Microalierea Superficialǎ a Unei Freze din Oțel în Scopul Mǎririi Durabilitații

INTRODUCERE

Lucrarea de față se referă la creșterea durabilității unei freze cilindrice,având partea activă din oțel Rp3 și coada din OLC45 prin tratament termic și microaliere superficială cu carburi metalice.

Partea a doua a lucrării cuprinde cercetarea tehnologică a microalierii cu scânteia electrică prin electrod vibrator precum și prezentarea și modul de functionare a instalației de microaliere prin scânteie cu electrod vibrator E17.

În primul capitol s-au prezentat aspecte teoretice privind oțelurile înalt aliate de scule,respective compoziția chimică, structura, influența elementelor de aliere precum și domeniul de utilizare a acestora. Al doilea capitol ne prezintă tehnologia de tratament termic primar și este în legătură cu cel de al treilea capitol în care se prezintă tehnologia de tratament termic secundar a frezei. Tratamentul termic primar constă dintr-o recoacere cu răcire izotermă,iar tratamentul secundar constă în aplicarea unei căliri criogenice urmată de una sau două reveniri pentru partea activă și o călire urmată de o revenire la temperatura inferioară temperaturii de revenire a părții active, pentru a nu se dizolva carburile din structura oțelului rapid al părții active.

În urma acestor tratamente termice se obțin parte activă a frezei care este din RP3 o duritate de 62-63 HRC iar pentru partea de fixare care este din OLC45 o duritate de 33-45 HRC.

Prin microaliere cu carburi metalici prin scânteie cu electrod vibrator a fețelor ovale a dinților frezei cu ajutorul instalației E17, prezentată în partea a doua a lucrării se mărește sensibil duritatea acestor muchii de tăiere. Această creștere a durității va duce la o prelungire a duratei de funcționare, precum ăi la o utilizare mai largă a acestora, în sensul că se pot prelucra materiale cu durități ridicate. În cazul unor scule așchietoare cum ar fi cuțitele de ghilotină și chiar cuțitele de strung aplicând pe o suprafață de tăiere ( după caz ) această aliere, are loc în timpul exploatării o autoascuțitoare a sculelor.

CAPITOLUL I

OȚELURI RAPIDE DE SCULE

Considerații generale

Diversitatea mare de materiale metalice supuse prelucrărilor mecanice prin așchiere sau deformare plastică, impun utilizarea unei game largi de scule care trebuie să posede complexe proprietăți fizice, mecanice și tehnologice.Astfel, sculele trebuie să posede o duritate superioară materialelor de prelucrat pentru a asigura o rezistență a sculei la tensiunile de contact ce apar pe partea de lucru și o rezistență mare de uzare prin frecare. Oțelurile de scule se disting de oțelurile de construcții mecanice prin valorile pe care le iau unele caracteristici de exploatare, care definesc comportarea și rezistența sculelor în anumite condiții specifice.

Oțelurile de scule trebuie să aibă o rezistență ridicată la deformări plastice mici,trebuie să aibă tenacitate ridicată, stabilitate la cald, rezistență la șoc termic, conductibilitate termică bună, călibilitate mare, capacitate bună de șlefuire stabilitate față de supraîncălzire, stabilitate față de șlefuire, stabilitate față de supraîncălzire, stabilitate față de decarburare și oxidare superficială, susceptibilitate redusă la deformare și la apariția fisurilor.Aceste caracteristici ale oțelurilor de scule au valori mai mari sau mai mici în funcție de destinația sculelor și de cantitatea oțelurilor. Caracteristicile fizico-mecanice și tehnologice ridicate ale oțelurilor de scule sunt obținute prin aplicarea de tratamente termice și termochimice.

Clasificarea oțelurilor pentru scule așchietoare

Oțelurile pentru scule așchietoare se clasifică după compoziția chimică și călibilitate astfel:

1) Cu conținut ridicat (0,65-1,40%) de carbon, care asigură valori ridicate ale durității oțelului cu structura martensitică obținută prin călire; oțelurile din această categorie au o mare călibilitate.

2) Aliate (W, Cr, V, Mn, Si, etc.) cu diferite valori ale adâncimiide patrundere a călirii, exprimând și definind călibilitatea ca măsură a capacității de a se obține, prin răcire într-un mediu, o structură martensitică pe o adâncime cât mai mare de la o suprafață către centru.

3) Cu structura formată, în produse cu secțiuni relative mari prin răcire în aer liber, după încălzire la temperature ridicate.

Acest criteriu duce la o grupare a oțelurilor pentru scule așchietoare după un criteriu care privește direct călibilitatea, exprimând capacitatea de a se obține o structură martensitică pe întreaga secțiune a unor scule cu secțiuni relative mari atunci când răcirea pentru călire se face sub acțiunea tensiunilor interne formate.

După criteriul privind influența elementelor de aliere asupra călibilității oțelurile pentru scule așchietoare se pot împărți în următoarele subgrupe:

– oțeluri carbon (nealiniate);

– oțeluri aliate, cu călibilitate mică;

– oțeluri aliate, cu călibilitate medie;

– oțeluri rapide

Această clasificare indică faptul că, pentru realizarea unei structuri martensitice în tot volumul unor scule cu secțiune mare, este necesar ca răcirea pentru călire martensitică să se facă în apă sau soluții apoase dacă sculele sunt executate din oțeluri cu călibilitate mică în ulei dacă ele sunt executate din oțeluri rapide.

În fiecare din aceste grupe se pot constitui subgrupe pe criterii privind principala caracteristică de exploatare prescrisă.

1.2 Oțelurile înalt aliate pentru scule de așchiere rapidă (Oțeluri rapide)

1.2.1 Clasificare

Oțelurile rapide se disting între oțelurile pentru scule așchietoare și pentru tăiere și deformare la rece prin valorile ridicate ale rezistenței la cald și rezistenței la uzare.

Cea mai importantă proprieteate a oțelurilor rapide o reprezintă “stabilitatea la roșu” proprietate caracteristică oțelurilor ledeburitice complex aliate cu elemente puternic carburigene (W, Mo, Cr, V, etc.). Aceste elemente formează carburi cu tendință redusă la covalescența la încălzire. Această stabilitate la roșu inseamnă că oțelul respectiv își păstrează structura martensitică, duritatea, rezistența mecanică și rezistența la uzură până la temperature înalte (600-620˚С) rezultate în timpul așchierii cu viteză mare. Comparativ cu alte oțeluri pentru scule, cele rapide permit creșterea vitezei de așchiere de 2-4 și asigură o mărire a durabilității sculei de 10-30 ori.

Elementele de aliere conținute în oțeluri rapide au evoluat ca și concentrații pe măsură ce s-a constatat influența lor asupra călibilității, rezistenței la cald, rezistenței la uzare și a celorlalte caracteristici tehnologice și de exploatare.

De la apariția lor și până în present, oțelurile rapide au cunoscut o serie de etape de dezvoltare care au dus la crearea unor familii distincte de oțeluri rapide: cu wolfram, cu molibden, respective cu wolfram-molibden.

La acestea dacă se mai adaugă și conținutul de cobalt respectiv de carbon (conținuturi normale, ridicate, supracarburi) rezultă că principalele trei grupe menționate se pot diviza în foarte multe subgrupe fiecare conținând oțeluri cu caracteristici distincte.

În funcție de conținutul de wolfram și molibden se poate face o grupare în patru clase: – oțeluri cu18%W; – oțeluri cu 12%W; – oțeluri cu 6%W și 5%Mo; – oțeluri cu 2%W și 9%Mo. În fiecare grupare se disting oțeluri după conținutul de cobalt și vandiu, corelat cu cel de carbon. De asemena în grupa oțelurilor aliate cu molibden, dar sub 5%, se încadrează și cel cu 3% molibden, 3% wolfram, 3% vandiu.

Un alt criteriu de clasificare îl pot constitui productivitatea pe care o asigură la operația de așchiere: – oțeluri cu productivitate obișnuită, care au o bună stabilitate la cald până la 600÷610[˚С], destinate prelucrării materialelor metalice cu duritate de până la 260÷280[HB]. – oțeluri cu productivitate ridicată, care au o bună stabilitate la cald până la 630÷650[˚С] destinate prelucrării materialelor metalice cu duritate de până la 260÷280[HB]. Altă clasificare se poate face după domeniul de utilizare, respectiv clasa de solicitare: Clasa A Elemente de aliere principale, % Destinație

14÷17W Generală, de ex: cuțite de strung 0÷0,8V

Clasa B Elemente de aliere principale, % Destinație 17÷20W Burghie, freze, spirale 0,8÷1,2V

Clasa C Elemente de aliere principale,% Destinație 18÷20W Fierăstraie 1,2÷1,5V

Clasa D Elemente de aliere principale,% Destinație 14÷20W Scule puternic solicitate pentru așchierea 1,8÷2,7V materialelor (dălți, cuțite, strung, etc.) Clasa E Elemente de aliere principale,% Destinație 12÷20W Oțeluri de înaltă performanță pentru 2,7÷4,5V scule puternic solicitate la uzare Așchierea puternică la cald, conținut optim de Co 3-5%.

În general oțelurile rapide sunt simbolizate prin literele Rp și un număr (1, 2, …., 11) care indică clasa din care face parte. De multe ori în locul mărcii de oțel nominalizate în STAS, oțelurile rapide sunt simbolizate printr-o serie de cifre și numere care reprezintă media conținutului de wolfram, molibden și vanadiu. Exemplu: 18-0-1 RP: 18%W 0%Mo 1%V

1.2.2 Compoziția oțelurilor rapide și influența principalelor elemente de aliere din compoziția chimică asupra principalelor caractreristici Oțelurile rapide sunt aliaje ale fierului cu carbonul la care se mai adaugă wolfram, molibden, vanadium, crom. Pe lângă acestea se mai asigură și cobalt având ca scop să asigure, după călirea martensitică și revenirea repetată pentru transformarea austenitei reziduale. În STAS 7382-88 sunt date toate mărcile de oțel rapid. De aici se poate observa limitele în care variază diferitele elemente de aliere în compoziția unui oțel rapid.

C% Mn% Si% Cr% W% Mo% V% Co%

0,7-1,27 max0,5 max0,5 0,50-4,50 1,50-18,50 0,50-9,20 1,0-3,2 max0,6

Oțelurile rapide fac parte din clasa oțelurilor ledeburitice în care natura, mărimea și distribuția carburilor au un rol important în realizarea ansamblului de caracteristici specifice acestei clase de oțeluri. Până în prezent s-au identificat principalele tipuri de carburi: MC – carbură foarte bogată în C și V, reprezintă o structură cristalografică CFC; MC – carbură săracă în carbon și bogată în W și Mo cu o structură cristalografică CFC;

M23C6 – carbură bogată în crom, capabilă de a dizolva Fe, W, Mo, V, cu structura CFC;

M2C – carbură bogată în W, Mo, cu structură HC. Dacă C nu este sufficient pot apărea și compuși intermediary de tipul Fe3V2 sau Fe3Mo2.

M- reprezintă suma atomilor metalici: W, Mo, V, Cr, Fe.

Elementele cu care se aliază Fe pentru a se obține un oțel rapid și influența lui este următoarea: Carbonul Este prezent de obicei în intervalul 0,7…1,6%. Se deosebesc oțeluri rapide normale (0,7÷0,9….1%), oțeluri rapide cu conținut ridicat de carbon (max 1,1) și oțeluri rapide supracarburate (peste1,1÷1,5%).

