie permanenta(3 … 4 rot/min) in cuptor, p`na la temperatura de exploatare, mentinerea la temperatura maxima 8 … 12 ore, urmata de o racire lenta in cuptor. Inregistrarea temperaturilor, respectiv a incovoierilor se face pe tot parcursul incercarilor la intervale de cca. 30 minute.

Rezultatele controlului se considera pozitive daca nu se constata la arbore incovoiere in timpul inclzirii sau daca incovoierea minima ram`ne invariabila in timpul mentinerii la temperatura macima si de racire. Valoarea sagetii de incovoiere, la temperatura maxima de mentinere, se recomanda sa nu depaseasca prescriptiunile;

Controlul executiei canalelor de pana se face cu sabloane speciale(fig 42) care se orienteaza fata de suprafata exterioara a arborelui. Se verifica pozitia corecta a canalelor de pana fata de axa arborelui si racordurile dintre peretii laterali si fundul canalului de pana.

In cazul arborilor cu douar`nduri de pene, verificarea paralelismului intre planul de simetrie al canalelor de pana si axa arborelui se face cu ajutorul unui compas special (fig 43).

Fig 42 Fig 43

Compasul cu brate (1) se aseaza intr – o pozitie in care se asigura contactul intre rolele (2), penele si suprafata arborelui. Placa (5) prin surubul (6) fixeaza aceasta pozitie. Tija comparatorului (4) se lasa in jos si se stabileste contactul cu suprafata arborelui; se noteaza indicatiile comparatorului. Dupa ce s – a facut masurarea de o parte a arborelui, operatia se repeta si de cealalta parte(simetric). Rezultatele ambelor citiri trebuie sa fie identice si diferenta intre ele nu poate avea loc dec`t in cazul cand planul de simetrie al ambelor pene nu trece prin axa arborelui.

Dupa terminarea pelucrarilor mecanice, in cadrul controlului final se examineaza

raportul se verifica dimensiunile elementelor principale ale arborelui calitatea suprafetelor, pe baza documentatiei constructive si tehnologice.

2.Definirea matricei de proprietati pe care trebuie sa le indeplineasca materialul,ierarhizarea si apreciarea ponderii de importanta relativa

Sudarea prin frecare este un procedeu prin presiune aplicat pieselor de tip bara si table, se realizeaza prin deformare plastica locala a pieselor din zona de imbinare, deformarea usurata de incalzirea locala obtinuta prin frecarea realizata de rotirea unei piese fata de cealalta(fig 44).

Cele doua piese cu suprafete prelucrate se aduc in contact;

Una piese se pine in miscare de rotatie si se apasa una pe alta cu forta F;

Procesul continua p`na la obtinerea deformatiei plastice necesara sesizabila prin marimea bavurii;

Rotatia inceteaza, forta de presare creste si se realizeaza refularea materialului plastifiat din zona de imbinare.

Fig 44

Echipamentul de sudare este similar unui strung(fig 45).

1 – bacul mobil in care se prinde o piesa similar universalului strungului;

2 – bac fix in care se prinde a doua piesa;

3 – sistem electromecanic de realizare a turatiei piesei;

4 – sistem de realizare a fortei de presare;

5 – batiul.

Fig 45

Tehnologia de sudare presupune parametrii de sudare urmatori :

– turatia pieselor ; d = diametrul echivalent al piesei

– forta de presare ; Pf = (0,3…1,2)Mpa

– forta de refulare Fr = (1,5…3) x Ff

– scurtarea la refulare Sr = (0,25…0,75) x d ; d = diametrul piesei

Avantaje :

consum energetic redus

universalitatea materialelor

productivitatea

prelucrare nepretentioasa

Dezavantaje :

forte mari(sistem de presare robust)

limitarea dimensiunii pieselor

Se stabilesc int`i cerintele impuse arborelui pinion conic pornind de la rolul sau functional si de la conditiile de prelucrare.

Otelurile pentru imbunatatire sunt oteluri carbon sau nealiate care au un continut de carbon cuprins intre0,25…0,65%.

Solicitarile si verificarile arborilor

Caracteristicile de rezistenta trebuie sa fie ridicate deoarece arborii sunt puternic solicitati la eforturi.

O procesabilitate c`t mai buna presupune in primul r`nd o comportare metalurgica si tehnologica la sudare c`t mai ridicata deoarece pinionul va fi executat separat de arbore, urm`nd a fi sudat.

In calculul arborilor unele solicitari suplimentare de tractiune, compresiune, flambaj se neglijeaza, lu`ndu – se in considerare numei solicitarile la torsiune si incovoiere. In functie de marimea acestor solicitari principale, deosebim arbori solicitati in proncipal numai la rasucire si arbori solicitati in principal la rasucire si incovoiere.

Rezistența la oboseală este în primul rând verificarea formei arborelui și a dimensiunilor acestuia. Această verificare se face în funcție de material, prelucrare, dimensiuni, formă constructivă, condiții de exploatare, starea suprafeței.

Verificarea la oboseală se face în secțiunile periculoase în special unde există concentrări importante de tensiuni. Prin această verificare se poate ține seama de un număr însemnat de factori care influențează capacitatea portantă a arborelui: material, prelucrare, formă, dimensiune, condiții de exploatare, felul ciclului. Verificarea la oboseală constă în determinarea coeficienților de siguranță față de solicitarea normală și cea tangențială și compunerea coeficienților de siguranță parțiali într-un coeficient de siguranță rezultanți.

Măsuri pentru mărirea rezistenței la oboseală

Pot să fie de două tipuri :

constructive

tehnologice

Măsuri constructive de reducere a concentratorilor de tensiune

Rezistența la oboseală a unui arbore depinde în cea mai mare măsură de forma sa. Măsurile constructive au ca scop construirea unor arbori cu o formă care să permită repartizarea uniformă a eforturilor. Principalii concentratori de tensiune sunt: racordările, găurile, îmbinările prin strângere, canalele de pană, canelurile și filetele.

Racordări – având în vedere dependența coeficientului de concentrare de raza de racordare este necesar a se realiza racordări cu raze cât mai mari (fig. 46.a).

