INTRODUCERE…………………………………………………………………………………………………… 1. STADIUL ACTUAL AL… [304528]

CUPRINS

INTRODUCERE……………………………………………………………………………………………………

1. STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIILOR ȘI CERCETĂRILOR ÎN DOMENIUL RECONDIȚIONĂRII PIESELOR DE TIP ARBORE………………………………………………

1.1 Generalități………………………..

1.2 Construcția arborilor utilizați în construcția echipamentelor tehnice…….

1.2.1Osii și arbori drepți………………………….

1.2.2 Arbori cotiți…………………………..

1.3 Mentenanța echipamentelor tehnice…………………………………..

1.3.1 Rolul activității de menteneță

1.3.2 Sisteme de mentenanță……………………………….

1.3.3 Structura sitemului de mentenanță

1.4 Dezvoltare durabilă

1.5 Proiectarea ecologică în construcția de mașini

1.6 Aspecte generale privind recondiționarea piselor de tip arbore

1.7 Concluzii

2. OBIECTIVELE CERCETĂRII

3. TEHNOLOGII DE RECONDIȚIONARE A PIESELOR DE TIP ARBORE………….

3.1 Aspecte generale………………….

3.2 Reconsiderarea ciclului de viață al mașinilor……………………………….

3.3 Recondiționarea arborilor prin modificarea dimensiunilor inițiale

3.4 Recondiționarea prin refacerea dimensiunilor inițiale a arborilor …………………………..

3.4.1 Recondiționarea prin metalizare………………………….

3.4.2 Recondiționarea prin încărcarea cu sudură……..

3.5 Parametrii tehnologici la operațiile de recondiționare a arborilor……………………

3.5.1 Recondiționarea prin sudare

3.5.2 Cromarea………………………………..

3.5.3 Cuprarea………………………………………

3.6 Recondiționarea arborilor prin metalizare

3.6.1 Structura stratului metalizat

3.6.2 Aderența straturilor depuse

3.6.3 Defecte în straturile depuse

3.7 Factorii de influență ai aderenței

3.8 Concluzii

4. TRIBOLOGIA SUPRAFEȚELOR

4.1 Generalități

4.2 Frecarea și formele ei

4.3 Formele de apariție a uzurilor

4.4 Factorii care influențează mărimea uzurii

4.5 Metode de măsurare a uzurilor

4.6 Limite admisibile ale uzurilor

4.7 Principiile diagnosticării și restabilirii ajustajelor

4.8 [anonimizat]

4.8.1 Jocul limită la îmbinările cu sarcină constantă

4.8.2 Jocul limită la îmbinările cu sarcină variabilă

4.8.3 Ovalizarea limită în lagărele de alunecare

4.9 Concluzii

5. FORȚELE ȘI MOMENTELE DIN MECANISMUL MOTOR…………….

5.1 Generalități

5.2 [anonimizat]

5.3 [anonimizat]

5.4 Momentul motor

5.5 Concluzii

6. TENOLOGII AVANSATE DE RECONDIȚIONARE A PIESELOR DE TIP ARBORE

6.1 Aspecte generale

6.2 Măsurarea dimensiunilor arborilor uzați

6.3 Tendința în diagnosticarea avansată a echipamentelor tehnice

6.4 Tehnologii avansate de recondiționare a pieselor de tip arbore

6.5 Metodele și scopul încercării metalelor

6.5.1 Încercări de aderență

6.5.2 Încercări de încovoiere prin șoc (reziliență)

6.5.3 Determinarea durității prin metoda Vikers

6.5.4 Analiza metalografică (structuri)

6.5.5 Masurarea rugozității suprafețelor metalizate

6.5.6 Precizia geometrică a produsului recondiționat

6.6 Concluzii

7. CERCETĂRI EXPERIMENTALE

7.1 Generalități……………………..

7.2 Recondiționarea prin metalizare a arborelui cotit

7.3 Defecte în straturile depuse prin metalizare

7.4 Metode de investigare a stratului depus prin metalizare

7.4.1 Rugozitatea suprafețelor metalizate

7.4.2 Măsurarea durității stratului depus prin metalizare

7.4.3 Încercările lla reziliență

7.4.4 Aderența straturilor depuse prin metalizare

7.4.5 Examinarea materialelor prin microscopie electronică

7.4.6 Studiul materialelor prin microscopie metalografică optică

7.4.7 Controlul pe mașini de măsurat în coordonate a arborilor cotiți

7.4.8 Porozitatea stratului metalizat

7.5 Concluzii

8. CONCLUZII FINALE, CONTRIBUȚII ORIGINALE ȘI DIRECȚII VIITOARE DE CERCETARE

8.1 Concluzii finale

8.2 Contribuții originale

8.3 Direcții viitoare de cercetare

BIBLIOGRAFIE

ANEXE …………………………………………………………

DOUA LUCRARI STINȚIFICE PUBLICATE……………………………

INTRODUCERE

Durabilitatea și fiabilitatea echipamentelor tehnice sunt dependente de comportarea tribologică a componențelor și regimurilor specifice de ungere. Partea de tribologie cuprinde, de asemenea, aspectele stării tehnice a utilajelor, criteriul tehnic, funcțional, tehnologic și economic de stabilire a starii limită cât și procedeele de determinare a uzurii fizice și morale.

Concept modern al creșterii economice, dezvoltarea durabilă definită ca proces de transformare în cadrul căruia utilizarea resurselor, orientarea investiților, selectarea modalităților de prelucrare și shimbările instituționale se desfășoară în mod armonios în corelare cu mediul natural.

Implementarea principiilor dezvoltorii durabile în industria constructoare de mașini, în această etapă în care economia națională este în căutarea unor soluții de revigorare, este numai nu numai necesară, ci și oportună.

Conceptul de dezvoltare durabilă s-a dezvoltat ca urmare a evoluțiilor de globalizare, în încercarea de a asigura un echilibru între dezvoltarea economică, rezolvarea problemelor sociale

și înglobarea în cadrul acestora a problemei mediului.

Prelungirea ciclului de viată al produsului este o problemă de actualitate a societății. Acțiunile subordonate acestui scop se regăsesc, sub forme specifice, în toate stadiile de viață ale produsului.

Rezultă că problematica „4R” al prelungirii ciclului de viață al produsului după scoaterea din funcțiune, și anume: refolosirea, reparația, recondiționarea combinată cu modernizarea și reciclarea [],[],[], prezintă o importanță crecândă pe plan național și mondial.

Dezvoltarea unor procedee avansate de recondiționare a produselor permit ca în locul procesului de reciclare clasică, cu numeroase operații costisitoare, să se amplifice un ciclu mult mai scurt: „piese uzate-recondiționate-reutilizate”.

Prelungirea ciclului de viață al produselor prin acțiuni de gama „4R” este o problemă ce se integrează în concepția modernă a dezvoltării durabile, a cărui rezolvare asigură [ ]:

evitarea poluării determinante de abandonarea produsului;

reducerea cantităților de material „sustrase” din natură, prevenindu-se epuizarea lor.

Modernizarea precedeelor de recondiționare, amplificarea terotehnologiilor, a operațiilor terologice, asigură prelungirea duratei de viață a pieselor de mașini, reducerea fondurilor investite cu piese de schimb, reducerea proporțională a cheltuielilor cu stocurile, diminuarea opririlor neprogramate sau accidentale și mărirea producției, utilizarea mai bună a fondului de timp și de investiții, reducerea manoperei, optimizarea costurilor inițiale datorită unei creșteri globale a producției și economii pe seama rebuturilor datorită opririlor accidentale ale mașinilor și datorită deselor uzări.

Un loc aparte ocupă problemele de ordin tehnic pe care le ridică optimizarea utilizării prin prelungirea ciclului de viată al produsului. Va fi nevoie de tehnologii adecvate de separare, de recondiționare și modernizare. De asemenea se impune o nouă gândire constructiv tehnologică, orientată spre utilizare, bazată pe concepția modulară a produselor, care să favorizeze nu numai folosirea unor componente pentru realizarea de produse diferite, ci și recondiționarea și modelarea mai rapidă a produselor.

Durata vieții mașinilor, poate fi prelungită prin refabricare, reparare, reciclare și reutilizarea componentelor lor, acțiuni cunoscute sub denumirea de „4R” [ ], [ ].

Refabricarea și repararea prilejuiesc și modernizarea mașinilor, prin înglobarea în structurile acestora a unor subansambluri sau componente ce funcționează pe principii noi și au la bază realizări recente ale științei și tehnicii, astfel încât să poată compensa eventuala uzare morală cauzată de prelungirea duratei de viață utilă.

Pentru a fi refabricate, reparate, recondiționate și reutilizate mașinile trebuie concepute și proiectate astfel încât să înglobeze în ele aptitudini compatibile cu cei „4R”. Ca urmare, structura mecanică a mașinilor, ca și echipamentele de comandă și control trebuie concepute în așa fel încât după o perioadă de utilizare, prestabilită, să fie apte de reintegrare în noi construcții, de același tip ca și cele în care au funcționat sau în altele diferite, după readaptările impuse de noile condiții de lucru.

Costul mare al manoperei face ca în prezent refabricarea, recondiționarea și repararea să fie scumpe. Totuși, extinderea celor „4R” la nivelul întregii economii, un management mai bun decât cel existent, dezvoltarea cercetărilor în domeniu și stimularea economiei durabile, ar conduce la reducerea costului manoperei și la înlocuirea producției bazată pe consum de materiale primare ieftine.

Reutilizarea componentelor mecanice ale mașinilor în două sau mai multe cicluri de viață trebuie să satisfacă următoarele cerințe [],[] :

componentele reutilizate să asigure realizarea acelorași funcții și la același nivel în noua structură ca și cele nou executate;

costurile recuperării și de reducere la nivel tehnic impus de noile condiții să fie mai mici sau egale cu cele ale unor componente noi;

efectul poluant al recuperării și reintegrării să fie sub cel echivalent fabricării componentelor noi;

costurile vor putea fi chiar mai mari dacă se ține seama de faptul că în actualul mod de calcul nu au fost incluse cheltuielile „nebugetare”.

Organizarea eficientă a lucrărilor de mentenanță și a condiționărilor pieselor trebuie, să fie în mod corespunzător principiilor de organizare industrială, în acest fel se vor crea condiții care să asigure un nivel de calitate a acestora cât mai ridicat, creșterea disponibilității mașinilor și scurtarea perioadelor de imobilizare în reparații, ridicarea gradului de utilizare a utilajelor din atelierele de mentenanță, perfecționarea, modernizarea acestora și specializarea forței de muncă.

Autorul aduce mulțumiri cordiale tuturor celor care l-au sprijinit în activitatea necesară realizării tezei de doctorat și în special conducătorului stiințific prof. dr. ing. Gheorghe ACHIMAȘ, care a contribuit esențial la pregătirea autorului la doctorat și la condus la realizarea tezei în forma actuală.

Mulțumiri deosebite adesez cadrelor didactice din departamentul Ingineria Fabricației din Facultatea Construcții de Mașini, care m-au sprijinit în timpul examenelor, referatelor și cercetărilor experimentale, în mod special d-lor prof. dr. ing. Csoba GYENGE, conf. dr. ing. Sorin COMȘA, s. l. dr. ing. Lucian LĂZĂRESCU, prof. dr. ing. Marius BULGARU.

Mulțumiri deosebite aduse familiei, care m-au sprijinit pe tot parcursul elaborării tezei.

Mulțumire de asemenea, președintelui și distinșilor profesori referenți, pentru acceptul de a fi membrii ai comisiei de Doctorat și pentru efortul de a recenza această teză.

Cluj – Napoca

Mai 2017 Ing. Ionatan ZELEA

CAPITOLUL 1

STADIUL ACTUAL AL TEHNOLOGIILOR ȘI CERCETĂRILOR ÎN DOMENIUL RECONDIȚIONĂRII PIESELOR DE TIP ARBORE

1.1 Generalități

Durata de funcționare sau durabilitatea unei piese sau îmbinări reprezintă pimpul efectiv de funcționare până ajunge la starea limită [],[]. La piesele nerecondiționate (segmenți, rulmenți, pinioane, etc.) durabilitatea este determinată de timpul de funcționare până la reformare. La piesele recondiționabile, ca arbori, axe, carcase etc., durabilitatea este timpul efectiv de funcționare până la prima recondiționare sau între două recondiționări succesive.

Uzarea este procesul fizic ( a uza – uzare), iar uzura este produsul, rezultat uzării (STAS 8069-87).

Mentenanță, în conformitate cu STAS 8174/2 – 77, prezintă ansamblul tuturor acțiunilor tehnice și acțiunilor organizatorice care le sunt asociate, efectuate în scopul menținerii sau restabilirii unui echipament tehnic în starea de a-și îndeplini funcția specifică. Rezultă că mentenanța cuprinde, sub o singură denumire, întregul sistem tehnic și organizatoric de întrețineri, revizii tehnice și reparații, activități care asigură atât menținerea în stare de funcționare a echipamentelor cât și restabilirea stării tehnice a acestora în cazul defectării. Mentenanța poate fi: corectivă, preventivă, predictivă și paliativă[],[].

Terotehnica cuprinde organizarea, controlul și realizarea operațiilor de întreținere și reparare în scopul menținerii acestora la nivele maxime de operativitate, siguranță și rentabilitate [],[].

Terologia este definită ca știința ce îmbină legile economice cu cele de ordin tehnic precum și aplicații ale fizicii și chimiei în scopul de a obține creșteri ale ciclului de viață [],[].

Aplicarea terotehnologiei se referă la conceperea de noi tehnologii menite să mărească fiabilitatea pieselor, subansamblurilor etc., adică implicarea directă în întreținerea și repararea echipamentelor tehnice. Terotehnologia reprezintă conceția interdisciplinară a terotehnicii peste care se suprapune condiția economică a rentabilității maxime.

Terologia este definită ca fiind ansamblul de mijloace, tehnici, tehnologii etc., puse la dispoziția specialiștilor în vederea intervețiilor de întreținere și reparare prin tehnologii de vârf (metalizări, depuneri de materiale etc.) [],[].

Terologia se definește deci, ca fiind știința și practica recondiționării pieselor de schimb în conceptul „Terotehnic” și „Terotehnologic”.

Noțiunea de reparare se referă la operații de montare a utilajului, în piesele sale componente, spălarea, constatarea stării tehnice și înlocuirea sau recondiționarea pieselor cu defecțiuni, reasamblarea ansamblului, încercarea și rodajul unități reparate [],[].

Tot ce se execută asupra unei singure pise, în scopul refacerii stării tehnice, se numește recondiționare [],[].

Conform STAS 8174/2-77 și STAS 10307-75, fiabilitatea poate fi definită ca fiind aptitudinea unui produs de a-și îndeplini funcția specifică, în condiții date și de-a lungul unei durate date, exprimată prin probabilitatea ca acest produs să funcționeze fără defecte în intervalul (0, t), în contiții determinate [],[],[].

Au fost definite șase categorii de uzură în raport de modul în care se produc [],[]: abraziune; aderență; eroziune; cavitație și coroziune.

Procesele de recondiționare a organelor de mașini sunt [ ], [ ], [ ]:

recondiționări prin sudură;

recondiționări prin lipire;

recondiționări cu aliaje micropulverizate cu sinterizare intermitentă (eutalloy);

recondiționări cu aliaje micropulverizate cu sintetizare finală (eutalloy – rw);

recondiționări cu aliaje micropulverizate tero – cote în arc sub protecție gazoasă;

recondiționări cu aliaje micropulverizate tero – tec în plasmă;

recondiționări cu aliaje micropulverizate tero – tec;

recondiționări cu aliaje micropulverizate metaceram;

acoperiri anticorozive preventive casto-plast;

recondiționări cu produse compozite me-ca-tec (chituri);

recondiționări prin metalizare cu sârmă în flacără oxacetilenică.

Recondiționarea pieselor în general, respectiv a piselor de schimb se încadrează, de regulă, în denumirea de reconstrucție.

Terologia castolin+Eutectic, în baza afirmației profesorului dr. N.C. Rene Wassrman [],[], a fost adoptată pentru a permite utilizatorilor să obțină maximum de profit și tehnica lucrărilor de mentenanță prin sudare. Institutul Castolin+Eutectic a creat, în acestă perspectivă, programe specializate de cooperare pentru a ajuta industria, organizând seminarii în firme care permit personalului ce se ocupă de mentenanță să aplice depuneri anti-uzură prin sudare, de mare eficiență. programele de cooperare țin cont de cele mai noi realizări în terologie, mai ales în domeniul electrozilor pentru sudare manuală randament ridicat, a aliajelor micropulverizate pentru depunere la cald sau rece, a sârmelor pentru metalizare în flacără sau în arc electric.

Începând cu anul 1906, timp de peste 100 ani, Institutul E+C, a acumulat o mare experiență în domeniul reparațiilor și a mentenanței preventive prin sudare, operând în 160 de țări prin 42 de centre de producție răspândite pe glob [],[].

Metalizarea termică este unul din procedeele tehnologice de prelucrare a materialelor metalice și nemetalice, care permit obținerea unor suprafețe noi, care să răspundă unor cerințe date. Metalizarea termică a fost descoperită în anul 1912 de Schoop și Herkenrath [],[]. Primul procedeu descoperit a fost cel cu flacără.

Procedeul de metalizare cu plasmă a fost descoperit în anul 1939 de Reinecke [].

Procedeele mai avansate utilizează LASER-ul ca sursă de energie având ca materialede adaos fie sârmă, fie pulberile.

Una din unitățiile de bază ale industriei clujene cu specific de reparator – S.C. Remarul 16 Februarie S.A. – are o experință îndelungată în recuperarea piselor uzate folosind procedee avansate de recondiționare.

S.C. Remarul 16 Februarie S.A. dispune de un atelier specializat în executarea recondiționărilor, având o experință de peste 50 de ani în aplicarea tehnologiilor specifice diverselor grupe de piese.

Personalul tehnic și de execuție etilizează aparatură și materiale originale aparținând firmelor Castolin+Eutectic din Elveția și Sulzer-Meteo din Germania, lideri mondiali în domeniul sudurii, acoperirilor metalice și mineralo-ceramice. O parte din materialele utilizate ca aport în tehnologiile de recondiționare au fost asimilate în țară.

1.2 Construcția arborilor utilizați în construcția echipamentelor tehnice

Organele de mașini în rotație se montează pe osii sau arbori, care realizează axa geometrică de rotație a acestor organe mașini.

Arborii sunt organe de mașini rotative în jurul axei lor geometrice, care transmit momente de răsucire, respectiv puterea primită prin intermediul altor organe pe care le susțin sau cu care sunt asamblați (fig.1.1). Prin această funcțiune principală a lor, arborii sunt solicitați în special la răsucire, dar totodată și la încovoiere.

Osiile sunt organe de mașini care susșin alte organe în rotație, în oscilație sau în repaus ale mașinilor, agregatelor sau vehiculelor, fără a transmite momente de răsucire , fiind astfel solicitate în principal la încovoiere, eforturile unitare de răsucire provocate de frecările în reazăme sunt neglijabile (fig.1.1).

Osiile și arborii sunt organe de mașini importante, datorită răspândirii lor și a rolului pe care-l joacă în buna funcționare a mașinilor, agregatelor, echipamentelor etc.

Fig. 1.1 Tipuri principale de arbori și osii: a – arbore de transmisie neted; b – arbore în trepte; c – arbore principal pentru mașini – unelte; d – arborele unei turbine cu abur; e – arbore cotit; f – osie de vagon rotativă; g – osie de vagon fixă [ ].

Din punctul de vedere al axei geometrice, arborii se împart în drepți și cotiți. Arborii cotiți (fig. 1.1,e) sunt folosiți în cazul când este necesară transformarea în mașină a mișcării rectilinii de translație în mișcare de rotație, sau invers. o grupă specială este formată de arborii flexibili cu forma axei geometrice variabilă.

1.2.1 Osii și arbori drepți

Clasificarea osiilor și arborilor [],[] se poate face după mai multe criterii: formă, condiții de funcționare, încărcare etc. În tabelul 1.1 se prezintă clasificarea osiilor și a arborilor după diferite criterii.

Clasificarea osiilor si arborilor Tabelul 1.1

În domeniul construcțiilor de mașini există osii și arbori cu forme dintre cele mai variate, de la cele mai simple (arbori netezi) până la formele complicate ale arborilor principali de la mașini – unelte, turbine etc.