Conținuturile scăzute de C vor da o matrice cu puțin C,deci duritate și rezistență la uzare redusă. Conținuturile ridicate de C duc la creșterea stabilității austenitei subrăcite, ceea ce va impune un tratament adecvat pentru obținerea durității de min 68÷70 [HC].

Wolframul Împreună cu molibdenul constituie elementul de aliere de bază al oțelurilor rapide. De obicei în clasa de oțeluri rapide W-Mo, W este present în propoție de 3-8%. Formează o carbură complexă de tipul M6C. Se solubilizează greu în matrice, la T=980 [˚С]. La revenire la 510-590 [˚С], W precipită suincipale, % Destinație

14÷17W Generală, de ex: cuțite de strung 0÷0,8V

Clasa B Elemente de aliere principale, % Destinație 17÷20W Burghie, freze, spirale 0,8÷1,2V

Clasa C Elemente de aliere principale,% Destinație 18÷20W Fierăstraie 1,2÷1,5V

Clasa D Elemente de aliere principale,% Destinație 14÷20W Scule puternic solicitate pentru așchierea 1,8÷2,7V materialelor (dălți, cuțite, strung, etc.) Clasa E Elemente de aliere principale,% Destinație 12÷20W Oțeluri de înaltă performanță pentru 2,7÷4,5V scule puternic solicitate la uzare Așchierea puternică la cald, conținut optim de Co 3-5%.

În general oțelurile rapide sunt simbolizate prin literele Rp și un număr (1, 2, …., 11) care indică clasa din care face parte. De multe ori în locul mărcii de oțel nominalizate în STAS, oțelurile rapide sunt simbolizate printr-o serie de cifre și numere care reprezintă media conținutului de wolfram, molibden și vanadiu. Exemplu: 18-0-1 RP: 18%W 0%Mo 1%V

1.2.2 Compoziția oțelurilor rapide și influența principalelor elemente de aliere din compoziția chimică asupra principalelor caractreristici Oțelurile rapide sunt aliaje ale fierului cu carbonul la care se mai adaugă wolfram, molibden, vanadium, crom. Pe lângă acestea se mai asigură și cobalt având ca scop să asigure, după călirea martensitică și revenirea repetată pentru transformarea austenitei reziduale. În STAS 7382-88 sunt date toate mărcile de oțel rapid. De aici se poate observa limitele în care variază diferitele elemente de aliere în compoziția unui oțel rapid.

C% Mn% Si% Cr% W% Mo% V% Co%

0,7-1,27 max0,5 max0,5 0,50-4,50 1,50-18,50 0,50-9,20 1,0-3,2 max0,6

Oțelurile rapide fac parte din clasa oțelurilor ledeburitice în care natura, mărimea și distribuția carburilor au un rol important în realizarea ansamblului de caracteristici specifice acestei clase de oțeluri. Până în prezent s-au identificat principalele tipuri de carburi: MC – carbură foarte bogată în C și V, reprezintă o structură cristalografică CFC; MC – carbură săracă în carbon și bogată în W și Mo cu o structură cristalografică CFC;

M23C6 – carbură bogată în crom, capabilă de a dizolva Fe, W, Mo, V, cu structura CFC;

M2C – carbură bogată în W, Mo, cu structură HC. Dacă C nu este sufficient pot apărea și compuși intermediary de tipul Fe3V2 sau Fe3Mo2.

M- reprezintă suma atomilor metalici: W, Mo, V, Cr, Fe.

Elementele cu care se aliază Fe pentru a se obține un oțel rapid și influența lui este următoarea: Carbonul Este prezent de obicei în intervalul 0,7…1,6%. Se deosebesc oțeluri rapide normale (0,7÷0,9….1%), oțeluri rapide cu conținut ridicat de carbon (max 1,1) și oțeluri rapide supracarburate (peste1,1÷1,5%).

Conținuturile scăzute de C vor da o matrice cu puțin C,deci duritate și rezistență la uzare redusă. Conținuturile ridicate de C duc la creșterea stabilității austenitei subrăcite, ceea ce va impune un tratament adecvat pentru obținerea durității de min 68÷70 [HC].

Wolframul Împreună cu molibdenul constituie elementul de aliere de bază al oțelurilor rapide. De obicei în clasa de oțeluri rapide W-Mo, W este present în propoție de 3-8%. Formează o carbură complexă de tipul M6C. Se solubilizează greu în matrice, la T=980 [˚С]. La revenire la 510-590 [˚С], W precipită sub formă de W2C ceea ce duce la durificare secundară a oțelurilor rapide. La temperaturi mai mari de 650 [˚С] se precipită carbura stabilă M6C. Molibdenul Este un element de aliere principal al oțelurilor rapide, înlocuite parțial sau imparțial W. Formează aceleasi tipuri de carburi ca și W. Asigură o temperatură mai redusă de călire dar într-un interval mai îngust ca la oțelurile rapide similare aliate cu W.Austenita reziduală în prezența Mo este mai puțin stabilă, ceea ce face ca atât timpul cât și temperature necesară revenirii oțelurilor rapide cu Mo să fie mai redus decât la cele cu W. Vanadiul Este un important element de aliere al oțelurilor super rapide. Conținutul său trebuie corelat cu cel de C. Formează carbura complexă MC, care după cum se vede în fig.1 este cea mai dură. Are influență pozitivă asupra rezistenței la uzare. Adaosul de V mărește rezistența “la roșu” a oțelurilor rapide. Vanadiul este prezent mai ales în sculele pentru prelucrarea oțelurilor austenitice, a oțelurilor tratate cu rezistența ridicată, a superaliajelor, etc. Cromul Este prezent în toate tipurile de oțeluri rapide în proporție de 3÷5%. Are influență pozitivă asupra călibilității, încetinește procesele de precipitare și coagulare a carburilor. În procesul de revenire, reduce fenomenele de oxidare și țunderizare în timpul încălzirii. Formează carbura Cr23C care se dizolvă la austenizare. Cobaltul Este prezent în oțelurile rapide de înaltă productivitate. Ridicând temperature de topire dă posibilitatea unor căliri la temperature mai mari, fără pericolul creșterii exagerate a granulației sau apariției de topituri la limitele de grăunți. Co crește duritatea “la roșu” și mărește într-o oarecare măsură fragilitatea oțelurilor. Astfel un oțel rapid cu adios de cobalt, călit la temperatură înaltă și revenit la 600 [˚С], capătă o duritate foarte mare pe care o păstrează la încălziri până la 600÷700 [˚С]. Călind de la 1100 [˚С] un oțel rapid care conține 5% Co (conținutul cel mai potrivit) se obține o duritate care la oțelurile fără cobalt se atinge la căliri de la temperaturi mai înalte. Cobaltul micșorează deci pericolul de a se reface eutecticul ledeburitic și ca urmare crește tenacitatea oțelului. Așa se explică faptul că se întâlnesc conținuturi de cobalt până la 20% în special în oțeluri destinate confecționării sculelor cu configurație complicată, la care o temperatură înaltă de călire este periculoasă.

Pentru sculele normale, eficacitatea cobaltului (peste 2%) se valorifică în întregime numai dacă se ridică temperature de călire (normal 1300˚С), adică dacă se face uz de faptul că, prin adaos de cobalt se ridică temperatura de topire a ledeburitei (punctual eutectic), ceea ce dă posibilitatea deplasării domeniului temperaturilor de călire la valori înalte. Acest efect se poate explica și prin aceea că prezența cobaltului încetinește difuziunea carbonului. Prin urmare la călirea corectă nu este nevoie de un conținut prea mare de cobalt, iar la călirea incorectă nu se obține îmbunătățirea care să justifice mărimea prețului de cost (mai ales că adaosul de cobalt îngreunează recoacerea de înmuiere sub Ac1). 1.2.3 Compoziția fazică și structura oțelurilor rapide Elementele principale de aliere W, Mo, Cr, V formează carbonul carburi stabile a căror compoziție chimică depinde de concentrația lor în oțel și de condițiile de răcire de la temperaturi ridicate. Matricea este formată din soluție solidă α sau din soluție solidă γ, în funcție de starea structurală.

În soluția solidă α formată prin recoacere se găsește 50-70% din cromul existent în oțel, în timp ce restul cromului și aproape întreaga cantitate de wolfram și vanadiu se găsesc sub formă de carburi.

Pe lângă faptul că formează carburi sau faze intermediare elementele de aliere influențează asupra structurii oțelurilor rapide și prin caracterul lor de elemente feritizante (alfagene). În fig.2 este prezentată o secțiune verticală (politermică) prin diagrama euternară de echilibru fazic a sistemului Fe-W-Cr-C, la 18% W și 4% Cr. Oțelurile rapide cu conținut de carbon în jur de 0,8% sunt hipoeutectoide. Prezența V (element alfagen) are drept consecință lărgirea domeniului α punctele g, h, i și j deplasându-se către dreapta. În sistemul cu patru componente reacția peritectică cu 3 și 4 faze, precum și recția eutectică trifazică nu se produc izoterm ci într-un interval de temperatură. De aceea viteza de răcire are o influență importantă. În oțelurile cu 0,7÷0,8% C, la solidificare se formează dendrite de soluție δ cu conținut scăzut de carbon și de elemente de aliere.

Fig.1.2 Diagrama cuaternara de echilibru fazic a sistemului Fe-W-Cr-C; 18%W si 4%Cr

Pe măsură ce scade temperatura se desfășoară reacția peritectică; lichid +δ → γ, rezultând austenita. Această reacție nu conduce la transformarea întregii cantități în ferită δ, cantitate rămasă netransformată, urmând a continua la răcire să se transforme, prin reacție peritectică: L + δ → γ + K

În condițiile de echilibru (la răcire foarte lentă, până la temperature situată sub linia g, i, j) ferită δ se transformă în austenită prin reacția de tip eutectică, rezultând ledeburita. Reacția peritectică și în special reacția L + δ → γ + K se desfășoară lent astfel încât, mai ales în lingouri cu secțiune mare nu se distinge echilibrul. Deci structura oțelului este constituită din eutectic și cristale de ferită δ separate de cristalele de soluție solidă γ. După solidificare, la continuarea răcirii, au loc reacții în stare solidă, care depend de viteza de răcire. Carburile care se formează cu W și V sunt stabile, adică nu se dizolvă în austenită. Formarea carburilor stabile are următoarea influență negativă asupra proprietăților oțelului: – scăderea temperaturii de la care se produce supraîncălzirea și topirea; – creșterea susceptibilității la fisurare; – scăderea durabilității sculelor Prezența acestei rețele de carburi are și o influență pozitivă prin păstrarea unei durități ridicate la încălzireși a unei mari rezistenței la uzare și strivire. Prin deformare plasticăla cald se produce fărâmțarea rețelelor de eutectic și mărunțirea cristaleleor de carburi și de austenită. Această structură permite fasonarea prin așchiere a sculeleor. Datorită distribuirii uniforme a carburilor după deformarea plastică la cald și duritatea se uniformizează. 1.2.4 Infuența carbonului și a elementelor de aliere asupra caracteristicilor de exploatare Caracteristicile de exploatare cele mai puternic influențate de conținutul de C și de elementele de aliere sunt: duritatea, rezistența la uzare, stabilitatea la cald, rezistența mecanică, rezistența la compresiune. Duritatea Duritatea martensitei depinde de conținutul de C dizolvat în austenită. În cazul oțelurilor rapide duritatea este influențată și de elementele de aliere care formează carburi, precum și de temperatura de austenitizare în vederea călirii.