Fig 46

În cazul în care acest lucru nu este posibil efectul concentratorului poate fi diminuat prin:

racordări cu degajare (fig. 46b,c);

canale de descărcare (fig. 46d);

utilizarea unor porțiuni prelucrate pe suprafață conică între două diametre diferite (fig. 46e);

utilizarea unor raze mari de racordare cu inele de distanțare (fig. 47)

fig. 47

Îmbinări prin strângere

La îmbinările prin strângere, solicitările sunt prezentate în fig. 48a. Pentru reducerea concentratorilor de tensiune se poate folosi una din soluțiile prezentate în fig. 48b,c (îmbinări elastice).

fig. 48

Găuri transversale

Efectul de concentrare ce apare la arborii ce au găuri transversale (fig. 49a), planara arborelui în dreptul găurii (fig. 49c) sau ecruisarea muchiilor găurii prin presarea cu o bilă sau cu un dorn conic (fig. 49d).

fig. 49

Canalele de pană

Se preferă canalele de pană realizate cu ajutorul frezei disc ce prezintă concentratori cu 15-20% mai mici decât canalele tăiate cu freză deget (fig. 50a) ca urmare a existenței racordării fețelor cu fundul acestora (fig. 50b).

fig. 50

Filetarea arborilor

Pe cât posibil se va evita filetarea unor porțiuni ale arborilor, iar dacă acest lucru nu este posibil se vor alege filete cu pas fin sau cu fundul rotunjit, la care se vor face canale de degajare (fig. 51).

fig. 51

Canelarea arborilor

Se vor alege caneluri evolventice față de cel cu profil dreptunghiular sau triunghiular. Sunt de preferat canelurile al căror diametru exterior este egal cu cel al arborelui, față de cele cu diametrul exterior mai mare.

b) Măsuri tehnologice pentru reducerea concentratorilor de tensiune

Măsurile tehnologice ce se pot lua pentru creșterea rezistenței la oboseală constau, în general, în aplicarea unor tratamente termice (călire cu flacără sau CIF), termochimice (cementare, nitrurare, cianurare) sau mecanice (rulare cu role, ecruisare cu jet de alice). Acestea au rolul de a realiza la suprafața arborelui tensiuni inițiale de compresiune, ce vor conduce, după suprapunerea tensiunilor de întindere ce apar în timpul funcționării, la tensiuni rezultante mai mici (fig. 52).

fig. 52

B. Verificarea la deformații flexionale (rigiditate)

Această verificare se impune pentru a obține o funcționare corectă a organelor de mașină fixată pe arbore (lagăre, respectiv fusul la lagăre cu alunecare, bilele sau rolele la lagărele cu rostogolire și dinții de la roțile dințate în angrenare).

De obicei se verifică rigiditatea la încovoiere, și anume săgeata sau înclinarea (rotirea secțiunii), după caz.

Deformațiile de încovoiere. Verificarea constă în calculul săgeții maxime, fmax a arborelui, a săgeților în zona organelor susținute de către arbore, fi, precum și a deformațiilor unghiulare (rotirilor secțiunilor) maxime, max în dreptul fusurilor (fig. 53) și în compararea lor cu valorile recomandate.

fig. 53 . Deformațiile de încovoiere ale arborilor

Valorile săgeților f ale arborilor cât și a unghiurilor de rotire a secțiunilor ale acestora se determină cu relațiile studiate la rezistența materialelor, cu mențiunea că lagărele și butucii pieselor susținute cresc rigiditatea, reducându-se deformația lor liberă. În tabelul 1.2 se prezintă expresiile săgețiilor f și ale unghiurilor de înclinare pentru câteva variante de rezemare și încărcare mai des întâlnite.

Deformațiile de răsucire. Verificarea acestor deformații este necesară atunci când ele sunt limitate fie pentru arbore fie pentru întregul ansamblu.

În general se permite răsuciri mari de până la = 13o (de exemplu la arborele cardanic), dar sunt cazuri în care acestea sunt limitate din punct de vedere funcțional (de exemplu la podurile rulante – unghiurile mari de răsucire ale arborelui căruciorului pot să ducă la răsturnarea acestuia); rigiditatea la răsucire nu limitează capacitatea portantă.

C. Verificarea la vibrații flexionale (turație critică)

Vibrațiile sunt mișcări periodice în jurul poziției de echilibru ale sistemului format din arbore și din organele cu care acesta se asamblează. Verificarea la vibrații are ca scop determinarea efectului acestuia asupra eforturilor și a deformațiilor din arbori.

În cazul arborilor drepți, forța periodică exterioară este forța centrifugă datorată maselor neechilibrate. La rezonanță turația arborelui se numește turație critică.

Vibrațiile pot fi transversale (flexionale și torsionale) sau longitudinale.

Vibrațiile longitudinale nu sunt periculoase, deoarece forțele elastice axiale de restabilire a arborilor sunt mari în raport cu masa oscilantă, deci perioada de oscilație este scurtă, iar frecvența proprie de oscilație este mare. Fenomenul vibrator constă în faptul că are loc o transformare continuă a energiei potențiale în energie critică și invers.

Vibrațiile de încovoiere sunt cauzate de nesuprapunerea dintre axa de rotație și cea geometrică a arborilor, ca urmare a :

impreciziei de execuție sau de montaj a acestora, precum și a pieselor montate pe aceștia;

deformația lor sub greutatea proprie și datorită încărcărilor exterioare;

neomogenitatea materialelor arborilor și ale pieselor susținute.

Pe arborele de lungime l se află un corp de masă m, montat față de axa de rotație cu excentricitatea e (fig. 54a,b). Datorită rotației, forța centrifugă Fc produce o săgeată fdin.

fig. 54

Vibrațiile de răsucire sunt cauzate de variația periodică a momentului de răsucire care solicită arborele. Dacă momentul de torsiune variază periodic și dacă frecvența de variație a momentului de răsucire coincide cu frecvența oscilațiilor proprii ale arborelui, apare fenomenul de rezonanță la torsiune.

Cazul cel mai simplu este prezentat în fig. 55, când arborele de secțiune constantă este încastrat la un capăt și susține un disc la celălalt.

fig. 55

Arbore cu diametru constant cu

disc oscilant

În cazul arborelui de secțiune constantă solidar cu două discuri oscilante de diametre D1 și D2 așa cum se prezintă în fig. 56, vibrațiile de răsucire apar când cele două discuri efectuează mici rotiri în sensuri opuse. Pe arbore va exista un punct O situat la distanțele l1, respectiv l2 de cele două discuri, unde deformația unghiulară este nulă (secțiune neutră). În acest punct O cele două părți ale arborelui pot fi considerate ca fiind încastrate.

fig. 56 Arbore cu diametru constant cu două discuri oscilante.