Elementele constructive ale osiilor și arborilor rectilinii sunt corpul fusurilor.

Fig. 1.2 Osii și arbori, plini și tubulari [ ].

Corpul osiei sau arborelui (fig. 1.2, a) are de-a lungul axei de rotație suprafețe portante, 2, pe care se fixează organe de mașini și suprafețe libere, 5. Fusurile au suprafețe de sprijin, 1. Suprafețele frontale pot fi: libere,3, de sprijin axial sau portante axial,4.

Osiile și arborii tubulari au același fel de suprafețe ca și cei plini (fig 1.2, b și c).

Fig. 1.3 Elementele constructive ale asiilor și arborilor [ ].

Elementele constructive ale osiilor și arborilor pot fi plasate simetric (fig. 1.2, a și fig. 1.3, a și b), asimetric (fig. 1.3, c) sau combinat (fig. 1.3, d).

Problema alegerii corecte a materialului și tratamentului termic din care se execută osiile și arborii necesită un studiu amănunțiti și complex al factorilor constructivi, tehnologici, de solicitare și de exploatare.

Pentru arbori drepți și pentru osii se recomandă [],[]:

oțeluri de uz general pentru construcții, pentru osii și arbori care nu necesită tratament termic: S235JR; S275JR; S355JR; s185/SR EN 10025-2:2004;

oțeluri pentru călire și revenire (C45 SR EN 10083-2:2007) și oțeluri aliate de îmbunătățire, pentru arbori mediu solicitați și durată medie de funcționare a fusurilor și canelurilor;

oțeluri de cementare (C15E SR EN 10084:2008) și oțeluri aliate de cementare, pentru arbori puternic solicitați și pentru arbori care funcționează la turații înalte.

1.2.2 Arbori cotiți

Arborii cotit, sunt organe de mașini care se rotesc în jurul axei lor longitudinale și care transformă cu ajutorul bielelor sau culiselor, o mișcare rectilinie alternativă într-o mișcare de rotație și invers (fig. 1.4). Arborii cotiți transmit momentul motor altor organe cu care sunt asamblați.

Arborele cotit este format din brațe și manetoane(fusuri de bielă) și fusuri paliere. Numărul coturilor este egal cu numărul cilindrilor unui motor.

Fig. 1.4 Arbore cotit [ ]: a – formă geometrică; b – formă schematizată.

Forma și dimensiunile arborilor cotiți (fig. 1.4) depind de o gamă largă de factori, numărul și poziția cilindrilor, cursa pistoanelor și mărimea rezultantei presiunilor ce exercită asupra fiecărui piston, turația de regim a arborelui etc. Cu cât cursa pistoanelor este mai mare, cu atât turația arborelui cotit este mai mică. Arborii cotiți transmit momentul motor altor organe cu care sunt asamblați.

Alegerea materialului arborilor cotiți se va face în funcție de puterea motorului, tipului motorui, felul solicitărilor, condițiile de funcționare, precum și greutatea motorului, se utilizează oțeluri cu > 50 daN/ din grupa oțelurilor carbon, aliate de îmbunătățire, de cementare etc. Procedeele de prelucrare a semifabricatelor pentru arbori cotiți cuprind forjarea liberă matrițarea etc.

Pentru motoare rapide, arborele cotit se construiește unitar (nedemontabil). Forma sa constructivă este dependentă de numărul și dispoziția cilindrilor, de rigiditate etc. Se preferă construcția la care fiecare cot, se sprijină pe două fusuri paliere, care corespunde din punct de al rigidității și se întâlnește frecvent la motoare cu aprindere prin compresie (MAC). La motoarele cu aprindere prin scânteie (MAS), unde presiunile de ardere sunt mult mai mici, utilizează construcții cu un număr de paliere micșorat, fiind câte 2 fusuri manetoane încadrate de 2 fusuri paliere. Construcția aceasta contribuie la reducerea lungimii arborelui și deci a fiabilității motorului.

Clasificarea arborilor cotiți se prezintă în tabelul 1.2.

Clasificarea arborilor cotiți [ ] Tabelul 1.2

Brațele coturilor au forme determinate de condiții funcționale; se întâlnesc frecvent construcțiile cu secțiune dreptunghiulară sau dreptunghiulară cu colțuri rotunjite. În figura 1.5 se indică forme constructive pentru brațele de manivelă la care s-au urmărit reducerea greutății manivelelor prin îndepărtarea materialului de prisos (fig. 1.5, a și b ). Din punct de vedere al procesului tehnologic forma din figurile 1.5, c și d se pretează turnării, iar cele indicate în figura 1.5, e și f corespund arborilor forjați.

În aceași figură 1.5 se indică pentru fiecare formă și mărimea concentratorului de tensiune „”.

Fig. 1.5 Forme constructive ale arborilor cotiți [ ].

Arborii flexibili se folosesc pentru transmiterea unor momente de răsucire între subansambluri de mașini sau agregate, care își schimbă poziția relativă în timpul funcționării. Domenile de utilizare sunt: scule mecanice, mașinile – unelte cu axe principale mobile, vibratoarele, aparatele de comandă și de control la distanță.

1.3 Mentenanța echipamentelor tehnice

Mentenanța în conformitate cu STAS 8174/2-77, reprezintă ansamblul tuturor acțiunilor tehnice și organizatorice care le sunt asociate, efectuate în scopul menținerii sau restabilirii unui echipament tehnic în stare de a-și îndeplinii funcția specificată.

Mentenanța este definită [ ],[ ] ca orice acțiune care conduce la menținerea în stare de funcționare a unui echipament cu fiabilitate și siguranță maximă, iar în cazul că acest echipament s-a defectat, punerea sa în funcțiune la parametri de fiabilitate și siguranță satisfăcătoare pentru condiții de operare.

Dezvoltarea și diversificarea echipamentelor industriale atrage industrializarea lucrărilor de mentenanță, în vederea refacerii stării tehnice a echipamentelor industriale sau prelungirea duratei în funcționare și creșterea eficienței exploatării.

Principalii indici de exploatare, care caracterizează starea tehnică a unui echipament sunt: forța și puterea dezvoltată, consumul de combustibil și ulei, productivitatea, calitatea lucrărilor efectuate etc. După un anumit număr de ore de funcționare, echipamentele nu mai au aceeași indici de exploatare, starea lor tehnică înrăutățindu-se datorită unor cauze multiple, de exemplu (fig. 1.6), puterea medie a unui motor termic „P”, scade continuu pe durata exploatării „T”.

Fig. 1.6 Puterea dezvoltată de un motor termic: P – puterea; T – durata exploatării [ ].

Apare astfel necesitatea efectuării unor intervenții de mentenanță prin care echipamentul să fie repus în stare de funcționare pe o perioadă de timp bine determinată. După fiecare reparație, va crește puterea dezvoltată de echipament, însă aceasta nu va ajunge niciodată la valoarea inițială (fig. 1.6), ci la o valoare mai mică, cu până la 15% (ΔP) [ ],[ ].

Întreținerea în serviciu a unui echipament industrial permite funcționarea acestuia în anumite limite când, dat fiind faptul că este supus procesului de uzare, acesta va trebui înlocuit. Luând în considerare costurile aferente cu opririle în producție, punerea în funcțiune, cheltuieli cu energia ș.a., se poate considera ca o risipă industrială.

Uzura este foactorul principal al acestor costuri, uzura de origine morală, chimică, mecanică, de coroziune și de frecare, fără a lua în considerare și alte forme de uzură.

Se estimează că fenomenul uzurii controlabile ca cea de frecare, abraziune sau coroziune, produce pierderi mari suportate de firmele din lumea industrială actuală.

1.3.1 Rolul activității de mentenanță

Risipa industrială a dus la reformarea prematură a pieselor de mașini afectate de o uzură superficială și la înlocuirea de rutină a elementelor productive cu piese noi, cu piese de schimb. Mulți cercetători [ ],[ ] caracterizează civilizația contemporană, drept civilizație a risipei.

Din cele de mai sus, rezultă că problematica celor trei de „R”, Recuperare – Recondiționare – Reutilizare prezintă o importanță crecândă pe plan național și mondial.

Dezvoltarea unor procedee avansate de recondiționare permite ca în locul procesului de reciclare clasică cu numeroase operații costisitoare, să se aplice un ciclu mult mai scurt: piese uzate – recondiționate – reutilizate. Deci, organizarea eficientă a lucrărilor de mentenanță și a recondiționărilor de organizare industrială, în acest mod se vor crea condițiile care să asigure un nuvel de calitate a acestora cât mai ridicat, creșterea disponibilității mașinilor și scurtarea perioadelor de imobilizare în reparații, ridicarea gradului de utilizare a utilajelor din atelierele de mentenanță, perfecționarea și specializarea forței de muncă.

Modernizarea procedeelor de recondiționare, aplicarea terotehnologiilor, a operațiilor terologice, asigură prelungirea duratei de viață a pieselor de mașini, reducerea fondurilor investite în stocurile cu piese de schimb, reducerea proporțională a cheltuielilor cu stocurile, diminuarea opririlor neprogramate sau accidentale și mărirea producției, utilizarea mai bună a fondului de timp și de investiții, reducerea manoperei, optimizarea costurilor inițiale datorită unei creșteri globale a producției și economii pe seama rebuturilor datorate opririlor accidentale ale mașinilor și datorită deselor uzări.

Refabricarea și repararea prilejuiesc și modernizarea mașinilor, prin înglobarea în structurile acestora a unor subansambluri sau componente ce funcționează pe principii noi și au la bază realizări recente ale științei și tehnicii, astfel încât să poată compensa eventuala uzare morală cauzată de prelungirea duratei de viață utilă.

1.3.2 Sisteme de mentenanță

Mentența cuprinde, sub o singură denumire, întregul sistem tehnic și organizatoric de întrețineri, revizii tehnice și reparații, activități care asigură atât menținerea în stare de funcționare a utilajelor cât și restabilirea stării tehnice a acestora în cazul defectării.

Diferența dintre mentenanță și întreținere nu este doar semantică, în timp ce întreținerea cunoște două categorii de acțiuni: reparații și depanarea defectelor, mentenanța le asociază acestora elementele noi, avansate: urmărirea și prelucrarea statistică a defectelor, diagnosticarea, asigurarea calității, informatizarea.

Mentenanța este o parte vitală a ciclului de fiabilitate, disponibilitate și siguranță, cum rezultă din figura 1.7 [ ],[ ].

Fig. 1.7 Ciclurile nefiabilității, mentenabilității, disponibilității și asiguranței în funcționare.

Operația de recondiționare implică un organ de mașină ajuns să fie nefuncțional prin uzare, implicând pentru redarea lui în circuitul economic o tehnologie adecvată, care să-i garanteze prin materialul de aport utilizat, fiabilitatea și economicitatea aplicației, rezultă de aici că orice altă reciclare care nu implică material de aport și o tehnologie adecvată, conservând funcționalitatea organului de mașină la altă geometrie decât cea inițială nu constituie recondiționare.

Reciclarea pieselor de schimb supuse uzurii sunt prevăzute din proiectare cu trepte de prelucrare, care implică existența unui stoc de piese conjugate și care numai după epuizarea rezervei de trepte de uzură, se poate aduce la forma inițială printr-un material de aport în domeniul de recondiționare ( exemplul arborii cotiți).

Implementarea unei activități de recondiționare a pieselor de schimb trebuie să ia în considerare posibilitatea realizării de economii prin [ ]:

o piesă reparată printr-o metodă terologică, costă mai puțin decât o piesă de schimb nouă;

eliminarea stocului de piese de schimb prin implementarea unei activități terologice permite economisirea fondurilor destinate pieselor de schimb;

reducerea cheltuielilor de administrare a stocurilor pentru piese de schimb;

eliminarea opririlor de producție;

durata de serviciu prelungită a pieselor de schimb recondiționate comparativ cu durata pieselor noi.

Sintetizând cele de mai sus, mentenanța poate fi: corectivă, preventivă, predictivă sau paliativă.

1.3.3 Structura sistemului de mentenanță

Mentența este definită ca orice acțiune care conduce la menținerea în stare de funcționare a unui echipament, cu fiabilitate și siguranță maximă.

Dublarea duratei de utilizare a mașinilor, nu reduce consumurile specifice pe producător, dar micșorează la jumătate atât cantitatea de resurse consumată, cât și deșeurile generate, ceea ce constituie o creștere clară a eficienței consumului de metal [ ],[ ].

Durata vieții mașinilor, poate fi prelungită prin refabricare, reparare, reciclare și reutilizarea componentelor lor, acțiuni cunoscute sub denumirea de „4R” [ ],[ ],[ ].

Terologia, este știința recondiționării pieselor de schimb, ea reprezintă ramura multidisciplinară a „terotehnologiei”, în sfera cărora se reciclează organele de mașini supuse procesului de uzare, prin procedee specifice și cu materiale de aport omologate [ ].

Refabricarea și repararea prilejuiesc și modernizarea mașinilor, prin înglobarea în structurile acestora a unor subansambluri sau componente ce funcționează pe principii noi și au la bază realizări recente ale științei și tehnicii, astfel încât să poată compensa eventuala uzare morală cauzată de prelungirea duratei de viață utilă. Pentru a fi refabricate, reaparate și reutilizate, mașinile trebuie concepute și proiectate astfel încât să înglobeze în ele aptitudini compatibile cu cei „4R”.

Realizarea celor „4R” poate fi facilitată și de regândirea subansamblurilor prin care sunt realizate funcțiile mașinilor. În această direcție un loc important îl poate ocupa proiectarea modulară, cu accesibilitate simplă la subansambluri și posibilități de schimbare ușoară a acestora. De aici rezultă că firmele producătoare vor trebui să fabrice mașini care să aibă durată lungă de utilizare, să fie ușor de reparat și modernizat, demontat, reutilizat sau reciclat [ ],[ ].

Extinderea celor „4R” la nivelul întregii economii, un management mai bun decât cel existent, dezvoltarea cercetărilor în domeniu și stimularea economiei durabile, ar putea conduce la reducerea costului manoperei și la înlocuirea producției bazată pe consum de materiale.

Prelungirea ciclului de viață al produselor prin acțiuni din gama „4R” este o problemă ce se integrează în concepția dezvoltării durabile, care asigură evitarea poluării mediului și reducerea consumului de materiale.

Sintetizând cele de mai sus, metenața poate fi: corectivă; preventivă; predictivă și paliativă (fig. 1.8) [ ],[ ].

Fig. 1.8 Structura sitemului de mentenanță

Mentenanța corectivă, se aplică după apariția unei defectări în scopul corectării defecțiunii care a apărut. Acest tip de mentență se aplică reperelor ce asigură fiabilitatea și siguranța funcționării, dar care s-au defectat [ ].

Scopul este de a reface echipamentul pentru o funcționare corectă și sigură în timp real.

Mentenanța preventivă, se aplică când echipamentul funcționează la anumite intervale de timp în scopul reducerii probabilității de defectare sau a degradării performațelor unui echipament [ ].

Mentenanța preventivă include următoarele acțiuni [ ]:

întreținerea periodică (completarea la nivel a uleiului, schimbarea uleiului, controale de rutină etc.);

revizia (inspecția, înlocuirea sau repararea unităților defecte);

înlocuirea componentelor ( înainte ca acestea să intre în faza de uzură finală);

repararea majoră (înlocuirea reperelor uzate).

Scopul mentenței preventive este acela de a crește fiabilitatea sistemelor și de a reduce numărul de defecțiuni. Principalele avantaje ale mentenanței preventive sunt [ ]:

– prevede apariția unei defectări;

– elimină opririle accidentale;

– elimină accidentele grave;

– diminuiază consumurile energetice;

– reduce timpul de nefuncționare;

– reduce bugetul pentru mentenanță;

– asigură creșterea duratei de utilizare a echipamentelor;

– permite condiții optime de muncă ale operatorilor umani.

Mentenanța preventivă, ea se execută la anumite termene programate, în funcție de numărul orelor de funcționare, numărul de kilometri parcurși, „t”, „km” transportați, cantitatea de combustibil consumat etc. [ ],[ ].

Fiabilitatea unui echipament poate fi mărită printr-o mentenanță perentivă, reperele echipamentului care ies din ciclul de viață datorită uzurii sunt înlocuite cu elementele noi. în acest mod se reduce rata defecțiunilor, crescând productivitatea echipamentului și scăzând costul viitor de producție.

Mentenanța predictivă, constă în aplicarea unor senzori și analize ale datelor tehnice în scopul stabilirii mentenanței, când performanțele pieselor încep să se reducă și apare posibilitatea defectării lor [ ].

Scopul mentenanței predictive este [ ]:

stabilește momentul optim pentru efectuarea mentenanței;

previne căderile accidentale, eliminând mentenanța neprogramată;

reduce costurile cu mentenanța;

imbunătățește calitatea mentenanței și chiar a produselor.

Mijloacele mentenanței predictive sunt [ ]:

înregistrarea vibrațiilor;

apariția unor presiuni sau sarcini anormale;

apariția unor uzuri aproape de limită;

analiza coroziunilor, eroziunilor etc.

Parametrii funcționali al echipamentelor, trebuie în mod continuu măsurați, evaluați și interpretați, pe baza lor putând fi anticipată starea tehnică micro – funcțională a echipamentelor.

Mentenanța paliativă, ea se aplică echipamentelor amortizate, cu durată de utilizare depășită, care sunt menținute încă în procesul de producție (în funcționare), fie datorită bunei funcționări, fie din cauza imposibilității temporare de a achiziționa un nou echipament [ ]. Acest sistem de mentenanță ameliorează starea tehnică a echipamentelor, fără a elimina cauzele aducându-se o rezolvare temporară.

Rolul sistemului de mentenanță este de a reduce duratele de întrerupere a funcționării mașinilor și poate fi rezolvată în două variante: corectiv și preventiv [ ]. Mentenanța corectivă cuprinde activitățile de remediere a defecțiunilor și de înlocuire a pieselor uzate, precum și activitățile de revizie și reparație. Mentenanța preventivă cuprinde activitățile destinate reducerii uzurilor, menținerii produsului în stare bună de funcționare, evitându-se opririle accidentale. S-a demonstrat [ ],[ ],[ ] că soluția optimă a mentenanței, este cea a unui sistem care cuprinde ambele tipuri de mentenanță.

Modernizarea sitemelor de mentenanță necesită informatizarea și aplicarea unor metode eficiente de conducere, urmărire și optimizare.

În proiectarea unui program adecvat de mentenanță este necesar proiectarea unui sistem informațional eficient, care să ofere informații privind eficiența sistemului de mentenanță, durata de viață a utilajelor și să stabilească reperele aflate în stare critică și care necesită a fi cuprinse în programele de mentenanță.

Informatizarea mentenanței asigură aplicarea unui sitem flexibil și eficient, cât și feed-back-ul cu producătorul echipamentului atât de necesar în vederea creșterii fiabilității și disponibilității acestora.

Elementele structurale care depind de sistemul de mentenanță sunt: întreținerile tehnice; revizile tehnice; reparațiile și stocarea mașinilor.

Atunci când este inițiată o acțiune de mentenanță, mentenabilitatea este probabilitatea ca sistemul să fie restabilit și să funcționeze la parametrii proectați, într-un timp specificat de așteptare [ ],[ ].

Mentenabilitatea este o caracteristică a proiectării, a punerii în funcțiune, a exploatării și menținerii în stare de funcționare și de restabilire a stării tehnice în caz de defectare.

1.4 Dezvoltarea durabilă

Conceptul de dezvoltare durabilă s-a dezvoltat ca urmare a evoluțiilor procesului de globalizare, în care încercarea de a asigura un echilibru între dezvoltarea economică, rezolvarea problemelor sociale și înglobarea în cadrul acestora a problemelor mediului.

Dezvoltarea durabilă, este un model de dezvoltare în care se prefigurează satisfacerea nevoilor generațiilor prezente, fără a prejudicia posibilitățile generațiilor viitoare de a-și satisface propriile cerințe [ ],[ ].

În românia prima strategie pentru dezvoltarea durabilă s-a elaborat în perioada 1997-1999, fiid urmată, după procesul de aderare și însumare a documentelor Uniunii Europene, de Strategia Națională pentru Dezvoltare Durabilă (S.N.D.D.), aprobată în 2007 și însoțită de alte documente.

Este necesar să înțelegem că „dezvoltarea durabilă” trebuie să se implice în găsirea de soluții aptime privind dimensiune economică în toate domeniile, pentru redescoperirea și aplicarea tehnologiilor nepoluante pentru protejarea mediului.