După cum se observă și în fig.1.3, pentru un oțel tip 18-4-1 (Rp3) dar cu diferite concentrații de carbon, duritatea maximă după călire și revenire corespunde unei valori de 0,7÷0,8% C.

Fig.1.3 Influenta temperaturii de incalzire pentru calire si revenire asupra duritatii unui otel de tip Rp3 cu diferite continuturi de carbon.

Creșterea procentului de carbon duce la scăderea caracteristicilor de exploatare și tehnologice. Excepție fac oțelurile cu conținut ridicat de V 9mai mare de 15), la care prin formarea carburii VC (oncentrația de C mai mare de 0,8% trebuie corelată cu conținutul de V) are drept rezultat creșterea rezistenței la uzare.

În oțelurile rapide obișnuite cu 1% V, depășirea concentrației de 0,8% C duce la micșorarea raportului W/C, rezultând M23C și chiar cementită, care dizolvându-se ușor în austenită la încălzirea determină creșterea cantității de austenită reziduală. Stabilitatea la cald Stabilitatea la cald este dată de faptul că la încălzirea, atât din martensită cât și din austenită reziduală separă compușii intermetalici. Astfel efectul durificator al formării de carburi complexe. Astfel se observă păstrarea unei valori a durității de peste 60 HRC la încălzirea până la 600÷610 [˚С].

Rezistența mecanică

Din fig.1.4 se observă că pe măsură ce temperature de încălzire pentru austenitizare în vederea călirii crește peste anumite valori, scad valorile caracteristicilor mecanice datorită creșterii granulației masei de bază. Însă încălzirea la temperaturi cât mai înalte în vederea călirii este necesară pentru creșterea conținutului de C și elementele de aliere din austenită și martensită și deci a creșterii rezistenței la cald. Pentru a realiza creșteri ale caracteristicilor mecanice prin încălzire pentru călire la temperature destul de înalte spre a asigura valori ridicate ale rezistenței la cald, este necesar a se aplica tratamente termomecanice.

Rezistența la uzare După călire și revenire repatată, pentru transformarea austenitei în martensită, oțelurile rapide au aproximativ aceeași duritate ca oțelurile de scule obișnuite. Dar carburile pe care oțelurile rapide le conțin în masa de bază crește rezistența la uzare. Aceasta se explică prin faptul că la temperatura la care se ajunge în timpul lucrului, carburile din oțeluri rapide își păstrează duritatea în masa de bază.

Rezistența la compresiune Sub influența elementelor de aliere dizolvate în austenită și în mastenită, și în special a Co, rezistența se menține la valori mai ridicate decât a oțelurilor nealiniate sau slab aliate. De aceea oțelurile rapide și în special cele aliate cu Co sunt utilizate la executarea sculelor pentru deformarea plastică la cald.

1.2.5 Influența carbonului și a elementelor de aliere asupra caracteristicilor tehnologice

Principalele caracteristici tehnologice influențate de carbon și elementele de aliere sunt: călibilitatea, susceptibilitatea la supraîncălzire, la deformare și fisurare și prelucrabilitatea prin șlefuire. Călibilitatea Este una din principalele caracteristici tehnologice ale oțelurilor pentru scule. Călibilitatea exprimă capacitatea unui oțel de a se căli sub două aspecte: – capacitatea de a se durifica prin călire martensitică, exprimată prin valoarea durității martensitei; – capacitatea de a se căli prin călire martensitică, pe o anumită adâncime, definită prin adâncime de pătrundere a călirii și exprimată valoric prin diametrul critic și prin viteza critică de călire.

Deoarece carbura de crom și parțial carburile celorlalte elemente de aliere si dizolvă în austenită, la încălzirea pentru călire, oțelurile rapide au o călibilitate destul de mare (viteza critică destul de mică) pentru a se aplica sculelor călirea în trepte (în topituri) sau în ulei. Co care se dizolvă în austenită, micșorează călibilitatea (mărește viteza de călire) influența sa fiind în mare măsură contracarată de a celorlalte elemente de aliere. Susceptibilitatea la supraîncălzire Călirea oțelurilor rapide se face la temperature ridicate, pentru a permite dizolvarea unei proporții cât mai mari de carburi și alierii a martensitei și a austenitei și perlită măresc temperature punctelor AC1 și AC3 ale masei de bază, reducând astfel susceptibilitatea la supraîncălzire. Elementele de aliere, prin formarea de carburi stabile termic a căror cristale sunt dispuse la marginea cristalelor de austenită, favorizează tendința de creștere a acestora la încălzire. Prin legarea carbonului din oțeluri în carburi, elementele de aliera influențează și indirect în sensul scăderii susceptibilității la încălzire (susceptibilitatea la încălzire a austeniteicrește o dată cu concentrația carbonului dizolvat în ea). Susceptibilitatea la deformare și fisurare Influența carbonului și a elementelor de aliere se exercită prin intermediul proporției de austenită reziduală. Cu cât va fi mai mare proporția de austenită reziduală (la același grad de tetragonolitate al martensitei), cu atât va fi mai mică susceptibilitatea la deformare. La temperaturi mai înalte de încălzire deformațiile cresc deoarece se măresc tensiunile termice (vezi fig.1.6).

Fig.1.6 Diferenta cresterii relativr a lungimii si micsorarii diametrului la probe cu diametrul de 20[mm] din otel 18 – 4 – 1 tip Rp3 (linia continua) si otel cu 9%W (linia discontinua).

Elementele de aliere care determină necesitatea creșterii temperaturii de încălzire la călire influențează în sensul creșterii susceptibilității la deformare. Susceptibilitatea la deformare este influențată și de gradul de segregare al carburilor.

Prelucrabilitatea prin șlefuire Această caracteristică este determinată de duritatea carburilor libere existente în masa de bază martensitică a oțelurilor. Cel mai important rol îl au carburile vanadium a căror duritate este mai mare decăt a particulelor de carborund ale pietrei de șlefuit.

Fig 1.7 Influența conținutului de vanadium din oțeluri rapide asupra șlefuibilitǎții(comportarea la șlefuire) 1.2.6 Prelucrabilitatea prin deformare plastică la cald și tratament termic Prelucrabilitatea prin deformare plastică la cald Lingourile turnate din oțeluri rapide se caracterizează prin plasticitate și prelucrabilitate reduse, datorită elementelor de aliere și a celulelor ledeburitice. Intervalele de temperature de început și sfârșit de deformare sunt stabilite pe considerente vizând în primul rând asigurarea plasticității (vezi fig.1.8). Depășirea temperaturii de începere a deformării plastice determină o scădere a plasticității (vesi fig.1.12) ca urmare a creșterii granulațieie austenitei și a separării carburilor la marginea cristalelor. Pentru prevenirea fisurării și asigurării unei încălziri uniforme pe secțiunea lui se aplică încălzirea în trepte (vezi fig.1.9).

Pentru a asigura o creștere a gradului de fărâmițare a carburilor și de uniformitate a lor este indicată repartizarea sau alternarea întinderii cu refulare.

Tratamentul termic preliminar Obiectivele tratamentului termic preliminar sunt:

micșorarea durității în vederea ușurării prelucrării prin așchiere a semifabricatelor prelucrate plastic;

pregătirea structurii pentru tratamentul termic final (călire și revenire) aplicat sculelor fasonate;

Aceste obiective se obțin prin formarea unei mase de bază formată din perlită globulară și carburi secundare globulare. Tratamentul termic pentru micșorarea gradului de neuniformitate a segregațiilor Recoacerile la temperaturi mai mari de punctual AC1, la 820÷880 [˚С], aplicate semifabricatelor deformate au o influență redusă asupra dimensiunilor și distribuției carburilor. Prin creșterea temperaturilor de încălzire până la 950÷980 [˚С] se favorizează numai o mică atenuare a rețelei.Încălzirea la temperaturi mai mici cu puțin față de temperature de topire conduce la coagularea și înlăturarea rețelei de ledeburită. Tratamentul pentru micșorarea durității Pentru ligouri, pentru ușurarea prelucrării pria așchiere, se aplică o recoacere subcritică (revenire înaltă) cu mențineri de 2…6 ore la 650÷720 [˚С], încălzirea și răcirea acestora făcându-se cu viteze reduse (30…50 [˚С/4]).

Lingourile ce se supun prelucrării la intervale mai mari de 24-48 ore de la stirpare se supun la recoaceri pentru detensionare cu mențineri mai îndelungate 5…10 ore la 600÷700 [˚С], încălzirea și răcirea făcându-se tot cu viteză redusă. Pentru semifabricate prelucrate plastic la cald alegerea tipului de tratament termic depinde de secțiunea semifabricatului și condițiile de răcire, specificul sculelor a căror executare sunt destinate, procedeele de prelucrare și tratament termic.

Durata unui ciclu de tratament termic ajunge la mai mult de 100 ore. Recoacerea izotermă (răcire în aer până la 750 [˚С] menținere de 6…8 ore și apoi răcire în aer) reduce ciclul cu 10-4,5%. Structura obținută după recoacere izotermă asigură și o granulație mai fină (tenocitate mai bună după tratamentul termic final).

Tratamentul termic final

În general sculele din oțel rapid se supun unei căliri martensitice volumice urmată de reveniri repetate.

Pentru creșterea rezistenței la uzare se pot aplica și tratamente termochimice.

Încălzirea pentru tratamentul termic final se face în trepte, în băi de săruri până la temperaturi de 1200÷1300 [˚С]. Viteza de încălzire este de la început mică, pentru a elimina pericolul de fisurare, apoi crește. Temperatura de călire este foarte ridicată pentru a asigura un grad ridicat de omogenizare a austenitei, prin dizolvarea unei cât mai mari cantități de carburi (vezi fig.1.10).

Pentru a se elimina pericolul decarburării, durata de menținere este scurtă (6-8 s/mm grosime). De la temperature de austenitizare, oțelurile rapide se răcesc în aer sau ulei, deoarece au viteză critică de răcire foarte redusă. După călire structura este formată din martensită și austensită reziduală (peste 30%) și carburi nedizolvate, iar duritatea este de 60-61 [HRC],în funcție de temperature de încălzire.

Eliminarea austenitei reziduale se face prin doua metode:

un ciclu de 2 + 3 reveniri la 520÷580 [˚С];

răcire la temperature criogenice (-70 [˚С]) imedit după călire sau între prima și a doua revenire.

Procesele care au loc la revenire sunt arătate în fig.1.11.

La revenire, prin încălzire, difuzia carbonului și a elementelor de aliere se intensifică. Încălzirea până la 400 [˚С] determină separarea carbonului și a cromului și mai puțin molibden și wolfram, din martensită precipitând fin dispers cementita aliată cu crom, molibden sau wolfram. La sfârșitul acestui interval cementita coagulează.

La 400÷500 [˚С] compușii de tip Ce se transformă în compuși de tip Cr, conținutul de crom crescând în carburile precipitate.

La 560÷580 [˚С] separarea Cr, Mo și W din martensita continuuă, iar compușii de tip Ce se transformă total în compuși de Cr, W și Mo cu dispersie fină.

Austenita reziduală nu suportă nici o transformare până la 450÷500 [˚С]. Peste această temperatură din austenita reziduală separă carbon și alte elemente de aliere, care precipită sub formă de carburi. Austenita reziduală devine mai săracă în carbon și în timpul răcirii se transformă parțial în martensită (călire secundară).