Vibrațiile mecanice ale unui arbore sunt produse de cauze complexe dintre care se citează acțiunea perturbatoare a unor sarcini exterioare armonice sau constante ce se deplasează axial cu viteze apropiate de viteza de propagare a vibrațiilor proprii. Se menționează de asemenea că sursele de energie, frecarea uscată și cea fluidă pot determina în anumite condiții autovibrații.

Solicitările datorate vibrațiilor mecanice produc în general ruperi bruște fără deformații plastice sensibile care să permită observarea din timp a pericolului.

Sistemul elastic format din arbore și piesele susținute de acesta are întotdeauna un număr infinit de grade de libertate.

În majoritatea cazurilor însă masa distribuită a arborelui este neglijabilă în raport cu masele pieselor susținute.

Pe de altă parte studiul vibrațiilor la sisteme cu un grad de libertate are un caracter universal ceea ce permite clarificarea integrală a problemelor ridicate de calculul la vibrații.

Cunosc`nd aceste cerinte impuse arborelui se defineste matricea de proprietati pe care trebuie sa le posede materialele candidate.

Aceasta matrice de proprietati cuprinde:

rezistenta la oboseala

tenacitatea

calibilitatea

prelucrabilitatea prin aschiere

limita de curgere

rezistenta la uzare

sudabilitatea

La otelurile de imbunataatire un rol important il au conditiile de revenire acestea determin`nd caracteristicile mecanice din piesa respectiva.

Prin călibilitate se înțelege adâ`cimea de pătrundere a călirii, respectiv grosimea stratului cu structură sau duritate cel puțin semimartensitică. Duritatea semimartensitică este considerată ca fiind duritatea medie a unei structuri formate din 50% martensită și 50% constituenți de treaptă perlitică (de obicei troostită) sau bainitică. Călibilitatea are un rol major în determinarea durității atât în suprafață cât și în miez. Durificarea prin călire asigură o bună rezistență la torsiune și o foarte bună rezistență la contact.

Indicii de apreciere a călibilității unui oțel sunt:

viteza critică de călire, definită prin viteza minimă de răcire, care asigură transformarea integrală a austenitei în martensită; ea se determină din diagramele de transformare izotermă sau anizotermă a austenitei;

diametrul critic ideal, este diametrul maxim al probei din oțelul considerat, care prezintă în centru o structură semimartensitică în cazul răcirii într-un mediu ideal, adică într-un mediu care preia instantaneu întreaga căldură din probă;

diametrul critic real, adică diametrul maxim al probei din oțelul considerat, care prezintă în centru o structură semimartensitică, la răcirea într-un mediu real;

lungimea (distanța) critică, adică distanța de la capătul călit al epruvetei Jominy până la zona cu structură martensitică.

Prelucrabilitatea se referă la capacitatea materialului de a putea fi prelucrat prin așchiere, turnare, forjare, matrițare, sudare sau deformare plastică. Dacă piesa considerată va fi durificată prin tratament termic, proprietatea tehnologică va fi călibilitatea. Termenii „indicatori de prelucrabilitate” și „evaluarea prelucrabilității ” sunt folosiți ca măsuri calitative și relative ale prelucrabilității unui oțel în condiții specifice. Estimările prelucrabilității sunt de obicei raportate în procente ale vitezei de așchiere pentru un oțel de referință. Calitatea suprafeței finisate este un alt mijloc de estimare a prelucrabilității materialelor. Conținutul de carbon are un efect dominant asupra prelucrabilității oțelurilor carbon, în special din cauză că această se determină rezistența, duritatea și ductilitatea.

Tenacitatea este una din caracteristicile complexe ale oțelurilor carbon de calitate, fiind o rezultantă a durității și respectiv ductilității unui oțel aflat într-o anumită stare de tratament termic. Tenacitatea unui oțel este funcție de compoziția sa chimică, gabaritul arborelui, structură și chiar de starea suprafeței acestuia, este legată direct de temperatura de tranziție ductil-fragil , respectiv de rezistența la rupere fragilă a materialului.

Rezistența la oboseală este principala cauză a deteriorării arborilor, cu scoaterea acestora din uz, urmată de întreruperea procesului tehnologic, reparațiile făcându-se cu costuri mari.

Rezistența la oboseală este în primul rând verificarea formei arborelui și a dimensiunilor acestuia. Această verificare se face în funcție de material, prelucrare, dimensiuni, formă constructivă, condiții de exploatare, starea suprafeței. Verificarea la oboseală se face în secțiunile periculoase în special unde există concentrări importante de tensiuni.

Prin această verificare se poate ține seama de un număr însemnat de factori care influențează capacitatea portantă a arborelui: material, prelucrare, formă, dimensiune, condiții de exploatare, felul ciclului. Verificarea la oboseală constă în determinarea coeficienților de siguranță față de solicitarea normală și cea tangențială și compunerea coeficienților de siguranță parțiali într-un coeficient de siguranță rezultanți.

Limita de curgere. Cu cât aceasta este mai mare cu atât diametrul arborelui va fi mai redus și deci prelucrarea prin sudare va fi mai bună.

Rezistența la uzură a oțelurilor este dependentă de duritate, dar în aceeași măsură este determinată și de alți factori: compoziția chimică, structură, natura, finețea și distribuția constituenților structurali, îndeosebi a carburilor. Rezistența la uzură depinde și de proprietățile de rezistență ale materialului, mărimea tensiunilor, coeficient de frecare

Aplicâ`nd metoda logicii decizionale: , unde n – număr de proprietăți, va rezulta că numărul de rezultate pozitive va fi 15. Acest număr va fi împărțit la fiecare din cele 6 proprietăți în funcție de importanța pe care o au acestea.

Factorul de pondere se calculează prin împărțirea numărului deciziilor pozitive ale fiecărei proprietăți la numărul total de decizii. În felul acesta se obțin factorii de pondere care se trec în tabelul de mai jos. Cea mai mare pondere o au călibilitatea și rezistența la oboseală. La capătul opus se află prelucrabilitatea și rezistența la uzură.

Pentru a stabili factorii de pondere se aplica metoda logicii decizionale:

, unde: n=numar de proprietati.

Factorii de pondere se calculeaza prin impartirea numarului de decizii pozitive ale fiecarei proprietati la numar total de decizii.

In tabelul urmator se prezinta valorile calculate pentru factorii de pondere:

Cunosc`nd ca rolul functional al arborilor este transmiterea momentului de torsiune si punerea in evidenta a organelor de masini mai are si rolul de a mentine pozitia axei de rotatie a elementelor sustinute,solicitarea de torsiune a acestora este insotita si de o solicitare de incovoiere,cauzata de fortele cu care actioneaza organele sustinute asupra arborilor.