Un rol important în realizarea conceptului de dezvoltare durabilă îl au agenții economici, care trebuie să asigure:

redimensionarea creșterii economice;

conservarea, descoperirea și diversificarea resurselor naturale;

reorientarea tehnologiilor spre acele tehnologii mai puțin poluante care generează mai puține deșeuri, care au consumuri materiale și energetice cât mai reduse, care au un impact mult mai scăzut asupra mediului și care prezintă riscuri ecologice minore.

Orientarea proiectării mașinilor pe direcția dezvoltării durabile este o cerință pe cât de actuală pe atât de necesară.

Problema grea pe care o ridică implementarea acestui deziderat al zilelor noastre o constituie faptul că trebuie realizat pe bazele economice deja existente, cu resurse umane numai parțial pregătite în acestă direcție și cu țări având stadii de creștere diverse, începând de la cele în curs de dezvoltare până la cele puternic industrializate.

Transpunerea în practică a principiilor dezvoltării durabile, trebuie abordate pornind de la structura produsului, procesarea acestuia, utilizarea și relațiile lui cu mediul.

Procesarea produsului urmează să fie abordată prin prisma tehnologiilor folosite. Tehnologiile utilizate trebuie să fie mai curate, comparativ cu cele existente, mai puțin consumatoare de energie și materiale și mai puțin agresive față de mediul natural.

1.5 Proiectarea ecologică în construcția de mașini

Impactul cu mediul batural al oricărui produs este permanent și anume, în faza de procesare, în cea de consum și post – consum. Această stare trebuie avută în vedere la conceperea și proiectarea produsului pentru ca el să-și manifeste existența cu efecte cât mai puțin dăunătoare asupra mediului natural.

Candițiile de abordare a proiectării ecologice, pot fi fundamentale pornind de la definirea produsului. Structura unui produs [ ],[ ] este formată din informație (I), implementată în materie (M), cu consum de energie (E). Produsul (P) are următoarea structură:

P=I+M+E. ( 1.1)

Stocul limitat al componentelor M și E, așa cum sunt cunoscute și folosite în prezent, face necesară reconsiderarea criterilor și practicii de proiectare.

Pentru a întruni calități compatibile cu „proiectare ecologică”, un proiect trebuie să satisfacă condiții restrictive privind materialul înglobat astfel [ ]:

materialele incluse în structura produsului să fie reintegrabile sau reutilizabile;

cantitatea de material inclus în produs să fie minime;

materialele provenite din resursele de volum redus să fie înlocuite cu altele provenite din surse suficient de mari;

includerea în proiectul produsului a unor componente recondiționate;

eliminarea din structura produsului a materialelor poluante;

folosirea unor materiale rezistente pe o durată mare de timp;

eliminarea din structura produsului a materialelor radiante;

cantitatea de energie consumată în procesul de producere a produsului să fie minimă;

valorificarea utilităților produselor proiectate să necesite consum minim de energie;

exploatare produselor proiectate să fie realizată fără producerea unor factori paluanți.

Prelungirea ciclului de viață al produsului este o problemă de actualitate a societății. Acțiunile subordonate acestui scop se regăsesc sub forme specifice, în toate stadiile de viață ale produsului.

Prelungirea ciclului de viață al produselor prin acțiuni di gama „4R” este o problemă ce se integrează în concepția „dezvoltarii durabile”.

1.6 Aspecte generale privind recondiționarea pieselor de tip arbore

Prelungirea ciclului de viață al produselor prin acțiuni din gama „4R”, asigură:

evitarea poluării determinate de abandonarea produsului;

reducerea catităților de materiale „sustrase” din natură, prevenindu-se epuizarea lor.

Un loc aparte ocupă problemele de ordin tehnic pe care le ridică optimizarea utilizării prin prelungirea cilului de viață al produsului, va fi nevoie de tehnologii adecvate de reparare, recondiționare și modernizare. De asemenea, se impune o nouă gândire constructiv – tehnologică, orientată spre utilizarea, bazată pe concepția modulară a produselor care să favorizeze recondiționarea și modernizarea mai rapidă a produselor.

Se înțelege prin noțiunea de recondiționare intervenția supra unui organ de mașină prejudiciat prin uzare, pentru a-l aduce la geometria funcțională prin aplicarea unui material de aport cu garantarea duratei de serviciu si conservarea structurii materialului de bază în condiții de eficacitate economică maximă.

Noțiunea re recondiționare se referă întotdeauna la un reper, în timp ce noțiunea de reparație se referă la subansamblu, ansamblu, echipament etc. [ ],[ ],[ ].

Tehnologiile de recondiționare prin încărcare a piselor în vederea compensării uzurii, cât și operațiile de prelucrare prin ridicare de așchii, electr-eroziune et., poartă denumirea de procedee terologice [ ],[ ].

Procedeeele de recondiționare pentru compensarea uzurii, se consideră [ ],[ ]: încărcarea prin sudură, depuneri de aliaje micropulverizante la rece sau la cald, metalizare, galvanizare, deformare plastică, lipire etc.

Metodele de reconditionare se consideră [ ],[ ],[ ]: refacerea dimensiunilor inițiale; prelucrarea la trepte de reparații, aplicarea compensatorilor de uzură și reconstituirea prin înlocuirea unei părți din piesă.

Recondiționarea la dimensiunile inițiale. Metoda asigură, prin depuneri de metal (material de aport) sau alte materiale, compensarea uzurilor și prelucrarea mecanică la dimensiunile și precizia inițială.

Depunerile de metal pot fi:

prin procedee de sudare (electrică, oxiacetilenica etc.);

depunere de aliaje micropulverizate (electric sau cu flacără);

prin depuneri cu ajutorul plasmei;

depuneri galvanice;

sinterizare etc.

Prelucrare după depunere se asigură prin așchiere sau alte metode, cu realizarea preciziei și calității suprafețelor prevăzute inițial la piesa nouă.

Recondiționarea pieselor la trepte de reparații. Prelucrarea la treapta sau dimensiunea următoare de reparație se realizează prin păstrarea toleranței și rugozității piesei noi.

Treptele de reparație pot fi standardizate, în funcție de piesa conjugată, aplicarea acestei metode este oportună la reparațiile de serie mică sau de unicat.

Recondiționarea pieselor prin bucșare, emanșare, placare. Bucșele, mansoanele sau plăcile compensatoare de uzură se mai numesc compensatori de uzură sau piese intermediare. Ficsarea bucșelor se realizează prin strângere, cu șuruburi sau cordoane frontale de sudură.

Grosimea bucșelor trebuie să fie de minim 2…2,5 mm, pentru a rezista fenomenului de strivire care are loc prin presare.

Recondiționarea la dimensiunile majorate sau micșorate. Dimensiunile majorate pentru arbori și micșorate pentru alezaje, se realizează fie prin depunere de metal sau prin compensatori, urmată de prelucrare la o dimensiune majoră sau micșorată, fie corelată cu dimensiunea prelucrată la curat a piesei conjugate.

Deși diferiți ca formă constructivă, material și destianție, arborii motoarelor au multe elemente comune din punct de vedere al tehnologiei de recondiționare.

În construcția motoarelor se întâlnesc arbori drepți și în trepte, plini și tubulari, netezi și cu caneluri, cu datură sau o combinație a acestora. După forma geometrică a axei acestora pot fi drepți sau cotiți.

Procedeele terologice de recondiționare a arborilor (fig. 1.9), cuprind procedee de pregătire a suprafețelor, procedee de depunere, de încărcare și procedee de prelucrare la cotele de precizie inițială.

Fig. 1.9 Procedee terologice de depunere [ ]

Toate procedeele de depunere (fig. 1.9) însă, luate ca forme diferite de sudare, se bazează pe principiul lipirii. Ele se deosebesc de sudarea convențională prin aportul redus de cărdură în scopul de a proteja arborele de modificările structurale ale materialului de bază, de modificări macrogeometrice și de tensiuni interne.

Defecțiunile caracteristice arborelui motor (arbore cotit) sunt: depuneri de impurități în canalele de ungere, fisuri sau crăpături, încovoierea, torsionarea, uzura fusurilor paliere și a fusurilor manetoane, deteriorarea filetelor, uzura locașurilor de pană și a găurilor din flanșă. Materialul arborelui motor este un oțel de îmbunătățire.

Procedee de recondiționare a arborilor cotiți de la motoarele termice sunt:

acoperiri la rece (temperatură cca 200°C) cu sârme din oțeluri uzuale, speciale sau materiale neferoase pe un start de aderență;

acoperiri la cald (temeratură 900-1100°C) cu pulberi aliate și sinterizare simultană sau intermitentă;

sudură cu electrozi speciali.

Avantajele metalizării:

se pot acoperi suprafețe oricât de mari;

rezistența la uzură a stratului depus este mare;

stratul depus este poros și tenace;

nu produce deformarea pieselor;

permite formarea de pseudoaliaje etc.

Straturile metalizate au o comportare bună la uzură, iar pelicula de lubrifiant are o stabilitate mare.

1.7 Concluzii

Dintre principalii indici de exploatare, care caracterizează starea tehnică a unei mașini, se remarcă: forța și puterea te tracțiune dezvoltată, consumul de combustibil și ulei, productivitate mașinii, calitatea lucrărilor efectuate etc. După un anumit număr de ore de funcționare, motorele nu mai au aceeași indici de exploatare, starea lor tehnică înrăutățindu-se datorită unor cauze multiple. Apare astfel necesitatea efectuării unor intervenții de mentenanță prin care mașina să fie repusă în stare de funcționare pe o perioadă de timp determinată.

Modernizarea procedeelor de recondiționare, aplicarea terologiilor, a operațiilor terologice, asigură prelungirea duratei de viață a piselor de mașini, reducerea fondurilor investite în stocurile cu piese de schimb, diminuarea opririlor neprogramate sau accidentale, utilizarea mai bună a fondului de timp și de investiții și economii pe seama deselor uzări.

Prin căile menționate, mentenanța asigură economii ce pot ajuta o recirculare a investițiilor între 200 și 900% sau chiar mai mult.

Modernizarea sistemelor de mentenanță necesită informatozarea și aplicarea unor metode eficiente de conducere, urmărirea și optimizarea . Țările vest-europene aplică, încă din anii 1980 unele produse software pentru mentenanță.

Creșterea gradului de poluare a mediului poate fi stopată printr-o politică în concordanță cu conceptul „dezvoltării durabile”. În acest sens, tehnologiile viitoare trebuie să urmărească reducerea consumurilor de materii prime și energie, să evite pierderile tehnologice, să economisească energia și resursele minerale, să reducă la maxim emisile poluante și deșeurile, să elimine orice utilizare irațională a tuturor resurselor.

Prelungirea ciclului de viață al produsului este o problemă de actualitate a societății. Acțiunile subordonate acesti scop se regăsesc în cei „4R”, și anume : refolosire, reparația, recondiționarea și reciclarea.

Proiectarea ecologică urmează să preia și să utilizeze informațiile legate de crearea produselor conform economiei de piață, dar completate cu restricții impuse de menținerea condițiilor de mediu în limitele admise.

CAPITOLUL 2

OBIECTIVELE CERCETĂRII

Doctorandul cu titlul tezei : STUDII ȘI CERCETĂRI PRIVIND CREȘTEREA DURABILITĂȚII PIESELOR DE TIP ARBORE PRIN RECONDIȚIONARE, își propune efectuarea de cercetări teoretice și experimentale privind recondiționarea arborilor de la automobile. Calitatea este o funcție de primă importanță existentă societății comerciale și depinde de venitul obținut din vânzarea produselor, iar posibilitatea de a vinde se bazează pe însușirea acestora de a fi corespunzătoare pentru utilizare. Studiile actuale certifică necesitatea cercetărilor în domeniu, pentru identificarea parametrilor tehnologici la recondiționarea arborilor uzați.

Obiectivele propuse sunt:

Din punct de vedere al cercetărilor teoretice:

– un studiu bibliografic privind stadiul actual al recondiționării pieselor de tip arbone;

– un studiu privind parametrii tehnologiei de recondițonare a arborilor;

– condițile impuse la pregătirea suprafeței arborilor ce urmează a fi recondiționați;

– parametri care definesc precizia dimensională și de formă a zonelor recondiționate a arborilor;

– studiul privind natura și formele uzurii arborilor de la automobile;

– concepte și sisteme privind mentenanța;

– studiul fenomenelor care apar la interfață strat depus – substrat – material de bază;

– studiul privind depunerea de multistraturi;

– studiul privind limita admisibilă a uzurilor de la arborii automobilelor;

– soluții noi de recondiționare;

– metodă de analiză și caracterizare a straturilor depuse.

Din punct de vedere a cercetărilor experimentale:

– echipamente de recondiționare;

– stabilirea paramentrilor tehnologici la recondiționarea arborilor;

– determinarea defectelor în straturile depuse;

– structura straturilor depuse;

– depunerea de multistraturi;

– stabilirea materialului pentru depunere;

– studiul aderenței straturilor depuse;

– determinarea densității straturilor depuse;

– determinarea compoziției chimice a stratului și substraului;

– cercetări și realizări privind controlul arborilor uzați și recondiționați .

Problemele ce vor fi abordate în rapoartele de cercetare și în teza de doctorat vor cuprinde mai multe aspecte

tehnologice – rezolvă probleme legate de parametri tehnologici de recondiționare a arborilor;

economice – se referă la diferența între costurile de fabricație și costurile de recondiționare a arborilor;

ecologice – se referă la economie de resurse energetice și materiale, prin eliminarea fazelor metalurgice de obținere a semifabricatelor.

Costul mare al manoperei face ca în prezent prin aplicarea celor patru „4R” la nivelul întregii economii, un management performant, dezvoltarea cercetărilor în domeniu și stimularea economiei durabile, ar putea conduce la reducerea costului manoperei și la înlocuirea producției bazată pe consum de materiale și energie. Cercetările actuale au relevat ca peste 90% din utilizatori de motoare dirijează exemplare care și-au încheiat ciclul de viață, către deșeurile metalice și nu către refabricare. Pe baza acestor premise de mai sus, obiectivul principal al tezei de doctorat, constă în realizarea unor cercetări a căror finalitate sa conducă recondiționarea pieselor de tip arbore ce echipează motoarele automobilelor.

Pe baza acestor obiective doctorandul își v-a stabilii metodologia de cercetare și logistica necesară.

Creșterea continuă a cerințelor tehnologice a alimentat preocuparea cercetărilor din industrie și din centrele universitare care au materializat diverse idei și soluții în domeniul „terologiei”.

Cercetarea experimentală se prezintă ca o soluție pentru obiectivele rezultate din analiza stadiului actual.

CAPITOLUL 3

TEHNOLOGII DE RECONDIȚIONARE A PIESELOR DE TIP ARBORE

3.1 Aspecte generale

Modernizarea procedeelor de recondiționare, aplicarea terotehnologiilor, a operațiilor tehnologice, asigură prelungirea duratei de viață a pieselor de mașini, de tip arbore, reducerea fondurilor investite în stocul cu piese de schimb, reducerea proporțională a cheltuielilor cu stocurile, diminuarea opririlor neprogramate sau accidentale și datorită deselor uzări.

Terotehnologia s-a dezvoltata în ultimi ani ca o știință de graniță ce se ocupă cu cercetarea aplicării variantelor de soluții pentru organizarea și realizarea întreținerii și reviziilor tehnice pe principii economice, a efectuarii reparaților în timp scurt și de calitate, cât și a aplicării celor mai eficiente soluții de recondiționare a pieselor uzate, în vederea folosirii acestora și a materialelor refolosibile, conform recomandărilor terotehnice prin proiectele realizate și procedurile fiscale [ ],[ ].

Obiectivul major al terotehnologiei îl constituie aplicarea tehnologiilor de vârf în domeniul întreținerii, reparațiilor și recondiționărilor, dar și în domeniul tehnologiilor de fabricare cu scopul de optimizare a lucrărilor de mentenanță, de îmbunătățire a tehnologicității și recondiționabilității produselor.

Acțiunile terotehnologiei prevede [ ]:

prelucrarea documentației tehnice și tehnologice de transpunere în practică a terotehnicii prin terotehnologie;

programarea lucrărilor de întreținere, revizii, reparații și recondiționări de piese;

asigurarea tehnico – materială și de dotare cu SDV-uri și AMC-uri a atelierelor de recondiționare;

asigurarea fiabilității pieselor recondiționate, în conformitate cu cerințele terotehnice impuse;

asigurarea mentenabilității prin organizarea mentenaței la utilajele speciale etc.

În conformitate cu Revista Castolin-Eutectic [ ],[ ] „Termenul de terologie este definit ca fiind ansamblul de mijloace, tehnici, tehnologii, instalații etc., puse la dispoziția specialiștilor din toate industriile în vederea intervențiilor de întreținere și reparare prin tehnologii de vârf (metalizări, depuneri de materiale ceramice etc.)”

Procedeele terologice se referă la (fig 1.9) [ ]:

sudare de recondiționare (pe principiul lipirii);

lipirea;

depuneri de aliaje (micropulverizate prin pulverizare);

metalizare cu sârmă.

Procedeele terologice de recondiționare cuprind procedee de pregătire a suprafețelor, procedee de depunere, de încărcare și procedee de prelucrare la cotele de precizie inițială. Toate procedeele de depunere însă, luate ca forme diferite de sudare, se bazează pe principiul lipirii (aport redus de căldură). Sudarea de recondiționare asigură topirea numai a metalului de aport.

Procesele tehnologice de reparație a echipamentelor, se elaborează în următoarele cazuri [ ]:

cu ozazia recondiționării unor piese, pentru care sunt elaborate procese tehnologice tip;

atunci când pentru îmbunătățirea condițiilor de funcționare se face modificarea constructivă a unor ansambluri sau piese la echipamente aflate în exploatare;

atunci când se pune în aplicare o propunere de inovație sau raționalizarea privind natura materialului, forma constructivă sau modificarea însăși a tenologiei de recondiționare;

în cazul când se schimbă natura materialului de aport.

Tehnologiile noi de recondiționare sau tratare preventivă. În scopul menținerii mai îndelungate în serviciu a pieselor de schimb, permit prelungirea utilizării organelor de mașini supuse la uzare, într-o proporție ridicată față de piesa clasică și la un cost minim.

3.2 Reconsiderarea ciclului de viață al mașinilor

Reducerea consumului de material pentru construcția echipamentelor tehnice, poate fi realizată în diferite moduri, și anume [ ]:

nivelul cunoașterii și accesul la informație;

capacitatea creativ – inovativă a proiectanților;

posibilitățile tehnice de execuție a produsului;

recondiționarea pieselor uzate.

Din programele producătorilor de mașini și a institutelor de cercetare cu acest profil, se conturează următoarele tendințe [ ],[ ]:

conceperea de mașini cu ciclul de viață mărit;

refabricarea și reciclarea mașinilor;

modernizarea mașinilor.

Conceptul de „curba de viață a produsului” este folosit cu multe sensuri, abordările uzuale fiind prezentate în cele ce urmează.

Pentru specialiștii în marketing, analiza ciclului de viață al produsului, se face pe curba reprezentând evoluția previzionată a vânzărilor produsului în raport cu timpul, varianta clasică a ciclului de viață al produsului, cuprinde etapele prin care trece produsul din momentul lansării pe piață până la dispariția sa, și anume (fig. 3.1): [ ], [ ].

introducerea;

creșterea;

maturitatea;

declinul.

Fig. 3.1. Etapele ciclului de viață ale produsului: a – întroducere; b – creștere; c – maturitate; d – declin.

O altă interpretare a conceptului de viață ale produsului este redată în figura 3.2, în care apar următoarele trei stadii de existență ale produsului, și anume: concepția, fabricarea și exploatare [ ],[ ]. Asociată problemelor, schema (fig. 3.2) reprezintă așa numitul „triunghi al calității”.

Abordarea complexă a problemelor calității, sintetizată în expresia „calitate totală”, a dus la o nouă interpretare ale vieții produsului. Conceptul se folosește cu un sens mai larg, considerându-se ca ciclul de viață ale produsului cuprinde următoarele cinci etape [ ],[ ]:

inovarea ( concepția și dezvoltarea produsului);

distribuția (marketing, ambalare, transport etc.);

exploatarea (perioada de utilizare);

perioada ce urmează scoaterii din funcțiune (reciclarea, eliminarea deșeurilor, valorificarea deșeurilor etc.).