Repetarea revenirii duce la scăderea austenitei reziduale la 5-8%, dar determină și coagularea carburilor și deci micșorarea proprietăților mecanice.

Duritatea după revenire la diverse temperaturi pentru Rp3 variază cu temperature de revenire (vezi fig.1.12).

Fig.1.12 Variatia duritatii otelurilor rapide dupa calire si revenire in functie de temperature de calire.

Altă metodă de a elimina ami efficient austenita reziduală până la 1-3%, este aplicarea unei raciri la temperature criogenice (-70 ˚С), imediat după călire sau între prima și a doua revenire. Structura obținută este formată dintr-o cantitate mai mare de martensita foarte dură, carburi fine și uniform distribuită și foarte puțina austenită reziduală. Duritatea după tratamentul cryogenic este mai mare, 66-67 [HRC], ca și rezistența la uzare și durabilitate. Valoarea temperaturii criogenice de menținere este în funcție de poziția punctului de sfârșit de transformare martensitică, Mf.

Dacă călirea nu a reușit, aceasta se poate repeat, dipă ce se execută în prealabil un tratament ce constă în încălzirea la 840÷860 [˚С], menținere, răcire în ulei, urmată de o recoacere subcritică la 680÷720 [˚С] cu răcire în aer.

În practică multe scule se execută numai parțial din oțel rapid iar suportul sau coada se execută din oțel carbon, de imbunătățire sudate. În acest caz tratamentul termic este selective pentru coadă și partea activă.

CAPITOLUL 2

PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE TRATAMENT TERMIC PRIMAR

2.1 Studiul tehnologiei de prelucrare a produsului și al proprietăților tehnologice necesare

Freza cilindrico –frontală cu coadă conică cu gaura filetată STAS 1681-85 trebuie să satisfacă următoarele condiții tehnice:

Execuția mijlocie STAS 2300-75;

Găuri de concentrare STAS 1361-73 la un capăt;

Materiale utilizate:

freza ø28- oțel rapid Rp3, STAS 7382-80;

comanda conică- oțel OLC 45, STAS 880-80;

Duritatea după tratament termic;

freză 62÷64 HRC;

coadă 40÷45 HRC;

5. Abateri limita pentru con, conform STAS 248-62;

6. Bătaia radială a tăișurilor frezei, măsurând la începutul părții de calibrare, față de axa cozii, maxim 0,02 mm.

Această freză se încadrează în grupa sculeleor cobținute prin sudare cap la cap, partea activă fiind executată din oțel rapid Rp3, STAS 7382-80, iar coada este executată din oțel de îmbunătățire OLC 45, STAS 880-80. Principial sculeleor compuse se pot fabrica în mai multe variante tehnologice. În cazul de față s-a ales varianta de execuție care presupune următoarea succesiune a operațiilor:

– debitarea elementelor componente;

– sudarea cap la cap;

– recoacerea pentru ușurarea prelucrării prin așchiere în zona influențată termic prin sudare. Se prescrie o duritate de 280÷320 [HB], elementul executat din Rp3.

– prelucrări mecanice prin așchiere (fasonarea sculei);

– tratamentul termic final:

– călirea părții active (încălzirea parțială în baie de săruri și răcire globală);

– revenire globală la duritatea necesară părții active: 62-64 HRC;

– călirea cozii (încălzire parțială în baie de săruri și răcire globală în ulei sau apă);

– revenirea cozii prin încălzirea globală a sculei la 400÷500 [˚С].

– prelucrări mecanice finale.

2.2 Date tehnico-metalurgice privind comportarea oțelului Rp3 la tratament termic

Compoziția chimică: C – 0,75%, Mn – max, Si – 0,20%, Cr – 3,8%, Mo -4,8%, V -1,7%, W – 6%, S – max, P – max. Puncte critice: Ac1 = 820 [˚С] – valoare stabilită experimental prin analiza dilatometrică diferențială pentru vi = 2 [˚С/min].

2.2.1 Transformarea austenitei la răcire

Transformarea austenitei la răcire poate fi analizată pe baza diagramelor TRC și TTT din fig. de mai jos.

O dată cu creșterea vitezei de răcire a oțelurilor punctele critice scad. L a viteze mici de răcire, austenita se va transforma în constituienți de tip perilitic, deci punctual critic Ar1 v-a coborî. Răcind cu viteze mai mari v4 și v5 o parte din austenită nu se va transforma în constituienți de tip perilitic și va trece în martensită.

La viteze mari de răcire austenita nu se va mai descompune în amestecuri mecanice de tip perilitic și se va transforma numai în martensită.

Analizând diagramele rezultă că vitezele de răcire de 0,5 [˚С/min]. Din aceste puncte de vedre, luându-se în considerație dificultățile răcirii controlate, se prescrie aplicarea unor tratamente primare bazate pe răciri izoterme.

Perioada de incubație minimă a acestui oțel este de 2∙103 [s] la temperature de 250-280 [˚С] (diagrama TRC). Viteza critică de călire se determină cu formula:

Prin răcire continuuă a austenitei, în oțelul Rp3, STAS 7382-80 se pot obține durități între 350÷360 [HV] și 880÷895 [HV]. Oțelul Rp3 se încadrează în grupa oțelurilor autocălibile. Viteza critică de călire este influențată de un număr mare de factori: compoziția chimică, granulația austenitei, temperature de austenitizare, gradul de omogenitate a austenitei, etc. Elementele de aliere cu excepția carbonului micșorează viteza de călire.

2.2.2 Analiza modificării proprietăților în cursul operațiilor de revenire

Pentru aceasta se deplasează la diagrama care indică modul de variație a rezistenței mecanice și durității cu temperature de revenire.

Se constată astfel că duritatea maximă se obține în urma revenirii oțelului călit, pentru o temperatură de revenire de cca. 550÷560 [˚С], când Rm =1700÷1800 [N/mm2].

Structura și proprietățile acestui oțel pot fi influențate și de condițiile de austenitizare cuprinse în domeniul termic 1170÷1210 [˚С].

2.2.3 Indicațiile de tratament termic (conform STAS 7382-80)

a) Tratamentele termice de înmuiere:

recoacere de înmuiere cu răcire continuuă

TTT = 840÷880 [˚С]; Vr = 10÷20 [˚С/h]; HBmin = 285

recoacere cu răcire izotermă

TTT = 850÷860 [˚С]; TMi = 730÷760 [˚С] tm = 6÷8 [h] HB<300

recoacere subcritică

TTT = 750÷780 [˚С]; tm = 4 [h]

b) Tratamentul termic final

TTT = 1190÷1210 [˚С] pentru austenitizare la călire.

preîncălzirea I – la 500÷550 [˚С]

preîcălzirea a II- a la 750÷800 [˚С]

Temperatura de revenire TR = 560 [˚С]

Numărul minim de reveniri: se prescriu două reveniri successive.

Duritate finală: 62÷66 [HRC]

Caracteristici termofizice:

masa specifică medie: ρRp3 = 8700 [Kg/m3]

conductivate termică (λ) și căldura specifică (c) la diferite temperature sunt trecute în următorul table:

Tabel 1

2.3 Date tehnico-metalurgice privind comportarea oțelului OLC 45 la tratament termic

Compoziția chimică: C – 0,45%; Mn – 0,52%; Si – 0,27%; Cr – 0,05%; Cu – 0,13%; Smax – 0,035%; Pmax – 0,0355.

Puncte critice Ac1 = 740 [˚С]; Ac3 = 805 [˚С]; Ms = 345 [˚С]

2.3.1 Transformarea austenitei la răcire

Transformările austenitei la răcire poate fi analizată pe baza diagramelor T.R.C. și T.T.T.

La răcire continuuă în funcție de viteza de răcire se obțin structuri ale durității sunt cuprinse între 210÷216 [HB] (la recoacere) și 680÷700 [HV] (la călire energetică). Timpul de minimă stabilitate al austenitei la răcire continuuă este de cca. 6÷7 [s] la temeratura de 450 [˚С].

Viteza critică de răcire se calculează cu relația:

Unde temperatura de austenitizare este T0 = 840 [˚С].

Oțelul OLC 45, STAS 880-80 se încadrează în categoria oțelurilor de îmbunătățire.

2.3.2 Analiza călibilității oțelului OLC 45

Se face în baza benzii de călibilitate ridicate experimental.(fig.2.5). Se estimează grosimea stratului călit funcție de duritatea structurii semimartensitice.

Pentru oțelul carbon cu 0,4÷0,455 C avem HRCSM = 44÷45 => LcSM = 3÷4,5 [mm].

Pentru Lc = 3,0 [mm]- călirea cu răcire în ulei, rezultă conform STAS 4930-66 un diametru critic Dc = 10 [mm]. Pentru Lc = 4,5 [mm] – călire cu răcire în ulei, rezultă Dc = 15 [mm], iar pentru răcire în apă Dc = 25 [mm].

Avânu-se în vedere dimensiunile cozii de prindere și condițiile de solicitare, se prescrie răcirea cozii în apă la tratementul termic de călire al cozii.

Analiza modificărilor proprietăților în cursul operațiilor de revenire

Pentru aceasta se apelează la fig. 2.6 care prezintă modul de variație a proprietăților fizico- mecanice cu temperature de revenire. Se va cont ape aceste prorietăți pe întreaga secțiune a cozii dacă se asigură călibilitate maximă.

rezistența la rupere scade de la

Rm = 850÷880 [N/mm2] (revenire la 450 [˚С/1h]), la

Rm = 650÷700 [N/mm2] 9revenire la 650 [˚С/1h])

limita de curgere este puțin afectată

R0,2 = 450÷500 [N/mm2]

Pentru a se obține o duritate de minim 40 [HRC] (40÷45[HRC]) se recurge la o revenire medie cu încălzire la 400÷420 [˚С].

2.3.3. Indicații de tratament termic (conform STAS 880-80)

a) Tratament termic primar

recoacere de înmuiere

TTT = 680÷700 [˚С] – răcire controlată (în cuptor) până la 250 [˚С]; răcire finală în aer.

normalizare

TTT = 830÷850 [˚С]; RăCIRE În aer

Tratament termiv final:

călire

TTT = 830÷850 [˚С] – răcire în apă sau ulei,

revenire înaltă

TTT = 550÷560 [˚С] – răcire în aer Caracteristici termo-fizice

– masa specifică (ρ):

ρOLC45 = 7845 [kg/m3]

– conductivitate termică (λ) și căldura specifică (c ) la diferite temperaturi sunt trecute în următorul tabel:

Tabel 2

2.4. Obiective tehnologice

Oțelurile autocălibile, grupa în care se încadrează oțelul rapid Rp3, sunt oțeluri caracterizate prinr-o mare călibilitate, astfel încât la răcirea în aer după o austenitizare executată la Ac1 + ΔT se călesc parțial sau total la structuri bainitice, bainito- martensitice sau martensitice. Deoarece sculele complexe executate prin sudare cap la cap (sudare prin presiune) suportă un process de austenitizare în zona de asamblare, prezintă durități de ordinal a 300÷600 HB ceea ce le face dificil sau greu prelucrabile prin așchiere.

Îmbunătățirea prelucrării prin așchiere în cazul oțelurilor autocălibile se poate realize în diverse variante tehnologice. Se recomandă fie recoacerea incompletă cu răcire continuuă sau izotermă, fie normalizare și revenire înaltă.