Fabricarea unor arbori de calitate superioara la un nivel tehnic ridicat si obtinerea lor in conditii economice avantajoase este influentat in mare masura de tehnologicitatea constructiei acestora.Acest aspect este urmarit incep`nd din faza de proiectare a produsului si a cerintelor cu caracter constructiv si tehnologic.

Faptul ca un arbore executa sau nu o miscare de rotatie nu il exclude de la incercari ciclice si fenomene de oboseala.Foarte putini arbori cedeaza in exploatare ca urmare a depasirii limitei de curgere prin tractiune statica si aproape intotdeuna cedarile sunt datorate oboselii de lunga durata.

Arborii tratati termic se executa prin una din urmatoarele metode:

-tipul I- utilizarea unui semifabricat predurificat la o duritate care sa permita prelucrarile mecanice prin aschiere si rectificarea la cote finale

-tipul II- la fel ca tipul I, cu particularitatea ca dupa prelucrarile prin aschiere se aplica selectiv sablarea cu alice,laminarea la rece, nitrurarea sau calirea de suprafata (de regula prin inductie)

-tipul III- selectia unui semifabricat laminat la cald sau forjat care va fi supus prelucrarilor prin aschiere, apoi calirii de suprafata prin inductie pe intreaga zona exterioara a piesei si in final operatiei de rectificare.

-tipul IV- selectia unui semifabricat laminat la cald sau forjat care va fi prelucrat prin aschiere apoi tratat prin calire in matrite cu role, urmata de revenire joasa, in final o rectificare a cursurilor pe care se monteaza lagare.

-tipul V- selectia unui semifabricat laminat la cald sau forjat care va fi supus prelucrarilor mecanice prin aschiere, apoi tratamentelor de carburare (carbonitrurare), calire si revenire, iar in final o rectificare la cote finale.

Primul pas in selectia otelului este asigurarea cerintelor minime ingineresti privind limita de curgere pentru a rezista solicitarilor de torsiune sau incovoiere.De asemenea, trebuie cunoscute cerintele de oboseala de scurta si lunga durata care sa definesca valorile limitei de oboseala si tenacitatii.Trebuie cunoscute si estimate cerintele de viata ale arborelui in cazul ciclurilor de tensiuni normale sau unor v`rfuri de tensiuni accidentale.

Arborele de tipul II

Pentru numeroase aplicații, arborii de tipul I au performanțe satisfăcătoare. Totusi echipamentul tehnologic de execuție introduce toleranțe dimensionale care se însumează și pot avea ca rezultat nealinieri și tensiuni asociate proceselor de prelucrare de valori superioare celor de referință. De asemenea, utilizatorii pot uneori supraîncarca și deci solicita suplimentar utilajele în componența cărora intră arbori. O altă sursă de dificultăți este dată de omiterea recunoașterii sarcinilor inerțiale; de exemplu, arborele de pendulare al unui excavator hidraulic poate fi supus unor momente mai mari în cursul unor operații de excavare decât în timpul desfăsurarii balansului cu puterea motorului. Dacă examinările micrografice și microfractografice ale unui arbore avariat arata ca materialul și tratamentul termic au fost cele recomandate, va fi important să reziste tentației de a-1 face "mai dur" fără o investigație adecvată. Identificarea modului in care s-a produs avaria este extrem de importantă, deoarece aceasta a fost cauzată de tensiunile de scurtă durată, fiind necesară o tenacitate suplimentară, iar selecția unui alt oțel ar putea permite chiar o reducere ușoară a durității. Dacă se produce o cedare prin oboseală de lungă durată, ar putea fi potrivită schimbarea durității la o valoare mai ridicată. In acest caz, schimbarea materialului și a durității va prelungi doar intr-o mică măsură durata de viața.

Se stie de la arborii de tipul I ca pentru un otel dat cu un anumit continut in C cu c`t duritatea este mai mica cu at`t g`tuirea la rupere este mai mare.

O g`tuire la rupere mai mare este caracteristica fundamentala ce conduce la o durata de viata mai mare 2Nf, in cazul solicitarilor de oboseala de scurta durata, deci nu este oportuna cresterea materialului prin tratament termic pentru a se marii 2Nf, ci din contra se recomanda mentinerea otelului si asigurarea prin tratament termic a unei duritati mai scazute astfel inc`t g`tuirea la rupere sa fie mai mare si deci 2Nf sa creasca.

Daca cedarea arborelui a aparut prin solicitari de oboseala de lunga durata se stie ca proprietatea fundamentala care asigura cresterea limitei de oboseala este rezistenta la rupere a materialului.

In asemenea conditii de solicitare , deci in acest caz gasirea unei modalitati de crestere a lui Rm, poate fi o solutie pentru ridicarea rezistentei la oboseala de lunga durata(peste 200.000 cicluri).

De cele mai multe ori, soluționarea problemei va "posibila pi iu aplicai ea uncia din următoarele tehnologii:

Sablarea cu alice

Nitrurarea

Călirea de suprafață prin inducție

Laminarea suprafeței

3. Selectia si caracterizarea materialului. Proiectarea indicelui de performanta

Principalele criterii tehnice care determina alegerea unui otel pentru un organ de masina sunt : asigurarea functionalitatii si a durabilitatii piesei ca atare si a ansamblului in care este inclusa; posibilitatile de punere in opera (prelucrare pe masini-unelte, tratamentul termic etc.). La acestea se adauga criteriile economice care nu trebuie neglijate si dintre care se amintesc: costul otelului, costurile de fabricate (prelucrare pe masini-unelte, consum de scule, tratament termic) etc.

La alegerea materialelor, factorul cel mai important il constituie stabilirea prealabila a conceptiei proiectarii.

Proiectarea ,,constructiva", de stabilire a formei definitive a pieselor, este esentiala, mai ales ca forma geometrica exercita o influienta preponderenta asupra functionalitatii si durabilitatii acestora. De obicei, forma este determinata, in primul r`nd de conditiile functionale si de tehnologia de realizare ale piesei respective.

Integrarea unui material intr-o anumita piesa din ansamblul unei masini depinde de: dimensiunile sectiunii transversale, forma piesei, calibilitate, caracteristicile de rezistenta etc. Valorificarea caracteristicilor determinate prin incercari mecanice conventionale consta nu in aplicarea directa a datelor experimentale in proiectare, ci in compararea diferitelor materiale in conditii de solicitare identice.