Fig. 3.2 Tringhiul calității produsului

Elementul de noutate față de abordarea clasică este extinderea vieții produsului dincolo de momentul scoaterii lui din funcțiune.

Prelungirea ciclului de viață al produsului este o problemă de actualitate. Acțiunile subordonate acestui scop sunt acțiuni de genul, cei „4R” ai prelungirii ciclului de viață al produsului după scoaterea lui din funcțiune. Creșterea ciclului de viață al produselor prin acțiuni din gama „4R” (refolosirea, reparația, recondiționare și reciclarea) este o problemă ce se integrează în concepția „dezvoltării durabile”.

În acest caz , un loc aparte îl ocupă problemele de ordin tehnic, va fi nevoie de tehnologii adecvate de reparare, de recondiționare și modernizare.

Introducerea acțiunilor din gama „4R” implică mai multă eficiență în privința folosirii materialelor și energiei și generează mai puține deșeuri. Pentru refabricarea și repararea sunt necesare mai multe locuri de muncă decât pentru serviciile de transport și de depozitare a deșeurilor.

Costul mare al manoperei face ca în prezent refabricarea și repararea să fie scumpe. Totuși, extinderea celor „4R” la nivelul întregii economii, un management mai bun decât cel existent, dezvoltarea cercetărilor în domeniu și stimularea economiei durabile, ar duce la reducerea costului manoperei și la înlocuirea producției bazată pe consum de materiale și energie.

În afară de avantajele oferite prin eliminarea consumului de materiale noi și de eliminarea efectelor poluante, reutilizarea are și avantajul de a asigura scurtarea ciclului de fabricație și de reducerea consumului de energie, scule, efort uman etc.

3.3 Recondiționarea arborilor prin modificarea dimensiunilor inițiale

Procedeele ce pot fi aplicate pentru recondiționarea arborilor se pot grupa în funcție de tipurile uzurilor. Prin această metodă se restabilește forma geometrică și calitatea suprafeței la o piesă din ansamblul fus/alezaj, prin prelucrarea la o dimensiune (treaptă) următoare de reparații și îmbinarea acesteia, cu o piesă conjugată de dimensiuni corespunzătoare, fie piesă nouă, fie o piesă recondiționată, la o dimensiune micșorată, respectiv mărită, prin păstrarea toleranței și rugozității piesei noi.

Prelucrarea la dimensiunea (treapta) următoare de reparații, îndepărtează stratul superficial uzat neuniform, micșorând diametrul exterior, respectiv mărind alezajul față de dimensiunea inițială, astfel se obține:

(3.1)

Dimensiunile (treptele) de reparație pot fi dimensiuni standardizate, dimensiuni stabilite pe bază de norme interne sau dimensiuni libere. Dimensiunile de reparație standardizate sau stabilite prin norme interne necesită îndepărtarea nu numai a stratului defect, ci și alte straturi de material, până se ajunge la dimensiunea stabilită.

Avantajele acestei metode constă în posibilitatea aplicării interschimbabilității totale la montaj, iar piesele fiind dinainte uzate, în acest fel se micșorează timpul de imobilizare în reparații a echipamentului.

Dimensiunile libere de reparații, necesită prelucrarea piesei până se obține forma geometrică dorită și calitatea impusă suprafeței piesei. Piesa conjugată se ajustează după dimensiunea piesei recondiționate. Aplicarea acestei metode se recomandă la reparațiile de serie mică sau de unicat. Marimea dimensiunilor de reparație se stabilește în funcție de uzura arborelui (fusului) respectiv și de adaosul de prelucrare. Adaosul depinde de tipul prelucrării, utilaj, material și dimensiunile fusului arborelui, rugozitatea suprafeței, rigiditatea, precizia prelucrării etc.

Calculul dimensiunilor (treptelor) de reparații la fusuri. În general, uzura fusurilor este neuniformă (fig. 3.3).

Fig. 3.3 Reprezentarea schematică a unui fus: – diametrul nominal (inițial); – diametrul uzat; – diametrul primei trepte de reparație [ ].

Primul diametru de reparație , se va calcula cu relația (fig. 3.3):

= -2( + a), (3.2)

în care : este diametrul nominal inițial al fusului;

– uzura radială maximă a fusului (fig. 3.3);

– uzura radială minimă a fusului (fig. 3.3);

a – adaosul de prelucrare minim.

În condișiile practice se măsoară mai ușor uzura totală „u” decât uzura maximă „”, sau minimă „”, prin diferența dintre diametrul fusului nominal „” și al celui uzat „”, se obține:

= + = – . (3.3)

Raportul / exprimă neuniformitatea uzurii „”, conform relației [ ]:

, (3.4)

sau

. (3.5)

În cazul unei uzuri uniforme, se obține:

= – și =0,5 (3.6)

Dacă uzura este unilaterală, se obține:

= 0 și = 1,0. (3.7)

Dimensiunea de reparație a fusului va fi:

, (3.8)

sau

. (3.9)

Notând cu „” termenul , care poartă denumirea de interval de reparație, se obține numărul de reparații posibil „” și se calculează cu relația:

, (3.10)

în care este diametrul minim admisibilal fusului.

Ținând seama de relațiile (3.8), (3.9) și (3.10) se obține șirul dimensiunilor de reparație ale fusurilor de forma [ ]:

(3.11)

Toleranțele dimensiunilor de reparații rămân aceleași ca și pentru dimensiunile nominale inițiale.

Dimensiunile de reparații ale alezajelor, se calculează în mod similar cu ale fusurilor (fig. 3.4):

(3.12)

astfel că : .

Fig. 3.4 Reprezentarea schematică a unui alezaj: – diametrul nominal; – diametrul uzat [ ]

Prin măsurare se determină uzura totală:

, (3.13)

sau

. (3.14)

Gradul de neuniformitate al uzurii:

. (3.15)

Din relația (3.15), rezultă:

. (3.16)

Numărul de reparații posibil „” se calculează cu relația:

, (3.17)

unde: poartă denumirea de interval de reparație

Intervalul de reparație „” se calculează cu relația [ ]:

. (3.18)

Din relațiile (3.12),(3.16) și (3.18), rezultă:

(3.19)

sau

. (3.20)

Șirul dimensiunilor de reparație ale alezajelor va fi :

(3.21)

Și în cazul alezajelor, toleranțele dimensiunilor de reparații, rămân aceleași ca și pentru dimensiunile nominale inițiale.

3.4 Recondiționarea prin refacerea dimensiunilor inițiale a arborilor

Refacerea dimensiunilor inițiale a arborilor prin recondiționare, se poate face în funcție de tipul arborelor și metaterialul acesteia, prin mai multe procedee [ ],[ ] : metalizarea, încărcarea prin sudură, acoperiri electrolitice, lipire, cu piese suplimentare, prin metode speciale etc.

Această metodă asigură, prin depuneri de metal sau alte materiale, compensarea uzurilor, urmată de prelucrarea mecanică la dimensiunile și precizia inițială a arborelui și alezajului.

Calitatea suprafeței obținute după recondiționare, trebuie considerată atât din punct de vedere geometric, cât și din punct de vedere fizic.

Din punct de vedere geometric, calitatea suprafeței este determinată de abaterile suprafeței reale în raport cu cea ideală, indicată pe desenul piesei. Aceste abateri pot fi macroneregularită și (abateri de formă și de poziție, ondulații) sau microneregularități (rugozitate).

Din punct de vedere fizic, calitatea suprafeței este determinată de proprietățile fizico-mecanice ale stratului superficial. Stratul superficial este diferit de cel al metalului de bază, este deformat plastic, deteriorat, degradat, ecruisat etc., ca la orice prelucrare, cu sa fără ridicare de așchii.

Calitatea suprafețelor, atât sub aspectul fizic, cât și geometric, care influențează asupra caracteristicilor de exploatare a arborelui și alezajului recondiționat. Atât rugozitatea cât și proprietățile fizico mecanice ale stratului superficial influențează asupra rezistenței la uzură a pieselor, asupra rezistenței la oboseală etc.

Uzura a doua suprafețe în mișcare relativă, depinde de o serie de factori, printre care rugozitatea, duritatea stratului superficial etc. În cazul unei rugozități mari, uzura primară (uzura de rodaj) este mai accelerată și se desfășoară într-un timp mai îndelungat.

O rugozitate prea mică scumpește inutil prelucrarea și micșorează productivitatea muncii. O rugozitate prea mare lungește perioada de rodaj, mărește uzura inițială, mărește rapid jocurile sau deteriorează strângerea datorită arilor de contact prea mari, produce gripare, smulgeri de material și distrugerea suprafețelor în contact.

Neregularitățile, adânciturile, zgârieturile care se găsesc pe suprafața piesei, fac ca acesta să fie sensibilă la solicitări de oboseală. Majoritatea pieselor sunt supuse la solicitări alternative care adâncesc treptat microfisurile, până se ajunge la rupturi.

Suprafețele pieselor (arbori și alezaj) sunt supuse acțiunii diferiților agenți corozivi formați din gaze, lichide, vapori. Substanțele corozive se concentrează în adânciturile neregularităților, unde acționează înspre interiorul materialului. Ca urmare a coroziunii, proeminențele inițiale se desprind de masa metalului de bază, după care se formează alte neregularități și coroziunea se transmite în continuare în noile adâncituri.

Rugozitatea necorespunzătoare face ca, coroziunea să aibă loc chiar și sub stratul acoperitor de protecție. În cazul suprafețelor în frecare, coroziunea întensifică uzura.

Practica a demoonstrat că asupra mărimii microneregularităților , în sensul marimii lor, influențează următorii factori [ ], []:

deformațiile plastice ale materialului prelucrat;

frecare dintre sculă și stratul superficial al piesei;

vibrațiile între piesă și sculă;

procesele termice care au loc la așchiere etc.

Adaosul de prelucrare „a” din relația (3.2), este stratul de metal, măsurat normal pe suprafața piesei, care se îndepărtează în vederea obținerii dimensiunilor, formei și rugozității prescrise piesei recondiționate.

Mărimea adaosului de prelucrare depinde de următorii factori: materialul piesei, masa acesteia, felul și numărul operațiilor de prelucrare, sistemul de bazare, forma și dimensiunile depunerii de metal, grosimea stratului defect, precizia și rugozitatea necesară piesei etc. Stabilirea adaosului de prelucrare are un aspect tehnico economic.

Creșterea adaosului de prelucrare determină modificarea procesului tehnologic, influențează direct productivitatea și costul prelucrării. Micșorarea adaosului de prelucrare este neeconomică, cere depuneri de precizie. Pentru a determina corect adaosul de prelucrare, se stabilește în prealabil procesul tehnologic de recondiționare, pornind de la ultima operație, în sens invers desfățurării procesului tehnologic.

Mărimea toleranțelor de prelucrare are importanță tehnico economică. Toleranțele prea mici scumpesc prelucrarea, iar toleranțele prea mari măresc adaosul de prelucrare la operația următoare.

3.4.1 Recondiționarea prin metalizare

Metalizarea este un procedeu de încărcare (depunere) ce constă în proiectarea metalului topit prin pulverizare pe suprafața de acoperit, folosind un jet puternic de aer sau gaze.

Avantajele metalizării: se pot acoperii suprafețe mari, grosimea stratului depus este între 0,01-10mm (limita superioară nefiind indicată datorită neeconomicității), rezistența la uzură a stratului depus este mare, stratul depus este poros și tenace (dând posibilitatea îmbunătățirii ungerii), nu produce deformarea pieselor, dă posibilitatea depunerii de straturi de aluminiu, permite formarea de pseudoaliaje din plumb și aluminiu, are productivitate ridicată.

Dezavantaje: pierderi de metal de adaos, în conul de pulverizare, în straturile metalizate nu se pot tăia filete, executarea găurilor după metalizare cere o deosebită atenție, piesele metalizate nu se pot prelucra prin deformări plastice.

Procedeul de metalizare se pretează la recondiționarea organelor de mașini, la acoperirile de protecție împotriva coroziunii și la acoperiri în scopul măririi rezistenței la uzură.

Metalizarea termică a fost descoperită în anul 1912 de Schoop și Herkenrath [ ], [ ]. Primul procedeu descoperit a fost cel cu flacără. Procedeul de metalizare cu plasmă a fost descoperit in anul 1939 de Reinecke. În anul 1950 la uzinele Linde-SUA se descoperă procedeul de metalizare cu flacără prin explozie (detonare). Acest procedeu de metalizare, datorită caracteristicilor sale a concurat mult timp procedeul de metalizare cu plasmă. Anii 1950-1960 au fost ani de cercetări și încercări pentru producătorii de echipamente de metalizare cu plasmă de 80 kW (firmele Miller și Metco). În anul 1961 Ducati a propus ca metalizarea cu plasmă să se desfășoare la presiuni scăzute, într-o incintă cu atmosferă controlată [ ]. În anul 1970 Pratt și Whitney au realizat sistemul de metalizare Gator-Gard, care utilizează plasma atmosferică de mare viteză și mare energie. În anul 1974 Muehlberger reușește să realizeze prima instalație de metalizare cu plasmă de joasă presiune [ ],[ ].

La începutul anilor '80 se dezvoltă procedeul de metalizare cu flacără de mare viteză. Prima variantă și cea mai cunoscută a fost Jet-Kote. Această variantă a fost ulterior înbunătățită și a generat la rândul ei variante noi [ ].

Un pas important în domeniul metalizării cu plasmă îl reprezintă utilizarea plasmei cuplate inductiv (anii '82-'83). În anii 1985-88 este decoperită și apoi perfecționată metalizarea cu plasmă subacvatică [ ], [ ].

Una din deficiențele procedeului de metalizare cu plasmă este alimentarea radială cu pulbere. Au fost întreprinse o serie de cercetări în vederea alimentării axiale cu pulberi: Vardelle, Onoda, Arata și Kobayaschi pun la punct sistemul Gas Tunel Plasma Jet. Pentru a perfecționa echipamentele de metalizare cu alimentare axială D. Marantz a realizat un pistolet multiarc [ ], [ ].

Un alt pas foarte important înainte în domeniul metalizării cu plasmă la sinteza unor materiale compozite este alierea microparticulelor în jetul de plasmă, sinteza diamantului din componente gazoase, etc. [ ].

Datorită „concurenței" dintre metalizarea cu flacără și cea cu plasmă, evoluția lor a fost prezentată în paralel.

Metalizarea cu arc electric a evoluat de la varianta inițială cu două sârme la presiunea atmosferică la cea în vid cu două sârme și mai recent la cea cu o singură sârmă în vid [ ], [ ].

Procedeele mai moderne utilizează LASER-ul ca sursă de energie având ca materiale de adaos fie sârmă, fie pulberi. A fost dezvoltată ca procedeu și metalizarea din faza lichidă [ ].

Una din unitățile de bază ale industriei clujene cu specific de reparator – S.C. Remarul 16 Februarie S.A. – are o experiență îndelungată în recuperarea pieselor uzate folosind procedee moderne de recondiționare.

Fondată în anul 1870, S.C. REMARUL 16 FEBRUARIE S.A. din Cluj-Napoca, cu capital integral privat are ca principal obiect de activitate repararea și modernizarea materialului rulant de locomotive (Diesel-hidraulice, Diesel – electrice, locomotive cu abur, rame electrice, macarale etc.).

Firmele S.C. REMARUL 16 FEBRUARIE S.A. din Cluj-Napoca șo S.C. Unio S.A. din Satu Mare utilizează aparatură și materiale originale aparținînd firmelor Castolin-Eutectic din Elveția și Sulzer-Metco din Germania, lideri mondiali în domeniul sudurii, acoperirilor metalice li mineralo-ceramice.

Pulberile sau sârmele sunt proiectate în flacără oxi-acetilenică, acoperind o gamă largă de piese (arbori cotiți, arbori drepți, valțuri etc.) cu o calitate deosebită și productivitate ridicată.

Tehnologiile noi de recondiționare permit mărirea duratei de viață a organelor de mașini supuse uzării cu cheltuieli minime.

3.4.2 Recondiționarea prin încărcare cu sudură

Datorită avantajelor pe care le prezintă, sudarea se utilizează atât la recondiționarea unor piese, ca depuneri de metal pentru compensarea uzurilor, pentru recondiționarea unor fisuri, crăpături etc., cât și la îmbinarea unor piese rupte de la echipamentele tehnice.

Avantajele sudării de recondiționare sunt [ ]:

permit recondiționarea unor piese care au defecțiuni ca: uzuri, crăpături, rupturi etc., piese ce au înglobate o mare valoare în material și manoperă (arbori, arbori cotiți etc.);

economie de material;

construcție ușoară cu performanțe mecanice ridicate;

cheltuieli minime de realizare a produselor;

se realizează piese care nu pot fi executate prin alte procedee tehnologice;

reducerea manoperei și materialului la executarea produselor;

utilajul folosit pentru sudură este simplu și mai ieftin față de alte investiții;

sudarea se pretează la mecanizare și automatizare, reducând timpii tehnologici față de alte procedee.

Una din condițiile de bază, pentru reușita sudării de recondiționare, este alegerea judicioasă, pentru fiecare caz în parte, a procesului de sudare. Din acest motiv, se impune cunoașterea caracteristicilor de bază ale acestor procedee de sudare.

Sudarea de recondiționare permite o sudare la temperaturi mai scăzute, cu zone topite mult mai reduse, fără variații de structură și fără adâncituri de contracție de pe marginile restului de sudură. Această sudură este executată cu tensiuni și intensități mult mai reduse și într-un timp mai scăzut, fapt favorizat atât de compoziția electrozilor, a vergelei cât și a învelișului acestora.

Toate procedeele terologice utilizează o gamă largă de materiale de aport ca, vergele, sârme de sudare, electrozi înveliți etc., cu un aport redus de căldură, au două influențe asupra piesei de recondiționat și anume [ ]:

nu au loc dilatări, respectiv contracții, care să modifice forma geometrică a piesei, care se află în stadiul cotelor finite, funcționale, cu toleranțe prescrise;

nu au loc modificări structurale, unele din procedee aplicându-se la rece, până la 500K( sub 250 °C).

Se va face o delimitare netă între materialele de aport terologic și cele pentru operațiile clasice. Electrozii pentru sudarea de recondiționare și cei de acoperiri preventive vor fi total diferiți de cei pentru sudarea clasică de îmbinare (asamblare).

3.4.3 Recondiționarea pieselor prin depuneri galvanice

Depunerile galvanice pe suprafața piesei se realizează prin introducerea ei într-o baie de electrolit, care conține ioni ai metalului ce urmează a fi depus, și legarea acesteia la polul negativ al sursei de energie (curent continuu).

Metalul de depunere trebuie să fie anodul (+), iar piesa de acoperit să fie legată la catod (-), electroliții vor fi soluții de săruri ale metalului, care se depune pe piesă.

Avantajele depunerilor galvanice sunt:

asigură depunerea unui strat relativ subțire, de grosime uniformă, pe toată suprafața piesei;

nu modifică structura metalului de bază;

permit depuneri de duritate mare, 700-800 HB cu rezistență mare la uzură;

se pot depune metale cu proprietăți anticorozive;

permit automatizarea procesului.

Depunerile galvanice se folosesc la recondiționarea unor piese cu uzuri mici și la acoperiri metalice cu straturi protectoare contra oxidării, ele pot fi : cromarea, oțelirea (fierarea), nichelarea, cuprarea și zincarea.

3.4.3.1 Depuneri de crom (cromarea)

Depunerile de crom se recomandă pentru piese cu uzură relativ mică (δ ≤ 0,3mm), deoarece randamentul băilor de cromare este scăzut. Cromările pot fi [ ]:

cromarea obișnuită, denumită cromarea netedă, are avatajul unei durități ridicate (40 – 70HRC) și o bună rezistență la uzură și la coroziune. Depunerile netede de crom nu rețin uleiul de ungere, astfel că au o uzură accentuată mai ales în condiții de presiune și de temperatură ridicată și sunt greu prelucrabile. Din aceste motive utilizarea acestor depuneri în recondiționări este limitată.

cromările mate sau cenușii dau naștere la straturi foarte gragile, de duritate ridicată (900-120 daN/). Fragilitatea depunerii face să scadă rezistența la uzură și gradul de aplicabilitate în reparații.

cromarea rece utilizează electroliți neîncălziți , ceea ce reprezintă simplificări în construcția instalațiilor și avantaje pentru recondiționări. Se obțin depuneri fără tensiuni interne și cu porozități mici li duritate mică (450 – 600 daN/) .

cromarea poroasă de crom reține bine lubrifiantul, de 80-120 de ori mai bine decât cromarea netedă, astfel că prezintă rezistență ridicată la uzură [ ]. Aplicații ale cromării poroase se întâlnesc la fusurile paliere, fusuri de arbori, bolțuri etc.