În ceea ce privește elementul de fixare al sculei, tratamentul termic aplicat părții active trebuie să se încadreze într0o gripă de tratamente primare aplicate cozii prin care să se asigure prelucrabilitatea prin așchiere, structura de echilibru, etc.

Recoacerea de înmuiere aplicată părții active, va avea în general efecte de recoacere completă la nivelul cozii. Din acest considerent nu se aplică tratament termic de normalizare.

În acest context se prescrie ca prin tratament termic primar duritatea părții active să fie sub 285÷300 [HB], iar la nivelul cozii 220 [HB].

2.5 Alegerea variantei de tratament termic primar

Avându-se în vedere gradul de complexitate al sculei, tipurile de tratamente termice primare ce pot fi aplicate, dotarea tehnică, etc., la alegerea variantei de tratament termic se vor lua în considerație și factorii care contribuie la eficiența economică, (mai ales la producția de serie mare și de masă).

În baza celor prezentate și în conformitate cu normele STAS 7382-80 și STAS 880-80 se adoptă modelul de tratament termic primar din fig.2.7.

Observații:

se prescriu viteze de încălzire reduse 20÷30 [˚С/h];

durata de menținere la 850÷860 [˚С] este 2÷4 [h];

Viteza de răcire în intervalul termic 850÷750 [˚С] este de 40÷60 [˚С/h];

menținerea izotermă la 730÷750 [˚С] este dictată de cinetica transformării austenitei la răcire izotermă:

τtr = 2∙104 [s] = 5.6 [h]

Se recomandă o durată de menținere de 6÷8 [h]

în intervalul termic 750÷550 [˚С] se recomandă răcire controlată cu o viteză vr = 20÷30 [˚С/h]

sub 550÷500 [˚С] răcirea se poate efectua necontrolat în aer liber.

Observații:

TTT = Ac1 + ΔT = 820 + (30÷50) = 850÷870 [˚С]

Se adoptă TTT = 860 [˚С] = 1133 [K]

Pentru oțelul OLC 45, temperature de tratament termic, TTT = 860 [˚С], corespunde condițiilor de austenitizare completă la limita superioară a domeniului termic recomandat.

TTT = Ac3 + (30÷50) = 835÷855 [˚С].

2.6. Alegerea utilajului de încălzire, a mediului de încălzire și a regimului de încălzire

Pentru a se evita fisurarea elementelor constructive executate din oțeluri rapide, în cursul încălzirii se execută o preîncălzire la cca. 550 [˚С] (preîncălzirea 1 recomandată de STAS 7382-80).

Se prescrie un regim de încălzire pe trepte de temperatură, pentru fiecare treaptă utilajul (mediul de încălzire), prezentând o temperatură constantă de funcționare.

Tm = TTT + (20÷30 [˚С ]) (temperatura mediului de încǎlzire)

Tp1 = 550 [˚С] = 823 [K]

Tm1 = 550 + (20÷30) = 570÷580 [˚С]

Se adoptă Tm1 = 580 [˚С] = 853 [K]

TTT = 860 [˚С] = 1133 [K]

Tm2 = 880 [˚С] = 1153 [K]

t1 = timp de încălzire în intervalul termic 20÷550 [˚С];

t2 = timp de egalizare termică la 550 [˚С];

t3 = timp de încălzire în domeniul termic 550÷850 [˚С];

t4 = timp de menținere tehnologic (2÷4 [h]).

Se adoptă două cuptoare:

pentru preîncălzire: – cuptor electric tip cameră model CE 7,5-2 cu următoarele caracteristici tehnice:

Dm = 760*760*1220 [mm]

Tmax = 750 [˚С]

pentru încălzire finală: – cupto electric tip cameră model CE 9,5-2 cu următoarele caracteristici tehnice;

Dm = 760*760*1220 [mm]

Tmax = 950 [˚С]

putere instalată P = 45 [KW]

Observație:

Atmosfera de încălzire nu asigură ptotecție la oxidare- decarburare.

Încărcarea semifabricatelor se face în dispozitive de șarjare (coșuri), fig.2.9.

Întru-cât șarja se manipulează manual, aceasta nu va depăși 15÷20 [kg]. Într-un coș se poziționează perfect vertical 6÷2 bucăți (piese).

În cuptor pot încape maximum 24 coșuri (coeficientul) de amplificare a duratei de încălzire Ka<=1,5 (piese cilindrice).

2.7. Calculul tipurilor t1 și t2 la preîncălzire

Calculul coeficientului global de cedare termicǎ

α = αc + αr αc; 6,2∙ w0,8 pentru w > 5 [m/s]

αc = 62 ∙100,8 = 39 [ kcal/m2∙h∙grd] = 45,35 [w/m2k]

unde:

αc – coeficient de transmitere a căldurii de la mediu la piesă prin convecție;

αr – coeficient de transmitere a căldurii prin radiație.

Unde:

C- cǎldura specificǎ

εz = 0,85 ÷ 0,75 zidarie refractara;

εM= 0,82 pentru oțel oxidat.

C0 = 4,96[kcal/m2k4h] = 5,76[w/m2k4]

αr = 97,28[w/m2k]

Coeficientul global de cedare termica va fi:

α = αc + αr = 45,35 + 97,28 = 142,63[w/m2k]

Calculul criteriului Biot

Unde: α – coeficientul global de cedare termica;

R- raza piesei, m;

λ – conductivitatea termicǎ medie în intervalul de temperaturǎ 20 ÷ 500[0C]

λ med20-500 = 27,85[w/mk]

Deoarece: Bi < 0,25, durata de încǎlzire se calculeazǎ pentru cazul pieselor subțiri.

Unde:

mp – masa piesei, kg;

c- cǎldura specificǎ, [kcal/kg* grd];

S-suprafata efectiva a piesei prin care se transmite cǎldura,[m2];

Tm – temperatura mediului (cuptorului) ,[0C];

T0 – temperature initiala a piesei, [0C].

Așa după cum s-a precizat anterior viteza de încălzire la recoacere trebuie micșorată comparative cu ceea ce indică metoda izotermei.

Pentru oțelul Rp3 se recomandă

– preîncălzire I – cuptor cameră 180 s/1mm grosime

– baie de sare 120 s/mm

– preîncălzire II – cuptor camera 45 s/1mm grosime

– baie de sare 30 s/mm

– preîncălzire finală – cuptor 10 – 6 s/1mm grosime

– baie de săruri

– încălzire finală – baie de săruri:

g≤ 10 [mm] 15 [s/mm]

g= 10÷30 [mm] 10÷[s/mm]

g> 30 [mm] 6÷4 [s/mm]

Pentru g = 28 [mm] unde t1 = 180∙28 = 5040 [s] = 84 [min]

Durata de menținere:

2.8 Calculul timpilor t3

Calculul coeficientului de cedare termica

α = αc + αr

αc = 17,5 [w/m2k]

αr = 83,1[kcal/m2*h*grd] = 96,68[w/m2k]

α = 17,5 + 96,68 = 114[w/m2k]

Calculul criteriului Biot

α = 114[w/m2k]

R = 0,014[m]

λ600-800 =26,56[w/m2k]

C = 657[j/kg*grd]

Calculul timpului t3

Deoarece Bi < 0,25 durata de încǎlzire se calculeazǎ pentru cazul pieselor subtiri cu formula:

Dupa norme practice timpul minim de încalzire este:

t3 = 45*28 = 1260[s] = 21[min]

2.9 Calculul timpilor t4,t5,t6,t7

Mentinerea la temperatura de regim are drept scop dizolvarea parțialǎ a carburilor. Se recomandǎ 2 ÷ 4[h].Se adoptǎ

t4 = 2[h]

În intervalul 850 ÷ 870[0C] rǎcirea se executǎ controlat cu v = 40 ÷ 60[0C/h]

Durata de racire izotermǎ t6 = 7[h]

Timpul de rǎcire controlatǎ cu v = 20[0C/h]

CAPITOLUL 3

PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE TRATAMENT TERMIC SECUNDAR

3.1 Obiective tehnologice

Tratamentul termic final aplicat reperului “freză cilindrico- frontală” are în principiu următoarele obiective:

a) Călirea părții active executate din oțel Rp3

Austenitizarea are drept scop îmbogățirea masei de bază în carbonși elemente de aliere, ceea ce are ca efect creșterea călibilității și a stabilității la roșu. În cazul oțelului Rp3 se recomandă austenitizarea la cca. 1270÷1290 [˚С].

Deoarece este posibilă oxidarea și decarburarea stratelor superficiale, scula așchietoare prezentând proprietăți mecanice nesatisfăcătoare, se recomandă utilizarea mediilor de încălzire neutre: băi de săruri.

Durata de menținere la temperature finală este scurtă: cca. 7÷10 [s/mm] grosime sculă, pentru grosimi de sculă g = 10÷30 [mm]. Acest lucru elimină pericolul decarburării suprafetelor sculei.

Decarburarea sculelor din oțeluri rapide Rp3 și RP5 încălzite timp de o oră la 1280 [˚С] (Rp3) și 1220 [˚С] (Rp5) se apreciază prin măsurători de microduritate pe strat. De la temperature de austenitizare oțelurile rapide se răcesc în ulei sau aer (oțeluri autocălibile).

După călire structura este formată din martensită, austenită reziduală (cca. 20 – 25%) și carburi rămase nedizolvate la austenitizare. Duritatea după călire este de 60 – 63 [HRC] și este în funcție de temperatura de austenitizare. Avându-se în vedere forme constructive a frezei se recurge la încălzirea parțială a sculei folosind băi de săruri și la răcirea globală. În acest context coada sculei nu se călește correct (duritate neuniformă pe lungime).

b)Revenirea globală la duritatea necesară părții active 62÷64 [HRC].

Eliminarea conținutului ridicat în austenită reziduală, creșterea durității la 62÷66 [HRC] și asigurarea unei bune stabilități structurale este posibilă prin două căi:

prin aplicarea unui ciclu de 2-3 reveniri la 560 [˚С];

prin aplicarea unui tratament criogenic (-70 [˚С]) imediat după călire sau între prima și a doua revenire.

În cazul oțelurilor rapide, austenita reziduală bogată în carbon și elemente de aliere, nu suportă transformări prin încălzire până la 450÷500 [˚С]. Peste aceste temperaturi (cca. 550÷560 [˚С]) din austenită se separă carburi.

Austenita devine mai săracă în carburi și elemente de aliere (austenită sensibilizată).

În timpul răcirii, la revenire, austenita sensibilizată se transformă parțial, sub temperature de 260 [˚С] în martensită fenomen cunoscut sub denumirea de călire secundară.

După un ciclu de 2-3 reveniri conținutul în austenită reziduală se micșorează la 5÷8%.

Mai eficient conținutul de austenită reziduală poate fi redus la cca 3-4% prin aplicarea unei răciri controlate la -70 [˚С] imediat după călire sau între prima și a doua revenire.

După un astfel de tratament termic duritatea este mai ridicată (66-67 [HRC]);

Rezistența la uzare și durabilitatea sculei cresc. Se impune ca perioadă de întrerupere între călirea în ulei și răcirea criogenică să fie cât mai scurtă deoarece austenita reziduală are tendința de a se stabiliza termic.

Infulența timpului de menținere la 20 [˚С] asupra gradului de transformare al austenitei reziduale în martensită după răcirea la diverse temperaturi criogenice este prezentat în fig. 3.1.