Activitatea de proiectare in cazul organelor de masini presupune, din punctul de vedere al alegerii materialelor, parcurgerea urmatoarelor faze principale:

alegerea preliminara a materialului;

stabilirea prin calcul a dimensiunilor principale;

verificarea sectiunilor periculoase;

definitivarea alegerii materialului.

In cele ce urrneaza se prezinta modul in care trebuie abordata aceasta problema in functie de o serie de factori importanti : caracteristicile de rezistenta statice, rezistenta la oboseala, rezistenta la rupere fragila, conditiile de tratament termic etc. Se apreciaza ca, din punctul de vedere al alegerii otelurilor necesare pentru marea majoritate a organelor de masini, se pot int`lni urmatoarele cazuri fundamentale:

Piese dimensionate in principal pe baza criteriilor de rigiditate;

Piese dimensionate in principal pe baza criteriilor de rezistenta mecanica.

In prezenta clasificare se tine seama de tensiunile nominale adoptate in calculul de dimensionare, influenta concentratorilor constituind o problema aparte. Se considera ca pot fi apreciate ca piese dimensionate pe baza criteriilor de rigiditate, acelea in care tensiunile nominale maxime nu depasesc 20% din valoarea rezistentei la rupere a materialului respectiv.

3.1. Alegerea preliminara a patru marci de materiale candidate

Caracteristicile garantate in cazul otelurilor pentru piese tratate termic au evoluat odata cu progresele in industria siderurgica si tehnica tratamentelor termice.

Pentru a se obtine o eficienta economica ridicata in fabricatie, in conditiile unei reproductibilitati a rezultatelor controlului de calitate si fiabilitate corespunzatoare a pieselor, au fost stabilite prin STAS 7450-79 , 5 tipuri de livrare care definesc garantiile producatorului de asemenea oteluri .

Limitile uzuale ale continuturilor diferitelor elemente chimice in marcile de otel determina, la nivelul tehnologiilor siderurgice actuale, o plaja a curbelor de calibilitate foarte larga, care nu este in masura sa satisfaca numeroase cerinte in fabricatia de autoturisme, tractoare, motoare privind omogenitatea caracteristicilor pieselor rezultate. Ca urmare s – au stabilit benzi de calibilitate mai inguste care sa satisfaca at`t cerintele unei fabricatii economice in sectorul siderurgic c`t si in constructia de masini.

Banda de calibilitate cu o latime tehnologica care trebuie respectata obligatoriu in cadrul tratamentelor termice la fabricatia de piese pe insalatii de tratament termic automatizate impune limite de compozitie termica si granulatie foarte str`nsa, neeconomice daca sunt impuse pentru intreaga productie de otel pentru piese tratate termic.

Nu este rational sa se impuna doua prescriptii(calibilitate si caracteristici mecanice garantate simultan) care conduc la acelasi rezultat final, dar a caror respectare atrage dupa sine cresterea foarte mare a pretului otelului.

In functie de specificul instalatiilor de tratament termic de care se dispune, sa se aleaga tipul de livrare adecvat acestor conditii, respectiv cel care asigura proprietatile corespunzatoare : calibilitatea sau caracteristicile mecanice.

Proprietatile de rezistenta si tenacitate ale otelurilor pentru piesele tratate termic sunt influientate in masura hotar`toare de calibilitate si parametrii tratamentului termic aplicat. Intru c`t marimea sectiunii produsului, configuratia acestuia, determina valoarea parametrilor de racire in timpul tratamentului termic, variatia carcatisticilor mecanice in functie de dimensiunea piesei tartate termic este importanta. Folosind curba de calibilitate a otelului si diagramele din fig 58 se poate determina prin metoda indicata schematic in fig 57, variatia rezistentei in functie de diametrul barei.

In domeniul rezistentelor peste 800 N/mm2 unele sarje de otel, in care continutul in elemente nedorite este mare sau granulatia nu este suficient de omogena, prezinta reziliente cu 10 – 20 % mai joase ca limita inferioara a benezii indicate.

Daca este prevazuta aplicarea unui tratament termic dupa prelucrarea prin aschiere este recomandabil sa se aplice inainte de aceasta prelucrare un tratament termic de recoacere, in scopul cresterii prelucrabitatii.

Principalul mijloc de punere in valoare a capacitatii de rezistenta a otelurilor este tratamentul termic aplicat adecvat compozitiei chimice a acestora si tipului de piesa considerat.Comportarea corespunzatoare la tratament termic si mai ales reproductibilitatea caracteristicilor obtinute in conditiile respectarii acelorasi parametri termici(durata, temperatura etc.) se pot realiza numai in cazul unor oteluri de calitate, cu continuturi in elemente reziduale si incluziuni c`t mai reduse, elaborate conform unor tehnologii specifice acestui scop. In general, otelurile carbon se folosesc la realizarea de piese supuse unor solicitari moderate. Prin aliere creste capacitatea otelului de a prelua solicitari mari. Materialele candiadate sunt:

a) OLC35- otel carbon pentru imbunatatire

Tabel A1 – Compozitia chimica pentru OLC35

Domenii de utilizare: piese tratate termic,mediu solicitate ca de exemplu: arbori cotiti de dimensiuni mici, biele, cilindrii de prese, bandaje, c`rlige forjate pentru macarale, aparate de reazem la poduri, organe de asamblare.

Tratamente termice recomandate: reoacere de inmuirere, normalizare, calire martesitica volumica, revenire inalta.

Tabelul A2. Temperaturile critice si tratamentele termice recomandate pentru otelul OLC35

Tabelul A3. Unele caracteristici fizice ale otelului OLC35

Tabelul A4. Caracteristicile mecanice ale otelului OLC35 tratat termic

Tabelul A5. Caracteristicile mecanice ale otelului OLC35 livrat in stare trasa

b)35Mn16

Tabelul A6. Compozitia chimica, formele de livrare si domeniile de utilizare ale otelului 35Mn16

Tabelul A7. Temperaturile critice si tratamentele termice recomandate pentru otelul 35Mn16

Tabelul A8. Unele caracteristici fizice ale otelului 35Mn16

Tabelul A9. Caracteristicile mecanice ale otelului 35Mn16 tratat term

c)40BCr10

Tabelul A10. Compozitia chimica, formele de livrare si domeniile de utilizare ale otelului 40BCr10

Tabelul A11. Temperaturile critice si tratamentele termice recomandate pentru otelul 40BCr10

Tabelul A12. Unele caracteristici fizice ale otelului 40BCr10

Tabelul A13. Caracteristicile mecanice ale otelului 40BCr10 tratat termic

d)34MoCr11

Tabelul A14. Compozitia chimica, formele de livrare si domeniile de utilizare ale otelului 34MoCr11

Tabelul A15. Temperaturile critice si tratamentele termice recomandate pentru otelul 34MoCr11

Tabelul A16. Unele caracteristici fizice ale otelului 34MoCr11

Tabelul A17. Caracteristicile mecanice ale otelului 34MoCr11 tratat termic

3.2 Determinarea plajei de valori pentru proprietatile analizate si stabilirea factorului de pondere

Se vor analiza in continuare proprietatile pentru tipurile de marci de oteluri alese si anume : OLC35, 35Mn16, 40BCr10, 34MoCr11.