Cromarea poroasă constă din depunerea mată de crom, urmată de realizarea porilor pe cale electrolitică, mecanică sau chimică.

cromarea diferențială este utilizată atunci când grosimea stratului de crom trebuie să difere la aceași piesă, de la o zonă la alta.

cromarea de precizie se aplică la recondiționarea uzurilor locale, depunându-se straturi subțiri (δ = 0,005 – 0,10mm) de crom din băi diluate, cu un regim de lucru specific.

cromare prin difuziune se aplică pentru îmbogățirea în crom a straturilor superficiale ale piselor din oțel.

3.4.3.2 Depunerea galvanică a fierului (fierarea sau oțelizarea)

Se utilizează pentru depunerea unor straturi intermediare la cromare, care apoi sunt cianurate sau cementate, urmate de o călire și revenire.

Avantajele fierării, față de cromare sunt următoarele [ ]: randamentul mult mai ridicat (80-90%), densitate de curent mai mică (10-20%), cantitate de metal depusă pe oră mult mai mare (0,13-0,26 mm/h), posibilitatea depunerii unor straturi de grosimi mai mari (3 mm), aderență bună a stratului depus.

Dezavantajele metodei sunt: duritate mică a stratului depus, tehnologie complexă, necesitatea corectării sistematice a electrolitului și filtrarea continuă a cestuia.

3.4.3.3 Nichelarea, cuprarea și zincarea

Nichelarea, are aplicații pentru acoperiri de protecție și decorative, și pentru creșterea rezistenței la uzură a unor piese. Nichelarea chimică are aplicații pentru depuneri dure, cu rezistență mare la uzură. Stratul se depune fără curent electric și este uniform, independent de forma piesei. După revenire la 673K (400 °C) se obține o duritate de 900 – 950 HB [ ].

Cuprarea, se utilizează în scopul ca strat intermediar între oțel și alte acoperiri metalice, cum ar fi: nichel, crom etc., ca strat protector la suprafețe ce nu se tratează termic și la unele piese uzate supuse frecării. Grosimea stratului depus de cupru poate fi: 3-25 μm; până la 3mm; 0,05-0,15 mm.

Zincarea, se recomandă pentru depuneri anticorozive, îndeosebi la piesele de fixare.

Utilizând diverse băi electrolitice, se pot depune aliaje rezistente la uzură sau la coroziune, cum ar fi: Cr-Ni; Ni-P; aliaje de oțel cu Ni, Cr, Mn și alte elemente.

În ultimii ani s-au dezvoltat o serie de noi tehnologii de depunere galvanice aplicabile în reparații, și anume [ ]: depuneri de metal în regim nestaționar, depunere în jet de lichid, cu electrolit circulant, depunere electrolitică prin frecare etc.

Modernizarea procedeelor de recondiționare, asigură prelungirea duratei de viață a organelor de mașini, reducerea fondurilor investite în stocurile cu piese de schimb, reducerea cheltuielilor cu stocurile, diminuarea opririlor neprogramate sau accidentale, utilizarea mai bună a fondului de timp etc.

Rezultă că mentenața asigură atât menținerea în stare de funcționare a echipamentelor tehnice cât și restabilirea stării tehnice a acestora în cazul defectării.

Prin căile menționate, mentenanța asigură economii ce pot ajuta o recirculare a investiților între 200 și 900% sau chiar mai mult [ ], [ ]. Ca atare, organizarea eficientă a lucrărilor de mentenață și a recondiționărilor pieselor, trebuie să se facă conform principilor de organizare industrială.

3.4.4 Recondiționarea pieselor prin bucșare, emanșare, placare

Acest tip de recondiționare implică folosirea pieselor intermediare de uzură, cum ar fi: bucșe, manșoane, plăci și prelucrarea ulterioară la calitatea și precizia inițială a suprafețelor [ ].

Metoda de folosire a pieselor intermediare (bucșe la alezaje, manșoane la fusuri și plăci la suprafețe plane) utilizează ajustaje cu strângere și uneori fixare suplimentară prin șuruburi sau puncte și cordoane frontale de sudură (fig. 3.5) [ ].

Fig. 3.5 Scheme privind folosirea pieselor intermediare: a – bucșă prin presare; b – bucșă fixă cu șuruburi; c – bucșă fixă prin sudură; d – manșon; e – schema asamblării cu strângere.

Înainte de aplicarea compensatorilor, suprafețele uzate se prelucrează la forma și dimensiunile dorite. Piesele tratate termic se supun, înainte de prelucrare, unor operații de reducere a durității.

Strângerea efectivă „S” (serajul), în funcție de ajustajul de strângere ales (fig. 3.5, e) este dat de relația [ ]:

S = d – D, (3.22)

unde: d este diametrul efectiv al fusului ajustajului;

D – diametrul efectiv al alezajului ajustajului;

Din mulțimea de ajustaje posibile, se obține:

; (3.23)

. (3.24)

Strângerea reală „” va fi mai mică decât strângerea nominală () și va avea valoare [ ]:

, (3.25)

unde: , este înălțimea maximă a microneregularităților, la fus, respectiv la alezajul ajustajului respectiv;

, – coeficient de integritate a rugozității fusului, respectiv alezajului îmbinării ().

Din relația (3.25) rezultă că, cu cât va fi mai mică rugozitatea suprafețelor asamblate, cu atât va fi mai eficace strângerea și nu invers. Cu cât suprafețele în contact sunt mai netede, cu atât îmbinarea este mai sigură. La rugozități mari, scade portanța, iar suprafețele sunt în contact doar pe anumite porțiuni mici.

Materialul compensator de uzură (bucșă emanșare, placare), se alege în funcție de materialul fusului sau alezajului. Prin excepție, la piese din fontă se alege bucșe sau plăcuțe de oțel.

Alegerea greșită a matrialului și a tratamentului termic și folosirea unor strângeri (seraj) necorespunzătoare, mai ales acelea cu suprafața reală de contact mică, datorită unei rugozități mari, conduc la apariția timpurie a defectelor, la rotirea bucșelor suplimentare etc.

Presarea piesei cuprinse în piesa cuprinzătoare, sau invers, se poate realiza în următoarele moduri: la cald, la temperatură normală (20°C) și în condiții de frig adânc (-273°C).

Piesa cuprinzătoare are câmpul de toleranță „H7”, iar piesa cuprinsă are un câmp de toleranță x6-n6.

În cazul solicitărilor mari, unde se utilizează ajustaje cu strângeri mari, sau în cazul unor piese cu pereți subțiri (1 – 2mm), îmbinarea se realizează fie după încălzirea piesei cuprinzătoare, fie după răcirea piesei cuprinse (cu azot lichid la -273°C).

Fretările criogenice, față de cele clasice, prezintă avantaje ca: rezistență mai mare a asamblării, realizarea asamblarii cu forțe mici de presiune, instalații simple etc.

La răcirea unui material apare o contracție a materialului, și deși o variație de volum. Dacă materialul face parte din categoria oțelurilor austerite, la care temperatura „Ms” se află sub 273K, atunci la atingerea acestei temperaturi apare o creștere de volum datorită modificărilor structurale ce apar la această temperatură.

Procedeul de frecare criogenică prezintă un consum redus de energie, transformă austerita reziduală în martensită și stabilizează mastensita, totodată nu micșorează duritatea alezajului și a fusului cu care aceasta se solidarizază.

3.5 Parametri tehnologici la operațiile de recondiționare a pieselor prin metalizare

Procedeul numit în literatura de specialitate sub numele de „metalizare”, are largi aplicații în recondiționari și depunerea unor straturi de protecție (fig. 3.6). Metalul topit (cu flacără, cu arc electric, prin curenți de înaltă fregvență, sau cu plasmă) este pulverizat, cu un gaz inert sau cu aer comprimat, în particule fine și cu viteză mare, pe suprafața de depunere, pregătită în mod special pentru aceasta.

Fig. 3.6 Straturi de metal depuse prin metalizare [ ]

Formarea stratului depus prin metalizare are loc în următoarele etape [ ]:

topirea metalului de aport;

pulverizarea metalului topit;

transportul (proiectarea) particulelor de metal pulverizat;

formarea stratului de depunere.

Arborii cotiți ale căror manetoane și fusuri paliere sunt uzate până la limită pot fi recondiționate prin metalizare. Arborii cotiți care urmând a fi metalizați trebuie să fie degresați într-o soluție de leșie fierbinte și spălați cu apă curată fierbinte. După spălare, arborii se verifică dacă nu au fisuri cu ajutorul unui defectoscop magnetic.

Suprafețele fusurilor se pot prelucra prin rularea sau tăierea unui filet incomplet, filetarea fusurilor paliere se face cu arborele fixat între vârfurile strungului iar a manetoanelor în dispozitive de centrare dezaxată. Adâncimea de filetare este de 0,5-0,6 mm iar pasul de 1,0-1,5 mm. Nu este permisă strunjirea racordurilor precum și executarea degajărilor pe racordări în scopul ieșirii cuțitului. În loc de filet incomplet, suprafața fusurilor poate fi pregătită prin filetare cu un filet rotund.

Metalizarea se va face cu sârmă având diametrul de 1,5-2 mm (din oțeluri uzuale, speciale sau materiale neferoase de Al, Cu, Zn pe un strat de aderență din Mo). Sârma cu un conținut ridicat de carbon este recomandată pentru metalizarea arborilor cotiți deoarece carbonul asigură o ardere internă, asigură abținerea unei durități înalte și a unei rezistențe mari la uzură a stratului depus, și micșorează tendința stratului depus de a forma fisuri.

În timpul metalizării piesei, particulele antrenate de aerul comprimat, se deformează (se turtesc), pătrund în micro și macroneregularitățile piesei (fig. 3.6) și se ancorează în rugozitățile acestei suprafețe, formându-se un prim strat de metal pulverizat. Continuând depunerea, următoarele straturi se suprapun unele peste altele, formând în felul acesta o acoperire solidară. Stratul depus este poros, fragil, cu duritate mai ridicată și rezistență mai scăzută față de metalul de bază.

Aderența stratului depus cu metalul de bază este mecanică și parțial moleculară, producându-se datorită asperităților create în mod special pe suprafața piesei, și ca urmare a contracției depunerii prin răcirea acesteia. Straturile ulterioare se fixează cu o aderență mai mare de primul strat, deoarece acesta are o rugozitate mai pronunțată din cauza porozității sale.

În cazul depunerii de pulberi se mai execută o preîncălzire a piesei până la temperatura de 873 – 973 K (600—700°C), iar după depunerea propriu zisă, urmează o fază de topire a stratului depus, pentru fuzionarea acestuia cu piesa de metalizat. Pulverizarea se produce la distanța de 5 -20 mm de la punctul de întâlnire al sârmelor în cazul topirii cu arc electric și 10 – 30 mm de la vârful sârmei în cazul topirii cu flacără.

Prin metalizare se pot depune straturi de grosime între 0,01 și 10mm, într-un timp relativ scurt, deci cu productivitate ridicată, nu se produc încălziri excesive ale piesei (sub 200°C în cazul depunerii cu sârmă și până la 600°C la depunerea cu pulberi) și mici deformări ale piesei.

Se pot obține straturi de aluminiu, metal care nu se pretează la depuneri electrolitice, permite obținerea de pseudo-aliaje din metale care nu sunt miscibile în stare lichidă și deci nu pot forma aliaje, ca de exemplu Al și Pb recomandate la recondiționarea cuzineților de la automobile. Se pot depune straturi metalice și pe suprafețe nemetalice, de exemplu: pe lemn, porțelan, materiale plasticeetc. Costul pentru investiții privind baza materială este redus în comparație cu alte procedee de depunere.

Dezavantajele metalizării se rezumă la : rezistența redusă a stratului de depunere la întindere, încovoiere și la șocuri, straturile depuse nu permit tăierea filetelor sau a danturilor, piesele metalizate nu pot fi prelucrate prin deformare plastică, pierderi de metal de adaos în conul de pulverizare.

Metalizarea se recomandă la recondiționarea pieselor uzate cum sunt: arbori, fusuri, came, locașuri de rulmenți, grilaje etc., acoperirea cu un strat de metal dur a pieselor de mare uzură, acoperirea cu un strat de protecție anticorozivă a unor piese, acoperiri cu aliaje de antifricțiune la lagăre și pentru scopuri decorative.

Prelucrarea stratului metalizat se poate face prin : strunjire, rabotare, frezare și prin rectificare.

Operațiile de prelucrare prin așchiere se pot executa după 1-2zile de la terminarea metalizării.

3.5.1 Fenomenele care apar la interfața strat depus – substrat

Fenomenele care apar la interfața strat – substrat (aderența, transformări de fază, difuzia, tensiuni de interfață etc.) nu se produc separat ci simultan, influențând prin acțiunea lor calitatea stratului depus. Noțiunea de interfață este comună tuturor procedeelor care realizează îmbunătățirea suprafețelor prin depunerea unui strat dintr-un nou material pe suprafața substratului.

Din punct de vedere geometric, interfața este o suprafață de separație între strat și substrat. Înaintea operației de metalizare, suprafața liberă a substratului, constitue viitoarea interfață, de care depinde calitatea stratului depus. Suprafața substratului suferă în timpul procesului de metalizare transfomări de formă, codificări ale compoziției chimice și devine interfață [ ], [ ].

În timpul metalizării unei piese, la contactul dintre o particulă și suprafața substartului, se formează o substanță de contact comună, ca în figura 3.7 [ ], [ ].

Fig. 3.7 Modelul schematic al stratului metalizat

În concluzie interfața strat-substrat este o suprafață comună de contact dintre două materiale care diferă între ele prin compoziție chimică, structură și proprietăți.

Suprafața poate fi definită din mai multe puncte de vedere [ ]: general, prin delimitare față de mediu, al structurii cristaline, topografie, din practica industrială și de laborator, electronic, termodinamic etc. în sens general „suprafața” este partea exterioară a unui corp. în realitate, toate corpurile se găsesc într-un mediu (gazos, lichid sau solid) și ca atare orice față a corpului ca fi întotdeauna în contact cu mediul, ceea ce generează o serie de interfețe între corp și mediu. În consecință, se poate vorbi mai corect de „interfață” (solid-gaz, solid – lichid, solid-solid, lichid-lichid), decât de suprafață.

Suprafața, respectiv stratul superficial are o anumită grosime „h”, fiind vorba de o fază superficială, care este chiar „interfața”. grosimea interfeței (a fazei superficiale) este dată de cota parte din contribuție a frecării faze în contact.

La nivelul unei margini, între o fază „A” și alta „B”, interfața este zona în două dimensiuni care servește ca frontieră (interfață), zonă unde proprietățile fizico-chimice și mecanice sunt diferite de ale fazelor A și B.

În figura 3.8 [ ], [ ] este perentat schematic sistemul strat superficial – substrat, legătura dintre cele două elemente realizându-se printr-o interfață a cărei grosime și structură depind de natura materialului și de tehnologia de obținere a stratului superficial.

Fig. 3.8 Reprezentarea sistemului compozit, strat superficial obținut prin metalizare

Sistemul compozit prezentat in figura 3.8 cuprinde patru zone distincte, proprietățile caracteristice acestor zone constituind criteriile de bază ale sistemului. Zonele specifice sunt [ ], [ ]:

zona I, suprafața de contact cu piesa conjugată, unde rugozitatea, coeficientul de frecare și stabilitatea chimică sunt importante;

zona II, stratul superficial unde interesează în special adâncimea, compoziția și microstructura, elementele determinate de: duritate, rezistență la rupere, tensiuni interne, modulul de elasticitate etc.;

zona III, interfața între stratul superficial și substratul, unde aderența și interacțiunea chimică dintre strat și substrat sunt proprietăți importante pentru sistem;

zona IV, substratul (miezul sau materialul de bază) ale cărui proprietăți de bază sunt limita de curgere, rezistența la rupere, duritatea, modulul de elasticitate, alungirea specifică etc.

Realizarea metalizării unei piese, se poate realiza în următoarele moduri (fig. 3.9):

depunere monostrat;

depunere multistrat (două sau mai multe straturi).

Fig. 3.9 Tipuri de interfață în metalizare termică: a – sistem monostrat; b – sistem cu două straturi; c – sitem cu trei straturi [ ]

Piesele mecanice sunt tratate ca sisteme compozite, „strat superficial – substrat”, asupra cărora se intervine prin tehnologii specifice pentru modificarea proprietăților fiecărui element în parte, pentru a obține în final performanțe funcționale dorite ale piesei în ansamblul ei.

3.5.2 Structura stratului metalizat

În rezolvarea problemelor de uzare și coroziune a straturilor depuse prin metalizare este necesar realizarea următoarelor obiective [ ]:

să confere unei piese proprietăți superficiale de natură fizică, chimică sau mecanică, pe care materialul de bază nu le posedă;

creșterea durabilității produsului;

reducerea consumurilor energetice;

reducerea gradului de poluare.

Analizând microstructura unei probe metalografice realizată la sfârșitul procesului de metalizare a unei piese, se observă formarea unei zone numită zonă strat – interfață – substrat. Zona este compusă din (fig. 3.10):

porțiunea din strat afectată de fenomenul care se produce la interfață;

toate fenomenele care apar la interfața strat – substrat se studiază numai în această zonă;

lățimea zonei este influențată de procesul de metalizare propriu zisă, dar și de operațiile care se desfășoară ulterior.

Fig. 3.10 Zona strat – interfață – substrat [ ]

Aspectul zonei de contact dintre strat – substrat diferă în funcție de procedeul de metalizare utilizat. În această zonă există mai multe substraturi, și anume (fig. 3.11) [ ]:

porțiunea din substrat cu interacțiuni cu fază solidă;

interfața;

porțiunea din substrat unde se observă formarea unui amestec mecanic între faze lichide;

substrat cu interacțiuni în stare solidă.

La depunerea de straturi rezistente la uzare se utilizează aliaje dure (oțeluri aliate, oțeluri de scule, oțeluri de rulmenți), materiale ceramice (oxizi și carburi în special) și materiale compozite bazate pe carburi le W și Cr cu matrice metalică. În general, rezistența la uzură a unui strat dintr-un material dat crește cu scăderea porozității și a reducerii fenomenelor de oxidare în timpul depunerii.

Fig. 3.11 Zona de contact [ ]

Aliaje rezistente la coroziune sunt: oțeluri inoxidabile austeritice; aluminiu de mare puritate; cupru; zinc etc.

Materialele ceramice includ: oxizi – , etc.; carburi – TiC; ZrC; etc.; nitruri – AlN; TiN, BN etc.

3.5.3 Defecte în straturile depuse prin metalizare

La o execuție corectă, în urma depunerii, stratul rezultat trebuie să fie compact, fără incluziuni sau goluri și fără denivelări majore. După metalizare piesele se răcesc lent pentru a evita apariția fisurilor. Pentru reducerea tensiunilor remanente se recomandă aplicarea unei recoaceri de detensionare, dar numai în situațiile în care acest tratament nu conduce la înrăutățirea proprietăților stratului depus (cum ar fi de exemplu înmuierea straturilor din oțeluri aliate).

Dacă după depunere, suprafața straturilor este neuniformă, piesele sunt supuse operațiilor de prelucrare mecanică, prin strunjire sau rectificare ( în funcție de material și duritate), în vederea realizării dimensiunilor și a toleranțelor prescrise, precum și a geometriei dorite.

La rectificarea straturilor poroase, se recomandă impregnarea prealabilă a acestora pentru a evita pătrunderea și ancorarea particulelor abrazive în pori. Calitatea suprafeței care se obține în urma operațiilor de finisare, depinde unmai de metoda de finisare, ci și de structura stratului. Cu cât un strat este mai compact, cu atât este mai dificilă smulgerea unor particule în timpul finisării și se pot obține suprafețe mult mai netede.

Tipurile de defecte din substraturile depuse prin metalizare pot fi [ ]: incluziuni nemetalice; separare la interfață; variații de grosime; variații de compoziție; fisuri superficiale; fisuri la interfață; găuri la interfață; microfisuri în rețea; materialul de sablare încrustat; porozitate etc.

Reducerea porozității și marirea rezistenței la uzură se poate realiza prin următoarele operații: ecruisarea cu alice; netezirea prin frecare; impregnarea cu lacuri de bachelită; vopsele, uleiuri etc. [ ].