După răcirea la temperaturi criogenice se impune în mod obligatoriu, aplicarea unei reveniri la 560÷580 [˚С] pentru detensionare și pentru a se asigura o precipitare uniformă a carburilor fine.

Timpul de meținere la temperaturi negative trebuie să asigure egalizarea temperaturii în toată masa sculelor. Se recomandă o durată de menținere, din momentul atingerii temperaturii de regim de cca. 1 [min/mm] grosime maximă a sculei.

c)Călirea căzii

Coada reprezintă aproximativ jumătate din lungimea sculei.Ea este executată din oțel OLC45, STAS 880-80. Coada este solicitată la uzare, corpul sculei preia momentele dezvoltate în așchie (solicitare la torsiune).

Asigurarea caracteristicilor mecanice și de duritate impuse acestor părți ale sculei presupune aplicarea în condiții standard a unui tratament termic de călire a cozii.

TTT = AC3 + (30÷50 [˚С]) = 805 + (30÷50) = 835 ÷885 [˚С]

Se adoptă TTT = 840

Pentru a nu influența termic zona activă, revenită la 62÷64 [HRC]. Se recurge la încălzire zonală în băi de săruri și răcire globală în apă (ulei).

d)Revenirea cozii

Revenirea cozii tarodului se execută prin încălzire globală a sculei la 400÷420 [˚С]. Se urmărește coagularea, asigurarea unei durități în zona cozii de 40÷45 [HRC].

Temperatura de revenire a cozii (420 [˚С]) este inferioară temperaturii de revenire a părții active.

3.2. Alegerea variantei de tratament termic

În practica tratamentelor termice secundare aplicate sculelor executate din Rp3 se preconizează aplicarea următoarelor variante:

tratamentul termic secundar al părții active;

tratament secundar classic (călire și două trei reveniri);

tratament termic secundar cu răcire criogenică la -70 [˚С] direct după călire în ulei;

tratament termic secundar cu răcire criogenică după prima revenire.

Observații cu caracter tehnologic:

Varianta 1) se aplică sculelor pentru care nu se solicită stabilitate dimensională;

Varianta 2) se aplică sculelor pentru care se asigură stabilitate dimensională; sculele

lucrează fără șocuri mecanice în procesul așchierii;

Varianta 3) se aplică sculelor pentru care se cere stabilitatea dimensională;

sculele lucrează cu șocuri în procesul așchierii. Varianta elimină pericolul formării de tensiuni interne care pot duce la fisurarea sculelor cu formă complexă.

Treptele de preîncălzire au rolul de a micșora viteza de încălzire și de a egaliza mai ușor temperaturi în masa sculei. Viteza mică de încălzire asigură eliminarea pericolului de fisurare deoarece oțelul RP3 are o conductivitate termică redusă.

În domeniul temperaturilor mari, când oțelul devine plastic, viteza de încălzire poate fi mărită în mod apreciabil.

Pentru preîncălzire I: TP1 = 550÷570 [˚С]

Pentru preîncălzire II: TP2 = 750÷800 [˚С]

Pentru încălzire finală: TTT = 1270÷1290 [˚С]

Tratamentul termic final al cozii

Se aplică o variantă de tratament termic final ce conține o călire cu austenitizare la 840 [˚С] și răcire în apă (ulei) urmată de o ravenire medie: încălzire la 400÷420 [˚С] și răcire în aer.

3.3 Alegerea utilajului și a mediilor de încălzire

Încălzirea în băi de săruri este considerată un mijloc eficace împotriva oxidării și decarburării, mai ales ca urmare a duratei scurte de încălzire.

În ceea ce privește decarburarea, băile de săruri constituie un mediu protector dacă se asigură la nivelul acestora un potențial de carbon identic sau apropiat de conținutul în carbon al oțelului.

Cea mai economică metodă de protejare este presărarea cărbunelui de lemn pe “oglinda” băii, când se formează o perdea protectoare de oxid de carbon.

La încălzirea în băi de săruri, transmiterea căldurii se face simultan prin conducție, convecție și radiație. Pentru topiturlie de săruri uzuale, coeficientul de cedare termică la temperature cu puțin superioare temperaturii de topire este de 200÷250 [kcal/m2∙h∙grd] și crește liniar cu supraîncălzirea topiturii.

Tabelul 3.1

Valori calculate:

SC430: α550 = 200 + 2(550-430) = 440 [kcal/m2∙h∙grd]

SC630: α800 = 200 + 2(800-630) =540 [kcal/m2∙h∙grd]

SC960: α1280 = 250 +2,5(1280-960) = 1050 [kcal/m2∙h∙grd]

Instalațiile termice utilizate la operațiile de călire sunt cuptoare de băi de săruri:

Preîncălzire I – baie de săruri cu creuzet metallic și încălzire electrică indirectă tip C.B.S. 7,5.

Tmax = 750 [˚С];

Du = ø300 [mm];

H = 1000 [mm];

P = 45 [kw];

Tm1 = 580 [˚С] = 853 [k].

Preîncălzire II – baie de săruri cu creuzet ceramic și încălzire indirectă cu electrozi imersați tip C.B.S. 9,5.

Tmax = 950 [˚С];

Du = ø300 [mm];

H = 1000 [mm];

P = 100 [kw];

Tm2 = 830 [˚С] = 1103 [k];

Încălzire finală – baie de săruri cu creuzet ceramic și încălzire electrică directă cu electrozi imersați tip C.B.S. 13.

Tmax = 1300 [˚С];

Du = ø300 [mm];

H = 1000 [mm];

P = 100 [kw];

Tm3 = 1300 [˚С] = 1573 [k].

Pentru a mări eficiența economică a agregatelor revenirile pentru tehnologia de tratament a părții active se face cu încălzire și menținere în baie de săruri.

Revenirea cozii se face într-un cuptor de revenire vertical, vu încălzire electrică, tip CEV 7,5.

Tmax = 750 [˚С];

Du = ø450 [mm];

H = 1000 [mm];

P = 25 [kw];

W = 10 [m/s] – viteza de circulație a gazelor

Tm3 = 420 [˚С] = 693 [k].

3.4. Călirea părții active – calculul timpilor de încălzire, menținere și răcire

Oțel Rp3, STAS 7382-80

a. Preîncǎlzirea I

Se încalzește numai partea activǎ

Tp1 = 550[0C];

Tm1 = 580[0C];

α = 440[kcal/m2*h*grd] = [w/m2k]

λ = 27,52[w/mk]

c = 301[j/kgk]

Se aproximeazǎ

t1 = 2[min]

t2 *= D*k1 = 25*120 = 3000[s] = 50[min];

t2 = 50[min]

* se utilizeazǎ dupa normele de utilizare ale bǎilor de sǎruri

b.Preîncǎlzirea II

Tp2 = 800[0C]

Tm2 = 830[0C]

α = 540[kcal/m2*h*grd] = 626,4[w/m2k]

λ = 22,3[w/mk]

c = 751[j/kgk]

Deoarece Bi> 0,25, durata de încǎlzire se calculeazǎ pentru cazul pieselor massive.Se calculeazǎ criteriul de temperaturǎ pentru suprafața θs cand Ts = T.

Din nomograme funcție de θs = 0,107 si Bi = 0,42 se determinǎ F0.

Rezultǎ F0 = 2,7

Durata de preîncǎlzire II va fi:

Durata de menținere la preîncǎlzire II va fi:

t* 4 = D*k2 =25*30 = 760[s]; 12,5[min];

se adopta t4 = 13[min]

c.Încǎlzirea finalǎ

TTT = 1280[0C]

Tm = 1300[0C]

unde: TTT – temperatura de tratament termic;

Tm – temperatura mediului în baie.

α = 1050[kcal/m2*h*grd] = 1218[w/m2k]

λ = 25,93[w/mk]

c = 715[w/kgk]

Valoarea criteriului Biot va fi:

Deoarece Bi > 0,25, durata de incalzire se calculeaza pentru cazul pieselor massive.Se calculeazǎ criteriul de temperaturǎ pentru suprafața θs.

Se calculeazǎ difuzivitatea termicǎ a:

Se determinǎ din nomograme funcție de θs si Bi valoarea criteriului F0.

Rezulta F0 = 3,1 pentru

Durata de încalzire va fi:

Timpul de mentinere va fi:

t*6 = D*k3 = 25*8 = 220[s]; unde k3 = 8[s/mm]

se adoptǎ t6 = 4[min]

Rǎcirea se executǎ în ulei.

Timpul de rǎcire se calculeazǎ cu relația :

Se imerseazǎ toatǎ piesa.

Tabelul 3.2

Rǎcirea în ulei dureazǎ un timp total ttot panǎ cand scula atinge temperatura de 200C.Timpul de rǎcire total va fi: tr = ttot = tr1 + tr2 + tr3 + tr4 = 48 + 13 + 8 + 111 = 180[s]

t7 = 3[min]

3.5 Tratamentul criogenic

Se utilizează instalația frigorifică cu recircularea agentului refrigerent.

viteza de răcire realizată de instalație este de 180-200 [˚С/h].

Rezultă un timp de răcire de 30[min] până la tmperatura de regim de -70 [˚С] inclusive menținerea la această temperatură.

Încălzirea se execută liber, în aer liniștit timp de 15 min, t8* = 15 [min].

3.6 Revenirea părții active – calculul duratelor de încălzire, menținere, răcire (t9….t11)

Calculul duratei de încălzire

Încălzirea se face în baie de sare SC 430 la TTT = 560 [˚С]

Tm = 580 [˚С]

Se încălzrște integral corpul sculei.

Masa sculei va fi:

Suprafața sculei va fi:

Valorile medii ale valorilor termofizice (λ și α) și cǎldura specificǎ vor fi:

Valoarea criteriului Biot va fi:

Deoarece Bi < 0,25, calculul duratei de încǎlzire se va face pentru cazul pieselor subțiri.

Se aproximeazǎ t9 = 2 [min]

Durata de menținere la revenire:

Durata de rǎcire la revenire:

Rǎcirea se executǎ in aer.

Tabel 3.3

Timpul total de rǎcire va fi:

Se aproximeazǎ: t11 = 8 [min]

3.7 Tratamentul termic final al părții de fixare

Oțel OLC45, STAS 880-80

3.7.1 Parametrii tehnologiei specifici operației de călire

Temparatura de tratament termic:

TTT = AC3 + (30÷50) = 805 + (30÷50) = 835 ÷855 [˚С]

Se adoptă: TTT =840 [˚С]

Încălzirea se execută zonal pe o lungime de 80-85 [mm]. Se recurge la o preîncălzire la 560 [˚С] deoarece se utilizează aceleași instalații folosite la călirea părții active- băi de săruri cu săruri SC430 (preîncălzire) și SC630 (încălzire finală).

1.Calculul timpului de preîncălzire, (t12, t13)

α = 512 [w/m2k];

λ = 45 [w/mk];

C = 602 [j/kgk].

Masa cozii va fi:

Criteriul Biot:

Suprafața lateralǎ a cozii:

Timpul de preîncǎlzire:

Se aproximeazǎ: t12 = 3,5 [min]

Pentru etapa de menținere, literature tehnicǎ recomandǎ la încǎlzirea oțelului carbon în bǎi de sǎruri:

Timpul total de preîncǎlzire:

2.Calculul timpului de încǎlzire finalǎ:

Criteriul Biot:

Valoarea criteriului θs:

Rezultǎ Fo = 4,2 care se determinǎ din nomograme funcție de θs și Bi.