Calibilitatea se determina in functie de duritatea HRC a zonei martensitice care se calculeaza in functie de continutul mediu in carbon.

lcr1=4; lcr2=10; lcr3=16; lcr4=17.

Se observa ca lungimea critica cea mai mare de calire o are otelul aliat cu crom : 34MoCr11, urmat de 40BCr10 si de celelalte doua.

In tabel nota cea mai mare, si anume 4, o va primi otelul cu lungimea critica cea mai mare(34MoCr11).

Prelucrabilitatea prin aschiere si sudabilitatea sunt invers proportionale cu calibilitatea si se dau note in functie de aceasta.

Rezistenta la uzare creste odata cu cresterea valorii calibilitatii.

Tenacitatea si limita de curgere se extrag din tabele.

Limita la oboseala se calculeaza cu formula : σ-1=0,37xRm+77(N/mm2)

3.3 Selectia materialului optim prin metoda proprietatilor ponderate si metoda costului pe unitatea de proprietate

1.Metoda proprietatilor ponderate

Aceasta metoda poate fi utilizata la optimizarea selectiei materialelor atunci c`nd trebuie luate in considerare mai multe proprietati. Fiecarei cerinte de material, sau proprietati ii este conferita o anumita pondere dependenta de importanta ei.

Pentru fiecare material se vor insuma valorile individuale ale proprietatilor ponderate si se va obtine asa numitul index de performanta γ. Materialul cu indexul de performanta cel mai ridicat va fi considerat ca fiind optim pentru aplicatia respectiva.

In forma ei simpla metoda proprietatilor ponderate are dezavantajul ca trebuiesc combinate unitati de masura diferite, care vor putea duce la rezultate nerationale.

Fiecare proprietate este astfel scalata inc`t valoarea sa numerica maxima sa nu depaseasca 100. Ori de c`te ori se evalueaza o lista de materiale candidate, se va lua in considerare c`te o singura proprietae de o data. Cea mai buna valoare din lista se apreciaza ca fiind 100, iar celelalte vor fi scalate proportional.

Pentru o proprietate data, valoarea scalata B la un material candidat va fi :

B = proprietatea scalta =

Indexul de performanta al materialului va fi ;

B – valori scalate; α – factorii de pondere;

Materialul cu indexul de performanta cel mai mare este materialul cel mai bun. Acesta este materialul cu nr.3, adica 40BCr10.

2.Metoda costului pe unitatea de proprietate

In cele mai simple cazuri de selectie a unui material, una dintre proprietatile cuprinse in matricea cerintelor este determinata pentru functionarea produsului pe toata durata de utilizare. Costul pe unitatea de proprietate poate fi utilizat ca un criteriu pentru selectia materialului optim. Tensiunea de lucru a materialului se calculeaza cu relatia :

,unde „c” este coeficientul de siguranta; c =a1-5s;

c =1,1 coeficient de siguranta

Costul C se calculeaza cu relatia:

, unde Cm este costul materialului pe unitatea de masa, iar p este densitatea materialului.

La compararea diferitelor materiale candidate, numai expresia , care reprezinta costul unitatii de rezistenta, se va lua in considerare, deoarece valorile lui „F” si „L” ram`n constante pentru toate materialele.

Costul materialelor :

OLC35 = 38700 lei/kg

35Mn16 = 60000 lei/kg

40BCr10 = 81000 lei/kg

34MoCr11 = 69000 lei/kg

Densitatea materialelor este :

ρOLC35 = 7850 kg/m3;

ρ35Mn16 = 7810 kg/m3;

ρ40BCr10 = 7820 kg/m3;

ρ34MoCr11 = 7830 kg/m3.

Av`nd cifra de merit cea mai mare, 40BCr10, este materialul optim.

4. Optimizarea selectiei materialului, deci a produsului prin dezvoltarea unor tehnici de durificare volumica sau de suprafata

Dintre materialele candidate in urma aplicarii metodei proprietatilor ponderate si a costului pe unitatea de proprietate a rezultat ca material optim 40BCr10, pentru care se cunosc urmatoarele :

Tabelul 1. Compozitia chimica, formele de livrare si domeniile de utilizare ale otelului 40Cr10

Tabelul A2. Temperaturile critice si tratamentele termice recomandate pentru otelul 40BCr10

Tabelul A3. Unele caracteristici fizice ale otelului 40BCr10

Tabelul A4. Caracteristicile mecanice ale otelului 40BCr10 tratat termic

Alegerea otelurilor pe baza comportarii la tratament termic

Oteluri pentru imbunatatire. Ansamblul de caracteristici mecanice ale pieselor executate dintr-o anumita marcaa de otel si utilizate in stare imbunatatita depinde intr-o masura considerabila de caracterul structurii formate. Pentru o anumita marime a sectiunii unei piese date, intr-un anumit punct situat la o anumita distanta de suprafata, racirea dupa austenitizare se va produce dupa o anumita curba de racire. Ea este practic aceeasi cu cea din punctul de pe proba de calibilitate, situat la o anumita distanta de fata fron-tala racita cu apa. Aceasta distanta se numeste distanta echivalenta. Micro-structura unui otel dat, intr-un punct al unui produs, in care racirea dupa austenitizare s-a desfasurat dupa o anumita curba de racire, va fi,in general, aceeasi, indiferent daca punctul considerat este situat in interiorul unei bare sau la suprafata probei de calibilitate, la o anumita distanta echivalenta. Rezulta ca identificarea caracterului microstructurii unui otel calit, intr-un anumit punct al produsului, se reduce in cele din urma la identificarea curbei de racire al unui punct de pe proba de calibilitate, situat la distanta echivalenta corespunzatoare.