Depistarea porilor sau fisurilor din stratul depus, se poate face cu lichide care declanțează efecte cromatice (v. STAS 10215-94).

3.5.4 Aderența straturilor depuse prin metalizare

Aderența straturilor depuse prin metalizare, este definită ca fiind forța de atracție care există între strat și substrat [ ], [ ], [ ]. Cu cât forța de atracție este mai mare, cu atât aderența este mai bună. Determinarea aderenței se poate face printr-o evaluare calitativă sau cantitativă. Metodele de determinare a aderenței straturilor depuse prin metalizare pot fi metode distructive și metode nedistructive.

Studierea aderenței straturilor depuse se face parcurgând următoarele etape: mecanismul aderenței; factorii de influență și determinarea aderenței.

Aderența în metalizarea termică este un fenomen complex. În succesiunea fazelor de formare a unui strat metalizat, se întâlnesc următoarele tipuri de aderențe [ ], [ ]: mecanică; metalurgică, superficială, fizică și difuzivă.

Fenomenele care apar la interfața strat – substrat, aderența, transformări de fază, difuzia, tensiuni de interfață, nu se produc separat ci simultan, influențând prin acțiunea lor calitatea stratului depus.

Calitatea depunerilor metalice prin metalizare poate fi evaluată prin: analiza structurii metalografice ( microscopie electronică); determinarea grosimii stratului depus; determinarea durității, determinarea aderenței stratului depus; determinarea fragilității stratului depus; determinarea porozității stratului; etc.

Încercările cantitative privind aderența, pot fi clasificate în funcție de solicitări, astfel vom avea: încercări de aderență la tracțiune, forfecare, cojire și zgâriere. Toate acete încercări sunt distructive. În ultimi ani au apărut și metode nedristuctive [ ], [ ] dintre care menținăm: încercările de aderență cu ultrasunete, metodele termofizice și metoda holografică.

Încercarea la forfecare servește la determinarea rezistenței la aderență a materialului depus (metalic sau ceramic) pe metale, în cazul acoperirilor termice prin pulverizare. Determinarea rezistenței la aderență prin încercarea la forfecare se va executa pe o epruvetă (fig. 3.12) conform STAS 11684/4-83.

Forma și dimensiunile epruvetei sunt prezentate în figura 3.12, iar pregătirea suprafețelor în vederea acoperiri se va face conform STAS 11684/2-83.

Fig. 3.12 Forma și dimensiunile epruvetei pentru determinarea rezistenței la aderență

Grosimea stratului de material depus se recomandă să fie de 2,0-2,5 mm, iar condițiile de acoperire a epruvetei trebuie să fie identice cu cele pentru acoperirea termică prin pulverizare a pieselor.

Încercarea se executa pe o mașină universală pentru încercări mecanice, conform STAS 1510-80. Încercarea se executa pe cel puțin două epruvete, dacă documențația tehnică a produsului nu se prevede altfel.

Rezistența la aderență, prin încercarea la forfecare se calulează cu relația:

(3.26)

în care: este forța maximă de compresiune aplicată epruvetei, în newtoni;

S – aria suprafeței inelului solicitat la forfecare, în .

Încercarea se execută în condițiile mediului ambient, conform STAS 6300-81.

Pregătirea suprafețelor epruvetei (fig. 3.12) este partea cea mai sensibilă a întregului proces de depunere. Modul în care se face pregătirea suprafeței influențează hotărâtor aderența dintre stratul depus și substrat. Depunerea trebuie să fie efectuată imediat după pregătire pentru a evita formarea de oxizi pe suprafața și contaminarea acesteia cu diverse impurități. pregătirea suprafețelor curprinde două operații principale, și anume:

curățirea și degresarea;

crearea unei suprafețe rugoase.

Proprietățile mecanice, fizice și chimice ale stratului depus termic prin metalizare depind, în primul rând, de natura materialului de aport și de procedeul de depunere.

3.5.5 Microaderența

Aderența care se manifestă la nivelul unei interfețe elementare poartă denumirea de „microaderență”, ea fiind egală cu forța necesară pentru a desprinde de pe substrat o particulă care are interfața elementară egală cu unitatea [ ].

Fiecare particulă din jetul de metalizare aderă la un substrat, rezultă că stratul metalizat este format din sume de microaderențe. dacă se notează microaderența cu „”, aceasta este definită prin relația [ ]:

, (3.27)

în care : este forța necesară pentru a desprinde o particulă de pe substrat, în N;

– interfața elementară a unei particole, în .

În aceste condiții, aderența stratului la substrat va fi de forma:

, (3.28)

în care: n este numărul total de particule care vin în contact cu substratul.

Plecând de la relația (3.28), se obține:

, (3.29)

de unde rezultă:

. (3.30)

Relația (3.30) demonstrază că forța de desprindere a stratului metalizat „F”, este un produs între aria suprafeței strat – substrat și suma microaderențelor de tip particula – substrat, particulă – incluziune sau incluziune – substrat [ ].

Determinarea aderenței mai poate fi determinată utilizând și următoarele metode [ ]:

microscopie electronică;

încercarea la tracțioune (conform DIN 50160);

încercarea la forfecare (STAS 11684/4-83);

analiza fractografică și analiza ruperii.

În cazul depunerii de metale și aliaje, structura stratului constă din straturi succesive de particule lamelare cu forme neregulate, legate între ele. În cazul depunerii de materiale compozite [ ], structura stratului constă din particule dure de formă sferoidală sau aproximativ echiaxială, înglobate într-o matrice de particule lamelare. În toate situațiile se poate pune în evidență, prin analize metalografic, existența porilor. Cu cât viteza de poiectare a particulelor este mai mare, cu atât porozitatea este mai redusă.

O altă problemă, frecvent întâlnită la substraturile depuse termic prin pulverizare, o constitue prezența oxizilor. Influența negativă a peliculelor de oxizi asupra coeziuni interne a stratului și asupra aderenței recomandă utilizarea acelor procedee în care formarea oxizilor este redusă.

Dintre proprietățile mecanice, cele mai importante sunt duritatea, rezistența la rupere și aderența la substrat. Rezistența la rupere, măsură a coeziunii interne a stratului, și aderența sunt cu atât mai mari, cu cât viteza de impact a particulelor pe suprafață este mai mare.

Straturile depuse termic prin pulverizare sunt utilizate în aplicații industriale dintre cele mai variate. Principalele domenii în care aceste straturi s-au dovedit eficiente sunt: creșterea rezistențelor la uzare, creșterea rezistenței la coroziune și la oxidare, refacerea dimensiunii inițiale a unor piese uzate etc.

Evitarea completă a porilor la substraturile depuse termic prin pulverizare este aproape imposibilă, se recomandă impregnarea acestora pentru cazurile în care aceste straturi au rol de protecție anticorozivă.

Pentru impregnare se folosesc substanțe cu vâscozitate redusă la temperatura de impregnare, cum sunt unele rășini, amestecuri epolitice, tipuri speciale de ceară sau metale cu punct de fuziune scăzut [ ].

Pentru mărirea aderenței se poate recurge la realizarea unui strat intermediar, cu o aderență bună, și un al doilea strat care va avea o aderență mai mare datorită rugozității stratului intermediar. nu se recomandă atilizarea straturilor intermediare la metalele neferoase, în acest caz, aderența scade.

Aderența este rezultatul fenomenului mecanic de pătrundere și ancorare a particulelor metalice în rugăzitățile abținute prin pregătirea suprafeței de metalizat. pentru acelați grad de rugozitate, măsurat pe înălțimea asperităților , aderența variază și cu natura metalului de aport.

Materialul de adaos utilizat este sub formă de sârmă sau sub formă de pulberi metalice.

Calitatea pregătirii suprafețelor, înainte de metalizare, determină în cea mai mare măsură aderența stratului depus prin metalizare.

3.6 Concluzii

Industria actuală asigură extinderea, diversificarea și modernizarea echipamentelor industriale, creșterea complexității gradului de mecanizare și automatizare, a performantelor acestora. în contextul acestei dezvoltări crește totodată preocuparea pentru industrializarea lucrărilor de mentenanță în vederea refacerii stării tehnice a echipamentelor industriale sau prelungirea duratei de funcționare și creșterea eficienței exploatării.

Ca atare, organizarea eficientă a lucrărilor de mentenanță și a recondiționărilor pieselor trebuie să se facă în mod corespunzător principiilor de organizare industrială. În acest fel se vor crea condițiile care să asigure un nivel de calitate a acestora cât mai ridicat, creșterea disponibilității mașinilor și scurtarea perioadelor de imobilizare în reparații, ridicarea gradului de utilizare a echipamentelor din ateliere de mentenanță, perfecționarea, modernizarea acestora și specializarea forței de muncă.

Modernizarea procedeelor de recondiționare, aplicarea tehnologiilor, a operațiilor terologice, asigură prelungirea duratei de viață a pieselor de mașini, reducerea fondurilor investite în stocurile cu piese de schimb, reducerea proporțională a cheltuielilor cu stocurile, diminuarea opririlor neprogramate sau accidentale și mărirea producției, utilizarea mai bună a fondului de timp și de investiții, reducerea manoperei, optimizarea costurilor inițiale datorită unei creșteri globale a producției și economii pe seama rebuturilor datorate opririlor accidentale ale mașinilor și datorită deselor uzări.

Tehnologiile noi de recondiționare sau tratare preventivă, în scopul menținerii mai îndelugate în serviciu a pieselor de schimb, permit prelungirea utilizării organelor de mașini supuse la uzare într-o proporție ridicată față de piesa clasică și la un cost minim.

Aderența este o caracteristică mecanică a stratului depus, determinată ca fiind egală cu valoarea forței necesare pentru a desprinde un strat depus care are suprafața egală cu unitatea.

Fenomenele care apar la interfața strat – substrat, aderența, transformări de fază, difuzia, tensiuni de suprafață etc., nu se produc separat ci simultan, influențând prin acțiunea lor calitatea stratului depus. Frecvent suprafețele metalice se prelucrează prin : strunjire, frecarea, rectificare etc., pentru obținerea dimensiunilor inițiale ale pieselor recondiționate.

CAPITOLUL 4

TRIBOLOGIA SUPRAFEȚELOR

4.1 Generalități

Cunoștințele despre comportamentul tribologic al suprafețelor constituie, pentru inginererul mecanic, date esențiale pentru asigurarea duratei de viață și a fiabilității sistemelor mecanice.

Tribologia sau tribotehnica, termen propus în Anglia încă din anul 1954, este definită ca știința și tehnologia interacțiunii suprafețelor în mișcarea relativă și a aplicațiilor ce rezultă cu sau fără prezența lubrifianților, respectiv cunoștințe referitoare la frecarea, uzarea și ungerea corpurilor în contact [ ], [ ], [ ].

Uzarea este procesul fizic, iar uzura este produsul, rezultatul uzării (STAS 8069-87). Uzura „u” poate fi liniară (măsurată perpendicular pe suprafața de frecare), în „μm”, masica, în „g”, volumică, în , sau planimetrică, în măsurată perpendicular pe suprafața de uzare [ ], [ ].

Viteza medie de uzare „” [ ] este determinată de raportul dintre mărimea uzurii, măsurată dimensional „u” și timpul efectiv de funcționare „t” și se calculează cu relația:

sau [ g/h]. (4.1)

Uzura specifică „” [ ] este raportul dintre mărimea uzurii „u” exprimată în μm și drumul „” parcurs în mișcarea relativă dintre suprafețele în frecare, exprimată în km și se calculează cu relația

[ μm/km]. (4.2)

Uzura relativă „” [ ] este determinată de raportul dintre mărimea uzurii piesei „u”și mișcarea uzurii unui anumit material luat drept etalon „”, se calculează cu relația:

[-]. (4.3)

Rezistența la uzare „” [ ] este o caracteristică a materialelor de a se opune acțiunilor distructive ale frecării și ale altor agenți fizico-chimici și se calculează cu relația:

. (4.4)

Procesul de uzare înseamnă modificarea nedorită a dimensiunilor, a calității suprafețelor, a poziției și formei lor geometrice etc. [ ], [ ], [ ].

Pe suprafețele de lucru apar rizuri și zgârieturi, formele cilindrice devin ovale sau conice, iar uneori se produc încovoieri sau răsuciri. Duritatea superficială poate scădea uneori pe măsură ce crește uzura, cum este cazul pieselor cu tratamente termice superficiale (cementare, călire, nitrare etc.) alteori duritatea superficială poate crește cu uzura, ca urmare a ecruisării, provocând o creștere treptată a fragilității stratului superficial, ceea ce accelerează uzura.

În domeniul mecanic, unde cheltuielile cu întreținerea și repararea echipamentelor dețin o pondere importantă, studierea fenomenelor de frecare, uzură și ungere dintre organele de mașini, constituie un vast domeniu de activitate cu efecte economice deosebite.

Prin îmbunătățirea ungerii și reducerea frecărilor crește capacitatea de producție a mașinilor, se îmbunătățește calitatea produselor, se reduc cheltuielile de întrețineri și reparații, se prelungește durata de exploatare, reduc accidentele etc.

Funcțiile tribotehnice ale sistemelor mecanice cu suprafețe mobile sunt: transmiterea mișcării (lagăre), frânarea mișcării (frâne), transmisiile de putere și de energii (acționări), etanșări, prelucrări prin așchiere, prelucrări prin deformare plastică etc.

4.2 Frecarea și formele ei

În funcție de mișcarea pieselor dintr-o asamblare, frecarea poate fi: de repaus (statică) sau de mișcare [ ], [ ]. Frecarea de mișcare poate fi de alunecare, de rostogolire, de pivotare sau complexă.

Funcție de existența sau nu a unui lubrifiant, frecarea poate fi: uscată, semiuscată, semilichidă, frecare lichidă sau fluidă [ ], [ ], [ ].

Frecarea este cunoscută ca un fenomen dăunător sau util [ ]:

dăunător – fiind însoțită de încălzire, uzare, vibrații etc.;

util – folosind ansambluri sau funcționări, cum ar fi: ambreiaje, frâne, îmbinări cu pană etc.

Frecarea uscată, este caracterizată prin contactul direct al suprafețelor în mișcare între care nu se interpune nici un film de lubrifiant.

Frecarea limită, este caracterizată prin interpunerea unui sau mai multor straturi de lubrifiant care împiedică contactul direct. Frecarea limită reduce uzura suprafețelor și micșorează coeficientul de frecare.

Frecarea fluidă, (sau mixtă) filmul de lubrifiant are o anumită grosime, se rupe și se reface. Frecarea mixtă nu se poate evita în regimurile tranzitorii ale mașinilor (pornire – oprire), când viteza scade, sau se schimbă sensul mișcării.

Frecarea fluidă, în regim hidrodinamic și hidrostatic, asigură prin prezența lubrifiantului o peliculă neântreruptă a suprafețelor solide.

Frecarea în regim elastic hidrodinamic, în condiții grele de încărcare a unor asamblări cu contacte punctiforme sau liniare (rulmenți, angrenaje etc.) se poate menține un film continuu și subțire de lubrifiant.

Alunecarea intermitentă (stick – slip), ea se manifestă îndeosebi la viteze mari, atât în condițiile frecării uscate, cât și a celei limită sau mixte, alunecarea poate fi însoțită de anumite intermitențe sau sacadări. Acest fenomen a fost denumit stick – slip (lipire – alunecare). Deoarece la viteze mai mari se manifestă sub forma unei mișcări vibratorii, forma respectivă a fost denumită alunecare cu autovibrații [ ].

Fenomenul apare în numeroase situații în exploatarea mașinilor (frânări, ambreieri, mișcare alternativă etc.).

Cercetările experimentale, făcute până în prezent în diferite tări [ ], [ ], [ ], au permis concluzia că forța de frecare depinde de un complex de factori, cum ar fi: sarcina normală, viteza de alunecare, felul contactului, calitatea și rugozitatea suprafeței, natura materialelor în contact, caracterul rigid sau elastic al suprafețelor, temperatura superficială și prezența unor pelicule pe suprafața de frecare (lubrifiant, impurități etc.), starea suprafețelor (starea microgeometrică) etc.

4.3 Formele de apariție a uzurilor

În tehnică, sunt acceptate următoarele tipuri de uzură, care pot apare atât la frecarea uscată, cât și în prezența lubrifianților [ ], [ ], [ ]: uzura de aderență, de abraziune, de oboseală, de coroziune și de impact.

Uzurile se pot manifesta prin [ ], [ ]:

modificarea dimensiunilor;

modificarea formei geometrice:

modificarea masei piesei respective;

apariția defectelor superficiale:

– modificarea structurii stratului superficial;

– microfisuri și fisuri vizibile;

– arsuri ale suprafeței;

– smulgeri de material.

Asupra caracterului și mărimii uzurii influențează atât factorii dependenți de caracterul materialului, cât și factori dependenți de condițiile în care este supus să lucreze piesa.

Putem distinge cinci tipuri reprezentative de uzură, și anume [ ], [ ], [ ]:

Uzura de aderență (de contact), uzura apare între două suprafețe cu mișcare relativă între ele, chiar cu ungere între ele, între asperitățile în contact direct, se provoacă o frecare semiuscată, creșterea temperaturii locale duce la micro-suduri, apoi ruperea acestora. În urma acestui proces, rezultă un coeficient mare de frecare, urmată de uzură ridicată.

O consecință a uzurii de contact este „gripajul”, care poate apare în următoarele condiții:

la un rodaj necorespunzător;

jocuri prea mici între suprafețele finisate;

calitate slabă a lubrifiantului (sau lipsa lui);

depășirea parametrilor funcționali;

materialele în contact necorespunzătoare.

Dată fiind gravitatea accidentelor și costurilor reparațiilor, în urma blocării mișcării prin gripare, evitarea acestui tip de uzură devine o necisitate.

Uzura abrazivă, este provocată de existența particulelor dure între suprafețele de contact, sau de asperitățile mai dure ale uneia și piesele conjugate și se pune în evidență prin rizurile rămase pe piesa conjugată, urme orientate pe direcția de mișcare. De exemplu, în cazul lagărelor paliere și fusul arborilor cotiți, transferul de „Bz” și apoi ruperea suprafeței respective durificate, poate uza prin abraziune suprafața de oțel a fusului.

În funcție de forma abraziunii, aceasta poate fi de următoarele tipuri: abraziunea pură, prin măcinare, de impact (cu șoc), prin rizare.

Uzura prin oboseală, se produce ca urmare a solicitărilor repetate a unei anumite zone, care provoacă deformații de natura elastică și plastică în stratul superficial, tensiuni interne, rugozitatea neadecvată, microfisuri, crăpături, exfolieri. Uzura prin oboseală apare îndeosebi sub forma de ciupituri (pitting) sau exfolieri (spalling). Acest tip de uzură apare pe suprafețele de frecare de la roți dințate, came, bandaje etc.

Manifestările fizice ale oboselii de contact sunt clasificate având la bază cauza principală de producere a lor: oboseala de origine mecanică sau termică.

Oboseala mecanică este legată de aplicarea repetată de tensiuni în zona de contact, astfel pot apărea: transformări structurale sau distrugeri de tipul ciupiturilor, fisuri de diverse adâncimi, cojiri etc.

Oboseala termică apare în condițiile existenței unor gradienți termici ciclici și se manifestă printr-o lustruire termică.

Principalele forme de uzură prin oboseală sunt pittingul, exfolierea, fretarea și cavitația.

Pittingul (uzura prin ciupituri), apare la mișcări de rostogolire, alunecare sau asociate cu contacte punctiforme sau liniare și presiuni locale ridicate (HB≤350) și pot fi găsite la flancurile evolventice de la roțile dințate, căi de rulare la rulmenți etc.

Exfolierea apare atunci când avem concentrări de tensiuni superficiale, presiuni punctiforme, cu duc la depășirea forțelor de coeziune moleculară. Spallingul se manifestă prin desprinderea de pe suprafețele de frecare, a unor particule sub formă de solzi, și care duc la pierderea durității superficiale, uzuri dimensionale etc, acest tip de uzură poate apare la piese care au fost tratate termic și la care eliminarea ulterioară a tensiunilor, nu s-a făcut corespinzător.

Frecarea, apare la piesele montate cu strângere cum ar fi: rulmenți, pene, bucșe etc., rezultatul este apariția în timp a jocurilor pe fusuri, în carcase sau în locașurile în care sunt montate.