Timpul de încǎlzire finalǎ va fi:

Durata de menținere la TTT = 840 [oC] trebuie sǎ asigure austenitizarea completǎ a oțelului OLC 45.

Timpul de transformare: 1,5 – 2,0 [min]

Timpul de egalizare termicǎ: 1 [min]

Rezultǎ timpul total de menținere va fi: t15 = 3 [min]

Timpul total de încǎlzire finalǎ: tif = t14 + t15 = 3 + 3 = 6 [min]

3.Calculul timpului de rǎcire

Rǎcirea se executǎîn ulei pentru a se evita supratensionarea sculei.

Calculul timpului de rǎcire se face cu ajutorul formulei:

Tabel 3.4

Timpul total de răcire: T16 = tr1 + tr2 = 12 + 47 = 59 [s]

Se odoptă t16 = 1 [min].

3.7.2 Parametrii specifici (tehnologici) operației de revenire (t17, t18, t19)

a) Temperatura de încălzire: TR = 400÷420 [˚С];

b) Temperatura de încălzire a cuptorului electric vertical: Tm = 420 [˚С].

Coeficientul de cedare termică pentru:

w = 10 [m/s]

α = 40[w/m2k]

Valoarea coeficientului Biot:

Timpul de încǎlzire la revenirea cozii va fi:

Se adoptǎ: t17 = 29 [min]

Timpul de menținere:

Pentru 400 Hv și 0,45 %C rezultǎ P HJ = 12,2 103

t = 400 + 273 = 673 [K]

12,2 103 = 673 (18 – ln t)

rezultǎ t18 = 1,13 [h] = 68 [min]

Timpul de rǎcire în aer: t19 = t11 = 8 [min].

CAPITOLUL 4

MICROALIEREA SUPERFICIALA CU CARBURI METALICE

4.1 Dispozitiv pentru tratarea electrică și mecanică a metalelor ELITRON -17

4.1.1 Destinația instalației

Dispozitivul poate fi folosit în orice ramură a economiei naționale și execută:

Alierea cu ajutorul scânteielor electrice;

Tratarea electroerozională;

Tratarea superficială plastică;

Cizelarea abrazivă (finisarea, lustruirea);

Prelucrarea prin tăiere (răzuirea);

Lucrarea combinată, care include metodele enumerate mai sus.

Destinația și caracteristica fiecărui fel de prelucrare.

Alierea cu ajutorul scânteielor electrice

1.1.1.Domeniul de aplicare

Alierea cu ajutorul scânteielor electrice permite de a așterne stratul de acoperire din diferite materiale de electrod pe suprafețe metalice cu ajutorul descărcărilor de scânteie și se aplică pentru:

mărirea durității și rezistenței la uzura stratului superficial;

sporirea rezistenței la căldură și contra coroziunii a stratului superficial;

întarirea instrumentului de tăiere a metalului, de tăiere a lemnului, de lăcătușerie și tachelaj tehnologic;

întărirea și restabilirea pieselor mașinilor;

pregătirea suprafețelor pentru alte feluri de prelucrare prin crearea straturilor de trecere, obținerea unei anumite asperități și schimbarea proprietăților electrice;

efectuarea la suprafețele pieselor a proceselor micrometalurgice pentru formarea pe ele a combinațiilor chimice necesare;

pictura murală pe suprafețele metalice și nemetalice.

1.1.2.Caracteristica acoperirilor, obținute prin alierea cu ajutorul scânteielor electrice cu electrod vibrator.

Grosimea acoperirilor:

a oțelului necălit – până la 50 mcm;

oțel călit – până la 30 mcm;

Asperitatea – Ra = 3,2-5,2 mcm;

Compactitatea – până la100%;

Productivitatea – până la 300 mm2/min

Tratarea electroerozională

1.2.1.Domeniul de aplicare

Tratarea electroerozională permite cu ajutorul descărcărilor de scânteie să se execute în mediul de soluție dielectrică, înlăturarea metalului de la suprafața pieselor și se aplică pentru:

fabricarea găurilor deschise și fără deschideri în piesele produse din materiale de prelucrare grea (oțel călit, aliaje tari, aliaje de titan, etc.);

fabricarea cavităților închise de configurație complicată și cu suprafață mică;

șlefuirea pieselor;

1.2.2.Caracteristica procesului de tratare electroerozională, obținut cu ajutorul instrumentului vibrator.

Productivitatea (la formarea găurilor ø4 [mm]);

cu electrodul de grafit – până la 8 [mm3/min];

cu electrodul de cupru – până la 7 [mm3/min];

Productivitatea la șlefuirea electroerozională: 6-9 [mm3/min].

Asperitatea după șlefuirea electroerozională; Ra = 4,2 – 10 [mcm].

Tratarea superficială plastică

1.3.1.Domeniul de aplicare

Tratarea superficială plastică se aplică pentru:

sporirea tăriei și a rezistenței la istovire a stratului superficial;

– formarea în stratul superficial a tensiunilor interne dirijate;

– reducerea asperității suprafeței;

1.3.2.Caracteristica tratării superficiale plastice obținute prin cep de ciocan vibrator, întărite la vibratorul manual.

Adâncimea tratării – până la 1 [mm].

Sporirea tăriei:

la oțeluri necălite – până la 100%;

la oțeluri călite – până la 40%;

Reducerea asperității suprafeței – până la 200%;

Productivitatea 1,5 [cm2/min].

1.3.3.Caracteristica tratării superficiale plastice obținute cu ajutorul bilei, așezate intr-un dispozitiv mecanic.

Adâncimea tratării – până la 0,6 [mm].

Sporirea tăriei:

la oțeluri necălite – până la 100%;

la oțeluri călite – până la 20%.

Asperitatea după tratare – Ra 0,4 – 0,2 [mcm].

Productivitatea – până la 300 [mm2/min].

Cizelarea abrazivă (finisarea, lustruirea)

1.4.1.Domeniul de aplicare

Tratarea abrazivă permite microtăierea metalelor cu ajutorul sculei de rodat și a pastelor și se aplică pentru:

obținerea asperității mici;

obținerea exactității înalte a dimensiunilor;

înlăturarea stratului defectat format în timpul tratărilor preliminare.

1.4.2.Caracteristica tratării abrasive, obținute cu ajutorul vibratorului manual.

Asperitatea suprafeței – Ra 0,1 [mcm].

Productivitea: 2-3 [cm2/min].

Tratarea prin tăiere.

Tratarea prin tăiere cu ajutorul vibratorului și a cclapetelor permite tăierea metalelor și se aplică pentru: – obținerea dimensiunilor exacte;

– obținerea suprafețelor de frecare netede;

– asigurarea ajustății strânse a suprafețelor conjugate;

Productivitatea – până la 1,5 [cm2/min];

Asperitatea – Ra 3,2 – 6,3 [mcm].

Tratarea combinată

Permite a crea procese tehnologice complexe, care fac posibil tratarea metalelor de calitate înaltă prin:

Tratarea electroerozională; alierea electroerozională; șlefuirea electroerozională;

tratarea abrazivă; tratarea prin vibrare pentru sporirea tăriei; tăierea.

4.1.2. Componentele instalației

Principalele componente ale instalaăiei sunt (desenul1):

generatorul de current tehnologic I (A.I.I.5.411.108) care are trei regimuri electrice și unul mecanic, comutare care se efectuează cu ajutorul mânerului II (desen 1);

generatorul de vibrații III (A.I.I.3.291.069.01) pentru procesul (E.I.L.) amplitudinea vibrațiilor se reglează cu mânerul IV al generatorului I.

generatorul de vibrație axial (A.I.I.3.291.072) (desen 2).

Se adaugă:

dispozitiv pentru fixarea generatorului de vibrații axial pentru E.E.O (A.I.I.6.152.099) (desen3).

dispozitiv pentru V.U.D cu bilă (A.I.I.6.070.022) desen 4).

Fixator (A.I.I.6.152.101) (desen 5).

4.2 Recomandări tehnologice pentru alierea prin electroscânteie (E.I.L)

Domeniul aplicării

E.I.L este destinat pentru alierea suprafețelor și depunerea învelișurilor din materialul electrodului și se aplică pentru:

a) mărirea rezistenței la uzură:

– a sculelor așchietoare (freze, cuțite, burghie, adâncitoare, tarozi, broșe, cuțite de morteze, etc.);

– a sculeleor de prelucrare a lemnului (cuțite de rabotare, fierăstraie cu disc și panglică, etc.);

– ștanțelor de prelucrare la rece a metalelor (ștanțe de decupat, ștanțe de perforat, de ambutisare, etc.);

– matrițelor pentru prelucrarea la cald a metalelor;

– presformă (pentru executarea detaliilor din cauciuc, mase plastice, etc.);

– cilindri de laminar;

– instrumentelor medicale (clești);

– detaliilor mașinilor (arbori, ax principal, articulație, ghidaje, roți dințate, bucșe, etc.);

– instrumente de măsurat (suprafețelor de uzare a șublelor, cleme);

b) restabilirea detaliilor mașinilor;

c) crearea suprafețelor de antifricțiune;

d) mărirea microdurității și rezistenței la coroziune;

e) înlăturarea de pe suprafață a defectelor mici cum sunt: adâncituri, turtiri, zgârieturi, etc.

f) schimbarea proprietățilorelectrice a suprafeței;

g) crearea suprafețelor cu o rugozitate dată;

h) crearea straturilor intermediare din diferite materiale;

i) marcarea detaliilor și instrumentelor.

4.3 Esența procesului

Alierea prin electroscânteie se bazează pe fenomenul arcului electric și deplasarea polară materialului electrodului pe suprafața detaliului prelucrat în timpul când au loc descărcări electrice în aer.

În timpul procesului de deplasare polarăa fazelor de atomi și lichid a materialului de electrod și materialului detaliului, a întrepătrunderii lor reciproce. La suprafața detaliului se formează un strat ce constă din materialul electrodului sau este rezultatul interacțiunii reciproce dintre materialul electrodului și mediul dintre electrozi.

Procesele ce se petrec în stratul superficial la A.P.E. sunt date în următorul tabel;

Tabel 4.1

4.4 Caracteristici tehnologice a procesului

Regimul energetic de lucru al instalației se allege în funcție de caracteristicile necesare ale suprafeței piesei.

Valorile tipice a caracteristicilor învelișurilor rezultă prin folosirea diferitelor materiale de elctrod. Alegerea materialului de electrod depinde de destinația stratului aliat, de proprietățile lui pentru exploatare și condițiile de lucru a detaliului care este întărit (A.E.S)

Suprafața detaliului după procesul E.I.L. este format din:

învelișul din materialul de elctrod;

zona din difuziune, ce se găsește sub înveliș și constă din materialul electrodului și materialului detaliului;

materialul detaliului.

Independent de regimul electric al E.I.L. la oțeluri călite sub înveliș se poate forma zona intermediară, microduritatea cărui va depinde de regimul electric ales și poate fi mai mică decât microduritatea materialului de bază.Durata alierii trebuie să corespundă saturației calitative a suprafeței care se caracterizează cu o culoare mată omogenă cu pori foarte mici.

Timpul specific pentru E.I.L depinde mai mult de regimul electric ales, materialul electrodului și al detaliului și de obicei se află în intervalul de 1 -3 [min/kw∙cm]. Pentru regimul electric cu o energie mare se allege un timp mai scurt de aliere.