Curbele Jominy descriu, in termeni de duritate, rezultatele transformarilor structurale ale unui otel atunci cind acestea se realizeaza in diferite conditii de racire continua. Ele corespund deci la cicluri de tratament termic const`nd din austenitizare si racire continua cu parametri diferiti. Definirea exacta a conditiilor operatorii a incercarii pentru determinarea curbei Jominy permite, daca se admite ca in cazul otelurilor de imbunatatire coeficientul de conductibilitate termica este practic identic, sa se considere ca, pentru fiecare acelasi punct al generatoarei epruvetei, conditiile de racire sunt iden-tice. In fig. 1 se prezinta curbele vitezelor de racire in functie de tempera-tura corespunzatoare distantelor de pe epruveta Jominy la care se fac deter-minari de duritate. Astfel, fiecare punct de pe curba Jominy indica duritatea obtinuta dupa transformarea desfasurata in conditii de racire definite prin distanta respectiva, de la capatul calit. Se regasesc deci conditiile experi-mentale realizate la trasarea diagramelor de racire continua.

In afara de cele aratate, curba Jominy contine si urmatoarele informatii:

a) Palierul din zona capatului calit al epruvetei corespunde cu conditiile de racire care determina transformarea martensitica. Nivelul sau de duritate este in legatura directa cu continutul de carbon pus in solutie in cursul austenitizarii. Extremitatea dreapta a acestui palier defineste conditiile de racire critica a transformarii martensitice. Dincolo de acest punct, in zona cobor`toare a curbelor Jominy, structurile sunt mixte.

b) Variația durității în zona coborîtoare a curbelor Jominy indică evoluția stării structurale a oțelului și permite determinarea, în funcție de conținutul de carbon, a durității structurilor conținînd diferite proporții de martensita.

Diagrama din fig. 2, care se referă la oțelurile folosite în mod curent pentru piese tratate termic, permite să se constate că prin creșterea conținutului de carbon, se poate obține o aceeași duritate dar cu un conținut mai scăzut de martensită. Acest fapt este mai bine pus în evidență în diagramele din fig. 3 care se referă la o gamă mai largă de oțeluri și precizează și banda de dispersie a datelor. Teoretic, pentru fiecare oțel, unei anumite microstructuri îi corespunde un anumit ansamblu de caracteristici mecanice.

3. Duritatea otelurilor in functie de continutul de carbon si de continutul de martensita

Deci, prin corelarea curbelor de răcire după austenitizare apartin`nd probei de călibilitate și unei bare din același oțel, se pot obține informații asupra corelației respective dintre valorile caracteristicilor mecanice (mai precis ale durității) și invers;

c) Valorile minime ale durității care se pot obține în cazul oțelului respectiv la răciri foarte lente;

d) Valorile durității după efectuarea tratamentului de revenire, în acest scop după trasarea curbei Jominy după călire se efectuează tratamentul de revenire și se determină din nou duritatea în lungul probei revenite .

Pentru alegerea unui oțel corespunzător unei anumite piese supuse tratamentului termic, consider`ndu-se numai nivelul caracteristicilor de rezistență ce trebuie asigurat, este necesar să se determine:

Secțiunea critica a piesei in cauza. Prin secțiune critică (periculoasă) se înțelege secțiunea piesei în care, în timpul utilizării acesteia, solicitările sunt maxime și deci materialul trebuie să aibă cele mai ridicate valori ale caracteristicilor mecanice.

Repartiția tensiunilor în secțiune critică, In funcție de modul de solicitare, tensiunile pot fi aproximativ uniform repartizate în întreaga secțiune (tracțiune, compresiune, forfecare) sau să aibă valori maxime în apropierea zonelor din punctele extreme ale secțiunii, raportate la axa neutră (încovoiere, torsiune). Pe baza rezultatelor din calculul de dimensionare se stabilește zona din secțiunea piesei, pornind de la suprafață spre centru, unde tensiunile sunt maxime (suprafață, suprafață – 3/4 rază de la centru, suprafață — 1/2 rază de la centru, suprafață — 1/4 rază de la centru, suprafață-axaâ centrală). Pentru rezolvarea corectă a problemei alegerii otelului din punctul de vedere al călibilității, trebuie considerată regula: ad`ncimea de pătrundere a călirii nu trebuie să fie mai mare ca cea necesară pentru asigurarea obținerii rezistenței corespunzătoare tensiunii care acționează la o anumită distanță de la suprafața piesei. Această regulă se bazează pe faptul că, except`nd cazul organelor de mașini solicitate la tracțiune, compresiune și forfecare, valoarea tensiunilor este mai mare în zona de la suprafața piesei și scade pe măsură ce ne apropiem de zona axei neutre. Astfel se urmărește o armonizare a modului de variație a caracteristicilor mecanice cu variația tensiunilor în secțiunea piesei. Deci, ideea că toate piesele tratate termic ar trebui călite la 90% martensită în miez și deci să prezinte caracteristici maxime pe întreaga secțiune nu este corectă nici din punctul de vedere al calculelor de rezistență și nici din punctul de vedere al prețului de cost. Cunoașterea repartiției tensiunilor în secțiunea piesei are deci un rol foarte important în alegerea ad`ncimii de călire. In cazurile în care tratamentul termic se execută înainte de prelucrarea mecanică finală, otelul care se alege trebuie să asigure duritatea necesară după călire la ad`ncimea cerută, considerîndu-se diametrul barei brute care se tratează termic. Av`nd în vedere că adîncimea de călire depinde de călibilitate, care este funcție de gradul de aliere, rezultă evident că adaosurile mari de prelucrare înainte de tratamentul termic conduc la folosirea de oțeluri mai aliate, deci la cheltuieli materiale suplimentare.

Duritatea oțelului în stare călită, corespunzătoare obținerii după revenire a valorii impuse pentru caracteristica de rezistență, în acest scop se pot folosi diagramele din fig. 4 și fig.5, din care se poate determina valoarea durității după călire ținînd seama de duritatea dorită după revenire, în această alegere se ține seama și de variația celorlalte caracteristici ale oțelurilor. In cazul producției de mare serie este util ca duritatea stabilită pe baza diagramelor din fig.4 și fig. 5 să fie verificată prin experimentări care să permită trasarea curbei de variație a durității în funcție de temperatura de revenire.