Cavitația se întâlnește la acționări hidraulice, fiind rezultatul acțiunii pulsatorii de natură hidrodinamică. Uzura se reprezintă ca mici cratere, adâncituri formate pe suprafața pieselor, ca exemple amintim: pompele hidraulice, la paletele turbinelor etc.

Uzura de coroziune, constă în deteriorarea suprafețelor de frecare dintr-un tribosistem datorită actiunii simultane sau succesive a unor factori chimici din mediul respectiv și a solicitărilor mecanice. Mecanismul uzării de coroziune evidențiază prezența a două efecte: coroziunea chimică și coroziunea mecano – chimică. Uzarea se produce prin înlăturarea produșilor de coroziune care au luat naștere pe suprafața de frecare atât în perioada de repaus (coroziune chimică), cât și în timpul funcționării (coroziune mecano-chimică).

Coroziunea chimică poate fi: coroziunea chimică propriu-zisă și coroziunea electrochimică.

Coroziunea mecano – chimică poate evolua sub formele: coroziunea de tensionare, de oboseală și de frecare.

Pentru reducerea uzurii corozive se folosesc materiale cât mai apropiate electrochimic, rezistente la acțiunea agenților corozivi ce apar în lubrifianți, suprafețe cu rugozitate mică, evitarea temperaturilor ridicate ce favorizează microsudurile și formarea oxizilor.

Uzura de impact este rezultatul impulsurilor care se produc la ciocnirea a două corpuri.

Impactul dintre două corpuri duce la deformarea plastică a stratului superficial, apar microfisuri și apoi desprinderea de particule foarte fine. Uzura se produce prin oboseală datorită solicitărilor repetate, prin șocuri repetate în aceleași locuri.

Datorită ciocnirilor repetate, se formează o serie de cratere foarte mici, mărimea lor depinzând de plasticitatea și rezistența la uzură a materialului în cauză.

Alte forme de uzură: imprimarea sferică, uzura de cavitație, zgârierea, eroziunea, eroziunea electrică, uzarea prin lovire, prin rulare, prin încrețire, prin brinelare, prin interferență, prin fisurarea de rectificare, prin tratament termic, deformare de rectificare, prin tratament termic, deformare la cald etc.[ ], [ ], [ ].

4.4. Factori care influențează mărimea uzurii

Formele de uzură pot fi simple sau combinate și sunt influențate de următorii factori [ ], [ ]:

calitatea suprafețelor prelucrate;

materialele alese și utilizate;

tratamentul termic aplicat;

condițiile în funcționare, mediul ambient;

modul de asamblare și ajustare;

condiții de exploatare;

organizarea întreținerii, ungerii și calitatea lubrifianților.

Materialele din care sunt executate piesele au o influență hotărâtoare în comportarea suprafețelor active, în toate formele de uzură.

Duritatea, este factorul cu cea mai mare influență asupra uzurii, dacă densitatea scade sub 200 -300 unități Brinell, crește intensitatea uzurii în mod accentuat. Rezultă că pentru creșterea rezistenței la uzură este recomandat un tartament de durificare, cum ar fi : cementare, călire, nitrurare etc.

Conținutul de carbon și structura metalografică a oțelurilor, care determină duritatea, influențează substanțial intensitatea uzurii.

Pentru creșterea rezistenței la uzură, piesele conjugate dintr-o asamblare se execută din materiale diferite, în cazul pieselor netratate termic. Piesa mai complexă, mai scumpă și mai greu de recondiționat se execută dintr-un material de calitate superioară.

Rugozitatea suprafețelor, are influenșă deosebită asupra uzurii, mai ales în prima perioadă de funcționare. O rugozitate mare, rezultă la prelucrări mecanice, produce întreruperea peliculei de lubrifiant, conducând la frecarea uscată, la uzuri mari, la creșterea jocurilor, la bătăi și înrăutățirea ungerii, la scurtarea durabilității asamblării. Dacă suprafețele sunt prea fin prelucrate rețin cu greu lubrifiantul conducând la frecarea uscată și chiar la gripaj.

Durabilitate a două piese conjugate cu jocul inițial „” și cu jocul minim „” (jocul după rodaj) este cu atât mai mare cu cât valoarea acestor parametrii () este mai mică[ ].

În cazul îmbinărilor cu suprafețe rugoase, jocul după rodaj „” se calculează cu relația [ ]:

(4.5)

unde: sunt diametrele arborelui, respectiv a alezajului;

– rugozitatea maximă a arborelui, respectiv a alezajului;

– coeficienți de cuantificare a uzurii microasperităților în perioada de rodaj ().

Asamblarea cu „” mai mare decât cel optim, duce la uzuri mai mari, mai rapide, la bătăi, la scăderea durității.

Asamblarea cu „” mai mic decât cel optim nu permite formarea peliculei de ulei necesară, astfel că se produce o încălzire exagerată, crește posibilitatea apariției gripajului.

La asamblările cu strângere realizate prin presare la rece, are loc o slăbire a strângerii „S” cu micșorarea microasperităților la presare în proporție de și , astfel [ ]:

. (4.6)

Din relația (4.6) rezultă că menținerea caracterului asamblării este asigurat cu atât mai bine cu cât valoarea rugozității este mai mică. Asperitățile mari sunt deformate mai uțor atât la montarea pieselor cu ajustaje intermediare sau cu strângere, cât și în timpul funcționării, când din cauza solicitărilor, a șocurilor și a vibrațiilor se crează jocuri care pot periclita asamblarea.

În cazul frecării lichide sau semiuscat, se prevede numai rugozitatea maximă admisă, astfel încât suma înălțimilor neregularităților celor două suprafețe să fie mai mică decât grosimea stratului de lubrifiant.

Lubrifianții trebuie să aibă o bună stabilitate chimică, o vâscozitate corespunzătoare și să nu conțină acizi sau impurități mecanice. Gradul de influență asupra uzurii depinde de caracterul, mărimea și densitatea impurității.

Impuritățile mari se depozitează de obicei în anumite locuri ca, partea inferioară a carterelor de ulei, în filtre și nu sunt antrenate în circuitul de ungere. Impuritățile mici pătrund foarte ușor între suprafețele în frecare intensificând ritmul de uzură. Acest aspect este întâlnit în lagăre și cilindrii, fapt pentru care trebuie să se dea atenție curățirii și înlăturării impurităților mecanice din uleiuri.

Uleiurile folosite trebuie să aibă o bună stabilitate chimică, o vâscozitate corespunzătoare și să nu conțină acizi. Dacă stabilitatea chimică este slabă, se formează gudroane, care se depun pe suprafețele pieselor, favorizând depunerea calaminei.

Vâscozitatea lubrifianților influențează direct asupra grosimii și vitezei de formare a peliculei, deci uzura este cu atât mai mare cu cât vâscozitatea este mai mică.

Aciditatea uleiului, influențează fenomenul de corodare a pieselor. Acizii minerali, cum ar fi acidul sulfuric sunt cei mai periculoși, fiind foarte activi.

În vederea micșărării uzurii, trebuie asigurat jocul care asigură ungerea lubrifiantului, iar la alegerea lubrifianților trebuie respectate STAS-urile în vigoare.

La creșterea turației arborilor, în condițiiile ungerii hidrodinamice, crește grosimea peliculei de ulei, astfel încât scade forța de frecare, iar uzura maximă se produce la viteze reduse, în special la pornirea motoarelor. În cazul frecării uscate, mărirea vitezei duce la creșterea uzurii. Dacă viteza depășește o anumită valoare, crește temperatura lubrifiantului și , ca urmare scade vâscozitatea acestuia.

4.5 Metode de măsurare a uzurilor

În funcție de procesul de măsurare, se disting următoarele metode de evaluare a uzurii [ ]:

măsurarea directă (cu micrometrul, cântărire etc);

măsurare indirectă, fără demontare (cu ajutorul indicilor funcționali).

Metodele directe de măsurare a uzurilor sunt:

metoda micrometrării;

metoda gravimetrică;

metoda amprentelor.

Metodele indirecte sunt:

metoda indicilor funționali;

determinarea cantității de fier din ulei;

metoda izotopilor radioactivi.

Metoda micrometrării, constă în măsurarea dimensiunilor inițiale și după uzare ale pieselor. Instrumentele cele mai utilizate sunt: șubler, micrometrele, comparatoarele cu cadran, microscoape universale etc. Metoda necesită demontarea mașini și curățirea pieselor.

Metoda gravimetrică se aplică pentru determinarea uzurii pieselor mici și constă în cântărirea acestora înainte și după uzare. Înainte de cântărire, piesele trebuie șă fie spălate și uscate.

Metoda amprentelor, pe suprafața piesei se imprimă o urmă, o amprentă și la anumite intervale de timp, se măsoară diagonala sau adâncimea urmei imprimate.

După demontarea motorului, se impune spălarea, degresare și uscarea pieselor. Controlul pieselor se face ținând cont de rolul funcțional, urmărindu-se defectele, uzurile etc., rezultând o triere a pieselor. Pentru aprecierea rezultatelor controlului tehnic, avem doi factori importanți:

factorul funcțional, se referă la dimensiunile limită care nu mai asigură parametrii funcționali;

factorul economic, se referă la dimensiunile limită sub care piesele respective provoacă scăderea productivității echipamentului, crescând pierderile de energie, consumuri de ulei și frecări mărite.

Metodele indirecte pentru determinarea uzurii pieselor, nu necesită demontarea echipamentelor.

Metoda indicilor funcționali, constă în aprecierea uzurii pieselor în baza puterii consumate sau dezvoltate, în baza pierderilor, a forței de tracțiune pe care o dezvoltă etc.

Metoda determinării cantității de fier din ulei, se bazează pe luarea probelor de ulei la anumite intervale din care se determină conținutul de metal rezultat din uzură.

Metoda izotopilor radioactivi, constă în introducerea de material radioactiv în piesa cercetată și înregistrarea, cu ajutorul unui contor, a numărului de impulsuri datorită particulelor de material radioactiv antrenat, odată cu produsele uzării de către lubrifiant.

Datele statistice arată că numeroase mașini sunt trimise în reparație prematur, iar uneori, cu întârzieri [ ], [ ]. Din aceste motive, se impune din punct de vedere tehnic verificarea și stabilirea stării tehnice, estimată după diferite criterii [ ]: de funcționare, starea uleiului, funcție de zgomote și vibrații produse, timpul de răspuns la comenzile primite, consumul de energie, analiza gazelor rezultate, modificarea presiunilor în instalație etc.

Orice echipament sau mașină are în componență sa piese importante, de a căror funcționare depinde calitatea, productivitatea sau chiar exploatarea ei. Piese importante sunt: arborele cotit, bielele, cuplaje, uzura pompei etc.

Determinarea, depistarea defectelor ascunse poate fi făcută hidraulic, pneumatic, prin defectoscopie magnetică, prin radiații „X” sau „γ”, control ultrasonic sau cu substanțe luminiscente.

4.6 Limitele admisibile ale uzurilor

Buna funcționare și durata de viață a oricărui organ de mașină în frecare, sunt strâns legate de asigurarea unui regim de ungere normal și folosirea lubrifiantului adecvat.

Principalele funcțiuni cerute unui lubrifiant sunt [ ], [ ]:

reducerea frecărilor dintre suprafețele în frecare, pentru a obține un randament mecanic maxim. Această funcție este dependentă de regimul de ungere care se stabilește în funcție de condițiile de funcționare a cuplului de frecare.

protejarea suprafețelor metalice în frecare împotriva uzuri, prin înlăturarea pe cât posibil a contactului direct dintre acestea, evitând pericolul de gripaj, precum și prin evacuarea tuturor impurităților care pot ajunge între suprafețe, pe diverse căi, înlăturând abraziunea.

etanșarea maximă, împotriva gazelor și lichidelor, mai ales la motoarele cu ardere internă.

asigurarea echilibrului termic al motorului, prin participarea la evacuarea unei mari cantități de căldură produsă prin frecare.

Limitele de uzură se apreciază în baza următoarelor criterii: criteriul tehnic, criteriul tehnologic sau funcțional, criteriul economic, criteriul recondiționabilității și criteriul siguranței în exploatare.

Criteriul tehnic, acest criteriu permite stabilirea limitelor de uzură din considerente de rezistență, din încărcarea care solicită piesa, din condițiile frecării la care este supusă piesa, a solicitărilor termice etc. criteriul tehnic este caracteristic pieselor și asamblărilor a căror utilizare peste limita de funcționare duce la apariția uzurilor de avarie, adică la creșterea bruscă a uzurii, la apariția bătăilor anormale și la înrăutățirea condiților de lucru.

Jocul îmbinării în acest caz, va fi de forma [ ]:

, (4.7)

unde : este jocul limită al ansamblării;

– jocul inițial de montaj al îmbinării;

– uzura limită a arborelui;

– uzura limită a alezajului.

În cazul durabilităților diferite ale celor două piese din îmbinare, ceea ce este specific lagărelor de alunecare, jocul maxim „” va fi determinat de uzura maximă a uneia din piese, și va fi dat de relația [ ]:

, (4.8)

unde este uzura nominală a arborelui;

– jocul inițial de montaj al îmbinării.

Criteriul funcțional, denumit și criteriul tehnologic, se aplică pieselor care după o anumită perioadă de funcționare nu mai realizează indicii funcționali, impuși procesului de lucru. Criteriul funcțional poate fi completat și verificat de criteriul economic, în sensul că, la uzura acestor organe, crește necesarul de putere, se mărește consumul de conbustibil și cresc pierderile.

Toate aceste duc la mărirea cheltuielilor de producție peste anumite limite.

Criteriul recondiționabilității, unele organe de mașini pot fi utilizate până la un anumit grad de uzură, a cărui intensitate se menține constantă, fără a apărea uzura de avarii. Însă înrăutățirea indicilor calitativi se produce într-un stadiu acut de avansat, încât piesele respective nu mai pot fi recondiționate (exemplu saboții de frână).

Criteriul economic, consideră ca uzură limită momentul în care cresc peste anumite valori, cum ar fi: consumul de ulei, consumul de energie etc, ceea ce ar duce la creșterea exagerată a cheltuielilor de producție. Toate aceste pierderi se datorează uzurii peste o anumită limita a unor piese care influențează direct procesul tehnologic.

Limita de uzură va fi stabilită în zona unde cheltuielile totale au o valoare minimă.

În literatura de specialitate [ ], [ ] se mai întâlnește și criteriul siguranței în exploatare în deosebi la sistemele de frânare, elemente de legătură etc., care trebuie să garanteze securitatea muncii.

4.7 Principiile diagnosticării și restabilirii ajustajelor

Diagnosticarea tehnică constitue un element al sistemului de mentenață al mașinilor și echipamentelor tehnice și consta în testarea cu aparatură specializată a stării tehnice, după un proces tehnologic bine precizat, cu sau fără demontarea organelor componente și a ansamblurilor. Diagnosticarea se face în scopul descoperirii din timp a defecțiunilor, care ar putea avea drept consecințe reducerea performanțelor echipamentelor, mașinilor, etc, creșterea consumurilor, uzura rapidă și deteriorarea unor subansamble. Funcție de volumul de lucrări, diagnosticarea tehnică poate fi [ ], [ ] :

diagnosticarea tehnică parțială (când se constată consumuri energetice peste norme);

diagnosticarea tehnică completă (cu ocazia întreținerilor tehnice periodice, pe timpul rodajului etc.).

Verificarea stării tehnice fără demontare poate fi estimată după diferite criterii [ ], [ ]:

aprecierea stării tehnice folosind instalația de frânare, în acest caz se determină puterea motorului, consumul specific și turația arborelui motor;

aprecierea stării tehnice prin auto frânare, metoda se bazează pe legătura dintre puterea dezvoltată pe fiecare cilindru în parte și turația dezvoltată de motor;

aprecierea stării tehnice după analiza uleiului, se iau probe de ulei (0,1 … 3 litri, la 340…370°k), determinându-se conținutul de metal după volum, după masă, după vâscozitate etc;

aprecierea stării tehnice pe baza analizei gazelor refulate;

aprecierea stării tehnice după zgomotele și vibrațiile din ansambluri;

determinare stării tehnice pe cale pneumatică și hidraulică.

După demontarea generală a unui echipament tehnic se impune spălarea, degresarea și uscarea pieselor. Controlul pieselor se face ținând cont de rolul funcțional, urmărindu-se defectele ascunse, uzurile și defectele de suprafță rezultând o triere a acestora după norme tehnice cum ar fi [ ], [ ]:

materialul piesei;

tratament termic – durabilitate;

aspect exterior – fisuri, crăpături, rupturi;

jocuri sau strângeri nominale – limite admisibile, mărirea uzurilor admisibile, formă geometrică, poziție reciprocă, calitatea suprafeței;

dimensiuni de recondiționare cu toleranțele admisibile;

elaborarea concluziilor.

Controlul defectelor ascunse poate fi: hidraulic, pneumatic, prin defectoscopie magnetică, prin radiații cu raze „X” sau raze „γ” control ultrasonic sau cu substanțe luminiscente.

Metodele de restabilire a ajustajelor, sunt următoarele [ ]: metoda dimensiunilor (treptelor) de reparații, metoda compensării uzurii unei piese prin apor de material sau bucșare, metoda înlocurii ambelor piese din îmbinare, cu altele noi, cu piese de schimb.

4.8 Starea limită la îmbinările fus – lagăr

La arborii cotiți operațiile de control se fac prin examen vizual, cu aparate universale de măsură sau cu dispozitive speciale de control. Prin examen vizual se constată starea tehnică generală a arborelui cotit și mai ales defectele exterioare (rizuri, fisuri, rupturi etc.), iar cu instrumente și dispozitive speciale se determină mărimea uzurilor.

Cele mai frecvente defecte ale arborilor cotiți pot fi : uzura fusurilor, a suprafețelor cilindrice exterioare de îmbinare a pieselor conjugate, a canalelor de pană, a canelurilor, a fileturilor, precum încovoierea sau torsionarea lor. Arborii cotiți se reformează (rebuteză) dacă au defecte ca fisuri, sufluri, incluziuni sau uzuri ale dimensiunilor pentru ajustaje peste limitele admisibile.

4.8.1 Jocul limită la îmbinările cu sarcină constantă

În cazul îmbinării fus – lagăr, poziția arborelui este în funcție de turația acestuia. Pentru n = 0 , fusul fiind în repaus, se reazămă liber pe partea interioară a lagărului (fig. 4.1), centrul fusului fiind la j/2 de la centrul lagărului.

Fig. 4.1 Poziția arborelui în lagăr, în stare de repaus

Dacă tuarația „n” crește atunci se formează un strat de lubrifiant între fus și lagăr care acționează ca o pană de ulei ce ridică fusul de pe lagăr, și-l împinge în sensul rotirii (fig. 4.2)

Fig. 4.2 Poziția arborelui în lagăr, în stare de funcționare [ ]

Centrul fusului conform figurii 4.2 se va deplasa astfel după o curbă apropiată de un semicerc cu diametrul „=j/2”, dacă „n” tinde spre „”, poziția axei fusului tinde să coincidă cu axa lagărului.

Capacitate de susținere a fusului, sau sarcina specifică „” este dată de relația [ ]:

, (4.9)

în care: F este suma forțelor verticale care apasă pe fus;

d – diametrul fusului:

l – lungimea fusului.

Presiunea maximă „” în stratul de lubrifiant v-a corespunde stratului minim „” (fig. 4.2).

Într-o secțiune „h” (fig. 4.3) debitul este identic cu cel din secțiunea minimă „” (conform legii lui Bernouli), astefel se obține [ ], [ ]:

, (4.10)

În care:este presiunea medie;

– vâscozitatea lubrifiantului;

n – turația;

d – diametrul arborelui;

c = d + l;

l – lungimea fusului.

Fig. 4.3 Schema de calcul a presiuni lubrifiantului

Datorită uzării fusului și lagărului, jocul „j” crește și fusul coboară în lagăr datorită pierderilor de lubrifiant. Jocul limită (maxim admis) în funcționare, se consideră acela la care suprafețele fusului și lagărului se ating, adică îmbinarea nu mai funcționează în condiții de frecare lichidă. În acest caz limită, grosimea minimă a stratului de lubrifiant la frecvența de rotație și sarcină normală scade până la valoare:

, (4.11)

unde: este rugozitatea maximă a lagărului;

– rugozitatea maximă a fusului.