Suprafețele supuse la E.I.L vor fi suprafețe care în timpul funcționării se uzează cel mai mult.

Pentru aceasta după folosirea detaliului se face o examinare vizuală cu ajutorul lupei sau microscopului și măsurarea cu scopul determinării celor mai uzate suprafețe. La întărirea sculelor de tăiere la aliere se supune o singură suprafață din două suprafețe alăturate.

Rezultatul funcționării unei astfel de instrument: suprafața ce nu s-a durificat se va uza mult mai repede decât suprafața microaliată alăturată, ceea ce duce la efectul de auto ascuțire a instrumentului în timpul funcționării și deci la mărirea timpului de exploatare.

În unele cazuri după întărirea unei suprafețe, este util să se efectueze ascuțirea suprafeței alăturate cu scopul restabilirii propietăților de tăiere a sculelor. Ca regulă această variantă se folosește la întărirea sculelor la regimuri electrice cu energie mare.

Pentru unele tipuri de instrumente și detalii suprafețele ce vor fi aliate sunt date în tabelul următor:

Tabel 4.2

4.5 Pregătirea suprafeței, instalației de lucru și efectuarea procesului

Suprafața ce va fi supusă la E.I.L. trebuie curățită foarte bine de murdărie și prelucrat cu dizolvant pentru înlăturarea completă a urmelor de ulei și grăsime. Pregătirea de lucru:

pentru E.I.L se folosește generatorul de oscilație manual III;

montăm electrodul în mandrina generatorului de oscilație manual și îl fixăm cu ajutorul șurubului;

se cuplează cablul generatorului de oscilație manual cu priza generatorului ( + );

se cuplează cablul colectorului de current cu un capăt la generatorul ( – ) iar la celălalt capăt îl fixăm în dispozitivul de fixare a detaliului pentru prelucrat;

se conectează generatorul la sursă;

se fixează cu butonul generatorul la regimul necesar;

se conectează generatorul, aprinzându-se indicatorul;

se ia în mână generatorul manual și se apropie de suprafața ce urmează a fi prelucrată;

la atingerea suprafeței cu electrodul se fixează cu mânerul ‘VIBRATION’ amplitudinea de vibrație a electrodului cu detaliul.

Efectuarea procesului:

La E.I.L. generatorul de oscilație manual trebuie ținut cu mâna iar electrodul se ține sub un unghi între 30 – 60˚ față de suprafața prelucrată asigurând contactul cu ea.

Saturația calitativă a suprafeței se realizează la o mișcare alternativă a electrodului pe suprafața prelucrată. Din condițiile de efectuare a procesului E.I.L. pe suprafață se pot forma două tipuri de învelișuri:

înveliș compact;

înveliș discret (format din zone).

Formarea tipului de strat depinde de mărimea și viteza mișcărilor alternative a electrodului, amplitudinea unui înveliș compact este necesar să micșorăm:

mărimea și viteza mișcărilor alternative a electrodului;

amplitudinea vibrației electrodului;

secțiunea transversală a electrodului.

Pentru formarea învelișului discret parametrii trebuie măriți.

Controlul calității învelișului constă în determinarea compactității lui, grosimii și rugozității. Compactitatea se determină visual cu ajutorul lupei sau se măsoară cu microscopul după alierea etalonului (piesei).

Grosimea învelișului se determină cu ajutorul instrumentelor de măsurat după pregătirea eprubetei cu ajutorul microscopului de tip U – M. Rugozitatea învelișului se determină cu ajutorul profilograf – profilometru de model 252 după probe etalon.

Prelucrarea suplimentară a suprafeței:

După aliere suprafața poate fi supusă la o prelucrare suplimentară:

Deformări superficiale plastice pentru:

micșorarea rugozității suprafeței;

formarea în strat a unor tensiuni de compresie interioare orientate;

mărirea rezistenței la oboseală a stratului superior.

Netezirea cu abraziv sau lustruire pentru micșorarea rugozității suprafeței

După o prelucrare suplimentară, dacă este necesar este posibilă repetarea alierii.

4.6 Proiectarea tehnologică a procesului E.I.L

Procesul tehnologic E.I.L. constă în:

alegerea materialului de electrod;

alegerea regimului electric corespunzător;

alegerea suprafeței supuse la E.I.L.;

pregătirea suprafeței;

alegerea schemei efectuării procesului E.I.L.;

controlul suprafeței;

alegerea prelucrării suplimentare.

Analiza microstructurală

Analiza microstructurală s-a efectuat în secțiuni transversale pe patru fețe a unei eprubete din Rp3 călită și revenită de trei ori, prelucrată prin microaliere superficială cu electrod vibrator (MEV) din w + Co pe două instalații ELITROM 17 și ELITROM 16, cu următorii parametrii de lucru:

Tabel 4.3

Suprafețele pregatite au fost atacate cu natal 3% și s-a folosit un microscop Zeins Heophot 2 la grosisment de 300:1.

În zona centralǎ structura aparține unui oțel rapid Rp3 tratat termic classic, fig.5.3.

În zona de difuzie a atomilor din electrod (W,C si Co) se constatǎ o super aliere a oțelului fig.5.5 obținutǎ pe aparatul E 17 cu regimurile I = 3; A = 7 și I = 1; A = 11 și fig.5.4 obtinutǎ pe E16 cu regimul I = 3, A = 7.

Fig.4.5 Oțel Rp3 cu strat de difuziune W + Co pe E 17, I = 3, A = 7, I = 1, A = 11

Analiza microduritații

Analiza microduritații pe suprafețele probei s-a efectuat pe un aparat PMT-3 cu o forțǎ

P = 50[g] si folosind relația:

unde D = 0,309*N[μm]

iar N – este numarul de diviziuni ale diagonalei urmei.

Rezultǎ:

Valorile pentru fiecare probǎ vor fi (fațǎ a probei microaliatǎ)

fața 1

unde: N1- numarul de diviziuni microscop(N1 = 36)

unde: N1dif = 34 diviziuni.

fața 2

unde:N2- numǎrul de diviziuni microscop (N2 = 36)

unde: N2 str.depus = 24 diviziuni

– fața 3

unde: N3 – numǎrul de diviziuni microscop ( N3 = 36)

unde: N3 str.dif = 34 diviziuni, numǎrul de diviziuni microscop

unde: N3str.depus = 28 diviziuni

fața 4

unde: N4 = numǎrul de diviziuni microscop (N4m = 36)

unde: N4str.dif = 33 diviziuni –nr. de diviziuni microscop.

unde: N4str.depus = 31 diviziuni

Valorile microdurității se trec în următorul tabel:

Tabel 5.4

Bibliografie

Hopulele I., Alexandru I., Gălușcă D. – Tratamente termice și termochimice vol. I, vol. II, 1983;

Vermeșan G. – Tratamente termice – Clij Napoca, Editura Dacia, 1987;

Dulămiță T., Gherghescu I. – Oțeluri de scule, Editura tehnică, 1990;

Mantea S., Geru N., Dulămiță T., Rădulescu M. – Metalurgie Fizică, Editura Tehnică București, 1970;

Alexandru Ioan – ‘Metalurgie Fizică’, vol. I și II, Institutul Politehnic Iași, 1979;

Cartis Ghe. Ioan – ‘ Tratamente Termice’, Editura Facla, Timișoara, 1982;

Chesa G. – Alegerea și Utilizarea Oțelurilor’, Editura Tehnică, București, 1984;

Colecția STAS-uri – ‘Fonte și Oțeluri, Editura Tehnică, Bucuresti, 1969;

Dima Adrian – ‘Agregate și Instalații Termice Metalurgice’, Îndrumar de Proiectare, Institutul Politehnic, Iași, 1981;

Dulămiță T. – ‘Oțeluri de Scule’, Editura Tehnică, București, 1990;

Dulămiță T. – ‘Tratamente Termice și Termochimice’, Editura Tehnică, București, 1982;

Hopulele I., Alexandru I., Gălușcă D. – Tratamente termice și termochimice vol. I, vol. II, 1983 și 1984;

Shiopu Maria – ‘Cartea Maistrului Prelucrătorului’, vol II, Editura Tehnică, București, 1991;

Mihai Ștefan, Petrică Vizureanu, Vasile Manole – ‘ Modelare, Optimizare și Stimulare la Încălzirea Materialelor Metalice’, Editura Dacia, 1987;

Gadea S. – ‘Manualul inginerului metalurg’, Editura Tehnică, București, 1982;

Verneșan G. – ‘Tratamente termice’, Editura Dacia, 1975;

Gheorghiu B., Gălușcă D. – ‘Îndrumător de laborator. Calculul operațiilor de tratament termic’, Institutul Politehnic, Iași, 1975;

Rădulescu M. – ‘Studiul metalelor’, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1982;

Ștefănescu I. – ‘Materiale metalice și plastice’, Editura Junimea, Iași, 2000;

Alexandru Adrian – ‘ Metalurgie fizică’, vol II, Editura Tehnopress, Iași, 2005.

Bibliografie

Hopulele I., Alexandru I., Gălușcă D. – Tratamente termice și termochimice vol. I, vol. II, 1983;

Vermeșan G. – Tratamente termice – Clij Napoca, Editura Dacia, 1987;

Dulămiță T., Gherghescu I. – Oțeluri de scule, Editura tehnică, 1990;

Mantea S., Geru N., Dulămiță T., Rădulescu M. – Metalurgie Fizică, Editura Tehnică București, 1970;

Alexandru Ioan – ‘Metalurgie Fizică’, vol. I și II, Institutul Politehnic , 1979;

Cartis Ghe. Ioan – ‘ Tratamente Termice’, Editura Facla, , 1982;

Chesa G. – Alegerea și Utilizarea Oțelurilor’, Editura Tehnică, București, 1984;

Colecția STAS-uri – ‘Fonte și Oțeluri, Editura Tehnică, Bucuresti, 1969;

Dima Adrian – ‘Agregate și Instalații Termice Metalurgice’, Îndrumar de Proiectare, Institutul Politehnic, , 1981;

Dulămiță T. – ‘Oțeluri de Scule’, Editura Tehnică, București, 1990;

Dulămiță T. – ‘Tratamente Termice și Termochimice’, Editura Tehnică, București, 1982;

Hopulele I., Alexandru I., Gălușcă D. – Tratamente termice și termochimice vol. I, vol. II, 1983 și 1984;

Shiopu Maria – ‘Cartea Maistrului Prelucrătorului’, vol II, Editura Tehnică, București, 1991;

Mihai Ștefan, Petrică Vizureanu, Vasile Manole – ‘ Modelare, Optimizare și Stimulare la Încălzirea Materialelor Metalice’, Editura Dacia, 1987;

Gadea S. – ‘Manualul inginerului metalurg’, Editura Tehnică, București, 1982;

Verneșan G. – ‘Tratamente termice’, Editura , 1975;

Gheorghiu B., Gălușcă D. – ‘Îndrumător de laborator. Calculul operațiilor de tratament termic’, Institutul Politehnic, Iași, 1975;

Rădulescu M. – ‘Studiul metalelor’, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1982;

Ștefănescu I. – ‘Materiale metalice și plastice’, Editura Junimea, , 2000;

Alexandru Adrian – ‘ Metalurgie fizică’, vol II, Editura Tehnopress, Iași, 2005.