Fig 5 Corelatia intre continutul de carbon, proportia de martensita in structura, duritatea dupa calire si duritatea posibil de obtinut dupa revenire

Distanta la care, pe curba inferioară a benzii de călibilitate, trebuie să se obțină duritatea prescrisă (distanța echivalentă), în acest scop, în funcție de ansamblul cerințelor impuse piesei se stabilește conținutul de martensită necesar în structură după călire și mediul de răcire care se va folosi la călire. Modul în care mediul de răcire determină distanța echivalentă se prezintă în diagramele din fig. 6. Distanța de la capătul răcit cu apă al probei de căli-bilitate (distanța echivalentă), funcție de adîncimea la care trebuie călită bara brută, se stabilește considerîndu-se și atmosfera de încălzire pentru călire a barei brute. Diagramele din fig. 6 se referă la două condiții de încălzire pentru călire (în atmosferă neutră și în atmosferă oxidantă) a barelor rotunde pline și respectiv în șapte medii de răcire (apă sărată violent agitată, apă circulată cu viteza de l m/s, apă liniștită, ulei circulat cu vitezele de 3,75 m/s; l m/s; 0,25 m/s și ulei liniștit), în cazul barelor cu secțiunea transversală pătrată, cu excepția unor cazuri limită, pentru determinarea distanțelor echivalente pe proba de călibilitate se pot utiliza aceleași diagrame de corelație ca și pentru bare rotunde. Pentru oțelul lat, cu lățimea egală sau mai mare decît de patru ori grosimea, distanța echivalentă corespunzătoare adîncimii de călire pînă la 1/4 din grosime, este aproximativ egală cu 75% din această distanță corespunzătoare barei rotunde cu aceeași arie a secțiunii transversale călită pînă la 1/2 rază. Această echivalare se poate folosi pentru aprecieri informative. Alte date privind corelația dintre vitezele de răcire ale barelor cu secțiuni circulare și cele ale produselor cu alte secțiuni se dau și în fig. 7.

Fig 6 Corelatia dintre diametrul barei tratate termic si distantele echivalente pe epruveta Jominy

1 – apa sarata agitatea violent; 2 – apa circulata cu viteza de 1 m/s; 3 – apa linistita; 4 – ulei circulat cu 3,75 m/s; 5 – ulei circulat cu 1 m/s; 6 – ulei circulat cu 0,25 m/s; 7 – ulei linistit.

Marca de oțel la care, pe curbele inferioare de călibilitate, la distanța echivalentă necesară, se obține duritatea cerută. Pornind de la conținutul minim de carbon prescris pentru marca alesă în cadrul preselecției mediul de răcire folosit la călire și zona din secțiune de la care tensiunile sunt maxime se verifică dacă această marcă satisface condiția de duritate minimă după călire.

In vederea optimizarii selectiei materialului, a produsului, s – a recurs la tehnica de durificare prin calire de suprafata prin inductie, prezentata mai jos.

Călirea de suprafață prin inducție aplicată local în porțiunile critice ale arborelui permite creșterea rezistenței la oboseală de lungă durată. Ea presupune încălzirea si răcirea simultană a întregii suprafețe de durificat. Pentru uniformizarea temperaturii in stratul încălzit și pentru înlăturarea efectului unei eventuale montări excentrice al inductorului, se imprimă arborelui o mișcare de rotație cu 50…200 rot/min (figura 8). După austenitizare, stratul de suprafață este răcit cu apă sau emulsie după una următoarele trei variante:

piesa este imersată într-un bazin .care conține lichidul de răcire (figura 8.a);

în instalații robotizate, doar porțiunile încălzite ale arborelui sunt trecute ,Ji. automat într-un duș special de răcire (figura 8.b);

inductorul este în construcție monobloc cu răcitorul (figura 8.c); la sfârșitul austenitizării se va întrerupe curentul de alimentare și prin orificiile practicate în inductor țâ`șnește lichidul de răcire sub o presiune de 2÷4 atm.

Precautiile principale care trebuie avute în vedere sunt:

a) Conținutul în carbon al oțelului trebuie să fie câ`t mai scăzut (de preferat de maxim 0,35%) pentru a se micșora tendința de fisurare la călire.

b) Viteza de încălzire va fi c`ât mai mică posibil pentru a se maximiza uniformitatea și pentru a preveni supraîncălzirea colțurilor ascuțite.

c) în cazurile extreme se va efectua răcirea în medii mai putin energice (5% ulei solubil) care să evite fisurarea la călire dar să permită totuși obținerea unei microstructuri martensitice.

d) Pentru a evita eventualele fisuri de călire, se impune un control cu particule magnetice.

Dacă tratamentul de călire prin inducție vizează îmbunătățirea locală a rezistenței la oboseală de lungă durată, va trebui să se aibă în vedere că adâncimile de călire mai mici de l,90 mm sunt însoțite de tensiuni reziduale de întindere care sunt defavorabile scopului urmărit. Pentru dezvoltarea unor tensiuni de compresiune sunt necesare adâ`ncimi ale stratului călit de peste 2,6 mm. Intr-un oțel cu 0,40%C duritatea necesară pentru obținerea unei valori optime a rezistenței la oboseală de lungă durată este de 40HRC; la un oțel cu 0,60%C, rezistența maximă la oboseală apare la aproximativ 50HRC. In multe cazuri este recomandabil să se utilizeze durități mai mari decât cele optime teoretice, pentru a evita reducerea nivelului și a distribuției tensiunilor reziduale de compresiune în cursul tratamentului de revenire.

Totodată, încălzirea prin inducție poate fi folosită pentru creșterea rezistenței la oboseală de scurtă durată în zonele critice prin conferirea unei microstructuri superioare la călire și prin obținerea unei tenacități crescute după revenire. Aceasta tehnică este utilă la arborii cu un diametru de peste 100 mm c`ând tratamentul termic anterior nu a asigurat o microstructură potrivită care să conducă la o tenacitate maximă.

Bibliografie

1.Chesa, I., s.a.- Alegerea si utilizarea otelurilor. Editura Tehnica, Bucuresti,1984

2.Chesa, I., s.a.- Marci sI produse din otel. Editura Tehnica, Bucuresti, 1989

3.Vermesan, G.-Tratamente termice, Editura dacia, Cluj-Napoca, 1987

4.Cojerean, P.-Tehnologia de fabricatie a masinilor termice, Litografia I.P.T., 1988

5.Gafitanu, M.-Materiale pentru constructia de masini-Indrumar de proiectare, Litografia

I.P.Iasi,1986

6.Mitelea, I., Budau, V.-Studiul Metalelor-Indreptar ethnic, Editura Facla,Timisoara,1987

7.Mitelea,I.,Radu,B.-Selectia si utilizarea materialelor ingineresti, Editura Politehnica

1998