Luând în considerare relația (4.10), relația (4.11) devine:

(4.12)

din relația (4.12), se obține:

. (4.13)

Jocul optim (fig. 4.3), considerat cel de rodaj, cu care începe funcționarea normală, se consideră când λ=0,5 (când λ=0,5→j→), se obține [ ], [ ]:

λ=. (4.14)

Din relația (4.14), se obține:

. (4.15)

Ținând cont de relația (4.10) și (4.14), în care se consideră că →, rezultă:

. (4.16)

Pentru a exprima jocul limită în funcție de jocul optim, se împarte relația (4.13) la (4.16), astfel se obține:

, (4.17)

Din relația (4.17), rezultă:

. (4.18)

Trebuie avut în vedere că , trebuie să fie mai mică decât mărimea particulelor de impurități care trec prin filtrul de ulei, de asemenea „” și „” pot fi acceptate, cu condiția ca să aibă loc frecare lichidă.

4.8.2 Jocul limită la îmbinările cu sarcină variabilă

Pentru a exista o frecare lichidă este necesar ca stratul minim de lubrifiant să respecte relația:

, (4.19)

adică suprafața lagărului și fusului să nu vină în contact direct.

Exemplul reprezentativ al îmbinărilor cu sarcină variabilă este mecanismul bielă – manivelă. Considerând asigurarea ungerii în condițiile lucrului mecanic de lovire, se obține [ ], [ ]:

, (4.20)

unde: m este masa redusă a pieselor mobile;

R – raza mecanismului (manivelei);

n – turația manivelei:

η – vâscozitatea lubrifiantului;

d – diametrul arborelui;

l – lungimea fusului;

h – grosimea stratului de lubrifiant.

Mărimile n, η, h având variații insemnate în timpul funcționării mecanismului bielă – manivelă, trebuie corelate astfel încât să fie asigurată mărimea stratului minim de lubrifiant. Supraâncărcarea motorului duce la o scădere a tuarției „n”, la o creștere bruscă a presiunii „p” și la o micșorare puternică a lui „” care provoacă uzura forțapă a pieselor și apoi distrugerea lor.

4.8.3 Ovalizarea limită în lagărele de alunecare

Ovalizarea admisibilă în îmbinările fus – lagăr cu mișcare de rotație. Forma ideală a acestor îmbinări este cilindrică, în funcționare însă, crește ovalitatea lagărului până la anumite limite, când funcținarea nu mai corespunde.

În funcționare, fusul se va uza aproximativ uniform, menținându-și forma geometrică. Lagărul însă, devine oval, pierzându-și treptat forma cilindrică. Uzura cuzinetului are valoarea maximă în punctul „D” (fig. 4.4) și fusul coboară în lagăr, iar la un moment dat, nu se mai poate realiza stratul de lubrifiant în formă de pană, care și îndepărteze fusul de lagăr.

Fig. 4.4 Poziția fusului în lagărul cu ovalizarea maximă admisibilă

Notând cu „x” uzura radială a fusului, cu „y” mărimea cu care trebuie să coboare punctul „D” pentru a avea limită maximă a ovalității lagărului, cu „R” raza lagărului înainte de uzare, cu „r” raza fusului neuzat, cu „” raza fusului uzat, cu „” jocul inițial, și cu „” raza lagărului uzat, se poate scrie:

, (4.21)

, (4.22)

. (4.23)

Din figura 4.4, rezultă:

, (4.24)

sau

. (4.25)

Neglijând termenul și descompunând în serie după binpmul lui Newton rezultă:

. (4.26)

Notând cu x=k∙y, în care coeficientul „k” arată de câte ori se uzează mai repede o piesă aflată în mișcarea de rotație față de o piesă fixă se obține:

. (4.27)

Indiferent de raportul între „x” și „y”, ovalizarea limită a alezajului, va fi:

. (4.28)

Ovalizarea admisibilă la îmbinările fus – lagăr cu mișcare pendulară. Considerând că limitele maxime ale ovalizării sunt: „x” pentru arbore, „y” pentru alezaj, indiferent de valoarea lui „k”, suma lui „x” și „y” nu trebuie să depășească diferența dintre jocul maxim „” și cel inițial al îmbinării „”, valoarea la care apar bătăile, astfel că [ ]:

(4.29)

Notând y=kx, valorile limită pentru „x” și „y”, vor fi:

, (4.30)

. (4.31)

4.9 Concluzii

Cunoștințele despre comportamentul tribologic al materialelor constitue, pentru inginerul mecanic, date esențiale pentru asigurarea duratei de viață și a fiabilității sistemelor mecanice.

Analiza structurilor complexe din construcția mașinilor sub aspect tribologic pleacă de la celule de bază și care sunt constituite și care poartă numele de cuple de frecare sau în accepținea mai largă tribosisteme.

Așadar, noțiunea de tribologie depășește cu mult ceea ce se înțelege prin tehnica ungerii, uzură etc., și cuprinde întreaga știință a frecării și uzurii [ ], [ ], [ ] .

Ansamblul de două sau mai multe corpuri în contact, supuse unei mișcări relative de alunecare, rostogolire, pivotare sau o combinație a acestora formează „cupla de frecare”.

Procesul de uzare înseamnă modificare nedorită a dimensiunilor, a calității suprafetelor, a poziției și formei lor geometrice etc. [ ], [ ]. Pe suprafețele de lucru apar rizuri și zgârieturi, formele cilindrice devin ovale sau conice, iar uneori se produc încovoieri sau răsuciri.

Duritatea superficială poate scădea uneori pe măsură ce crește uzura, cum este cazul pieselor cu tratamente termice superficiale (cementare, călire, nitrurare etc.) alteori duritatea superficială poate crește cu uzura, ca urmare a ecruisării, provocând o creștere treptată a fragilității stratului superficial, ceea ce accelerează uzura.

În funcție de starea de mișcare a pieselor dintr-o îmbinare, frecarea poate fi: de repaus (statică) sau de mișcare. Frecarea de mișcare poate fi de alunecare, de rostogolire, de pivotare sau complexă. Funcția de existenă sau a unui lubrifiant, frecarea poate fi: uscată, semiuscată, limită, semilichidă sau semifluidă și frecarea lichidă sau fluidă [ ], [ ], [ ].

Asupra caracterului și mărimii uzurii, influențează atât factorii dependenți de caracterul materialului, cât și factorii dependenți de condițiile în care este supus să lucreze materialul.

În funcție de procesul de măsurare, distingem următoarele metode de apreciere a uzurii:

măsurarea directă a uzurii asupra pieselor;

măsurarea indirectă, cu ajutorul undicilor funcționali sau prin determinarea metalului din uleiul de ungere.

Limitele de uzură se determină în baza unor criterii, prin metode analitice, metode grafice sau experimentale. Limitele de uzură se apreciază în baza următoarelor criterii: criteriul tehnic, criteriul tehnologic, sau funcțional, criteriul economic, criteriul recondiționabilității și criteriul siguranței în exploatare.

Diagnosticarea tehnică constitue un element al sistemului de mentenanță a mașinilor și echipamentelor tehnice și constă în testarea cu aparatură specială a stării tehnice, după un proces tehnologic bine preciziat, cu sau fără demontarea pieselor și ansamblurilor.

CAPITOLUL 5

FORȚELE ȘI MOMENTELE DIN MECANISMUL MOTOR

5.1 Generalități

Forțele care lucrează în mecanismul motor se grupează în:

forțele produse de presiunea gazelor din cilindru;

forțele de inerție ale maselor în mișcare;

forțele de greutate;

forțele de frecare.

Dintre toate organele motorului, arborele cotit suportă cele mai mari solicitări. Sub acțiunea forțelor care lucrează în mecanismul motor, în elementele arborelui cotit apar solicitări de întindere, compresiune, încovoiere și răsucire.

Defecțiunile care apar la arborii cotiți în timpul exploatării motorului pot fi: deformații remanente (încovoieri, torsionări), fisurarea arborilor, uzura unor tronsoane cilindrice (ale fusurilor), deteriorarea găurilor de centrare, a găurilor filetate și a filetelor exterioare, a îmbinărilor cu pană sau a canelurilor etc. Toate acestea justifică preocuparea în cadrul tezei de doctorat privind recondiționarea arborelui cotit.

5.2 Cinematica mecanismului bielă – manivelă

Cinematica mecanismului bielă-manivelă se structurează în următoarele ipoteze simplificatorii:

motorul funcționează în regim stabilizat (turația motorului este invariabilă în timp);

viteza unghiulară a arborelui cotit este constantă ().

Pe baza ultimei ipoteze cinematica manivelei este independentă de particularitățiile geometrice ale mecanismului bielă – manivelă. În schimb cinematica depinde de tipul mecanismului bielă – manivelă. Mecanismul bielă – manivelă poate fi:

axat sau dezacxat;

normal sau cu bieletă.

Mecanismul bielă – manivelă este axat, când axa cilindrului întâlnește axa de rotație a arborelui cotit (fig. 5.1,a). Mecanismul bielă – manivelă se numește dezaxa, când axa cilindrului este deplasată față de axa de rotație a arborelui cotit cu distanța „e” numită excentricitate (fig. 5.1, b).

Fig. 5.1 Schemele mecanismului motor: a – axat; b – dezaxat

Pentru pretarea forțelor din mecanismul motor, prezintă interes cinematica sistemului. Se utilizează următoarele notații (fig. 5.2) [ ]:

l – lungimea bielei;

r – raza manivelei;

S – cursa pistonului;

s – deplasarea (spațiul) pistonului față de pmi;

– unghiul dintre bielă și axa cilindrului;

α – unghiul dintre manivelă și axa cilindrului.

Fig. 5.2 Elementele geometrice și cinematice ale mecanismului motor (bielă – manivelă)

Deplasarea pistonului este identică cu deplasarea punctului „P”. Din figura 5.2 rezultă:

(5.1)

Înlocuind segmentele și cu proiecșiile bielei și manivelei pe axa cilindrului, relația (5.1) devine:

. (5.2)

Proiecțiile pe verticală a lungimilor bielei și manuvelei, rezultă (fig. 5.2):

. (5.3)

Se va nota raportul , care variază în limitele [ ]:

. (5.4)

cu notațiile de mai sus, relația (5.3), devine:

. (5.5)

La motoarele de turism [ ], ; la motoarele de canion

Pe baza relațiilor trigonometrice se obține:

. (5.6)

cu aceste relații expresia (5.2), devine:

. (5.7)

Pentru studiul dinamic este util să se exprime deplasarea pistonului într-o formă mai simplă. Funcția „s” din relația (5.7) se poate dezvolta în serie Fourier. Astfel se obține:

(5.8)

(5.9)

Pentru calculele forțelor de inerție care solicită organele mecanismului motor, este suficient să se ia în considerare numai primele două armonici. În acest caz expresia (5.7) se simplifică și se obține relația aproximativă a deplasărilor pistonului:

, (5.10)

care dă o eroare sub 1% față de expresia exactă a deplasării „s”.

Viteza de deplasare a pistonului poate fi calculată din relația (5.10) și anume:

. (5.11)

Astfel se obține:

… (5.12)

Pentru accelerație, se obține:

. (5.13)

Astfel se obține din relația (5.12):

(5.14)

Dacă se neglijează termenii de la „” în sus inclusiv, atunci expresiile (5.12) și (5.14) devin:

. (5.15)

. (5.16)

Din relația (5.15) și (5.16), valorile maxime și minime ale vitezei și accelerației pistonului sunt:

Pentru . (5.17)

, (5.18)

Pentru α=0 și α=, se obține:

. (5.19)

respectiv: . (5.20)

Calculul analitic pentru s, v și a permite și construirea curbelor de variație grafică a acestor parametrii pentru mecanismul motor.

Relațiile utilizate pentru determinarea spațiului (s), a vitezei (v) și a accelerației (a), pentru mecanismul dezaxat (fig. 5.1,b), sunt de următoarea formă:

. (5.21)

. (5.22)

, (5.23)

în care: , unde „e”este valoarea dezaxării.

Din analiza relațiilor (5.21), (5.22) și (5.23), rezultă că spațiul parcurs de piston la mecanismele din figura 5.1, b diferă de situația mecanismelor din figura 5.1, a prin termenul „λ∙k∙sinα”, care ia în considerare efectul dezaxării.

5.3 Forțele din mecanismul bielă – manivelă.

La funcționarea motorului, asupra elementelor mecanismului bielă – manivelă acționează în principal următoarele categorii de forțe: forța generată de presiunea gazelor din cilindru, forțe de inerție, forțe de frecare și forțe generate de greutatea sistemului.

Forțele produse de presiunea gazelor sunt forțe interioare care se echilibrează în interiorul motorului și nu se transmit reazemelor. Forța rezultată a presiunii gazelor din cilindru, aplicată pe capul pistonului, este dată de relația [ ]:

, (5.24)

unde: D este diametrul cilindrului;

– presiunea indicată a gazelor, (daN/);

– presiunea mediului ambiant, ( = 1 daN/).

Forțele de inerție sunt produse de masele cu mișcare accelerată ale mecanismului bielă – manivelă și anume: grupul piston, grupul bielă, arborele cotit. După natura mișcării acestor mase se disting: forțe de inerție produse de organele în mișcare de translație, forțe de inerție produse de organe în mișcare de rotație și forțe de inerție proprii mișcării bielei. Ansamblul acestor forțe este transmis de mecanism în exterior reazemelor, provocând vibrația motorului.

Dacă motorul este fixat rigid pe cadru, forțele ce acționează asupra cilindrului vor fi resimțite de cadru, care va primi șocuri. în cazul motorului fixat elastic pe cadru, forțele de inerție nu se transmit cadrului.

La motoarele policilindrice, forțele de inerție pot forma momente de răsturnare în planul cilindrilor care după dispoziția cilindrilor și a pistoanelor se pot însuma sau anula reciproc.

Forța de inerție dezvoltată de organele care compun grupul piston (piston, segmenți, bolț) este dată de relația obținută prin considerarea primilor 2 termeni din dezvoltarea în serie a relației:

. (5.25)

Forța de inerție se calculează cu relația:

, (5.26)

unde: este masa totală a pieselor componente;

– accelerația pistonului.

Forța de inerție calculată cu relația (5.26) acționează după axa cilindrului având sensul variabil în cursul unui ciclu, întotdeauna invers accelerației și din această cauză se adună sau se scade din forța dată de presiunea gazelor , relația (5.24).

Forța de inerție a pieselor cu mișcare de rotație se determină cu o relație de tipul:

, (5.27)

unde: este masa pieselor în mișcare de rotație concentrată în centrul de greutate;

– raza centrului de greutate față de axa de rotație.

Pentru arborele cotit, ținând seama de părțile sale componente și de poziția centrului de greutate ale ficăreia (brațe, fusuri, manetoane, contragreutăți) se va putea scrie:

, (5.28)

unde indicii se referă la brațe (bc), contragreutăți (cg) și fusuri maneton (fm).

Forța lucrează în planul cotului arborelui cotit și se poate înlocui cu doua forțe:

componenta orizontală și – componenta verticală (fig. 5.3), astfel se obține:

. (5.29)

. (5.30)

Componentele , și produc trepidații după axa cilindrului și respectiv în planul perpendicular pe axa cilindrului.

Fig. 5.3 Schema forțelor de inerție

Forțele de inerție ale bielei, rezultate din mișcarea plană a bielei se vor exprima ținând seama de componentele corespunzătoare celor trei accelerații [ ], astfel vom avea:

forța de inerție corespunzătoare mișcării de translație ;

forța de inerție corespunzătoare accelerației normale din mișcarea de rotație;

forța de inerție corespunzătoare accelerației tangențiale din mișcarea de rotație.

Considerând un punct material A al bielei, situat la distanța „x” de centrul de greutate al bielei, forțele de inerție elementare vor fi cele din figura 5.4 .

Studiul forțelor pentru mișcarea bielei în raport cu centrul său de greutate arată că forțele de inerție se reduc la o forță de inerție rezultată din mișcarea de translație și un moment al cuplului forțelor de inerție tangențiale .

Forța rezultantă transmisă de piston va reprezenta suma forțelor de presiune și de inerție:

, (5.31)

unde: este masa totală a grupului piston și cota parte din bielă ce execută mișcarea de translație, considerată ca masă concentrată în piciorul bielei.

Fig. 5.4 Forțele de inerție ale bielei [ ]

Forța F din relația (5.31) se descompune după normala la cilindru și după axa bielei (fig. 5.5), astfel se obține:

, (5.32)

, (5.33)

Fig. 5.5 Forțele din mecanismul bielă – manivelă [ ]

În butonul manivelei (M), forța din bielă (fig. 5.5) se descompune în componenta , după normala la planul cotului și componenta , după direcția brațelor cotului:

(5.34)

. (5.35)

Calculul forțelor este laborios și include operații de rutină, repetabile la frecare unghi α și .

5.4 Momentul motor

Momentul motor va fi dat de forța și are valoarea:

. (5.36)

Făcând egalitatea dintre lucrul mecanic creat de presiunea gazelor și lucrul mecanic echivalent consumat la manivelă, rezultă relația:

, (5.37)

din care se obține expresia momentului motor sub forma:

. (5.38)

Expresia din paranteză evidențiază caracterul variabil al momentului motor la care este supus arborele principal al motorului, chiar în condițiile în care forța F ar avea o valoare constantă. Se constată că pentru diferite unghiuri de poziție ale manivelei produsul:

, (5.39)

are ca limite = 0 și . Prin urmare, dacă se ia în considerare raportul:

, (5.40)

în care , rezultă că momentul de torsiune determinat de forța „F” ce solicită arborele motor poate fi exprimat și sub forma:

. (5.41)

Această variație în timp a cuplului motor, conform relației (5.38), determină o variație a vitezei unghiulare în decursul unui ciclu de lucru. Pentru a limita domeniul de variație a vitezei unghiulare este necesară introducerea volantului pentru uniformizarea mișcării. O consecință imediată a variației periodice a forțelor este solicitarea la oboseală a elementelor componente ale mecanismului bielă – manivelă.

Defecțiunile care apar la arborii cotiți în timpul exploatării pot fi:

deformații remanențe ale arborilor (încovoieri, torsionări);

fisurarea arborilor;

uzura unor tronsoane cilindrice;

deteriorarea găurilor de centrare;

deteriorarea găurilor filetate și a filetelor exterioare;

deteriorarea îmbinărilor cu pană sau a canelurilor etc.

Uzurile menționate fac să crească raza brațului maneton și dau fisurilor forma ovală. Uzarea se manifestă prin scăderea presinunii uleiului, iar în fază mai înaintată, și prin bătăi sesizabile cu ajutorul steotscopului și chiar fără acesta, ca urmare a măriri jocurilor dintre fusuri și cuzineți.

Recondiționarea fusurilor uzate se realizează prin două metode:

prelucrarea la dimensiuni (trepte) de reparații;

compensarea uzurii prin aport de material.

5.5 Concluzii

Dintre principalii indici de exploatare, care caracteiziează starea tehnică a unei mașini, se remarcă: forța și puterea de tracțiune dezvoltată, consumul de combustibil și ulei, puterea necesară pentru acționare, productivitatea mașinii, calitatea lucrărilor efectuate etc.

Ca urmare a frecării în condiții de căldură, presiune, șocuri etc., uzurile pot apare datorită adeziunii, abraziunii, coroziunii sau impactului.

Mecanismul de producere a uzurii este declanșat de către solicitările tribologice ca urmare a interacțiunii materiale și prin forțe a suprafețelor în contact, legate de transformarea energiei de frecare.

La motoarele cu bielă scurtă, avantajul înălțimii mai mici și ca urmare al masei mai reduse se penalizează prin lucrul mecanic de frecare mai mare și viteza de uzare mai ridicată. Când nu există constrângeri severe pentru înălțimea motorului, se preferă soluția cu biele lungi, pentru a mări durabilitatea.

MAS-ul folosește biele scurte (), iar MAC-ul folosește biele lungi (. Se observă că „λ” nu este un simplu raport cinematic, ci un factor constructiv care concurează la unele performanțe de vârf ale motorului (masă, înălțime, durabilitate, randament mecanic etc.). unele motoare de putere se prevăd cu mecanism motor dezaxat, pentru a reduce uzura pistonului și cilindrului.

Calculul forțelor și momentelor este laborios și include operații de rutină, repetabile la frecare unghi „α” și „β”.

CAPITOLUL 6

TENOLOGII AVANSATE DE RECONDIȚIONARE A PIESELOR DE TIP ARBORE

6.1 Aspecte generale

În timpul exploatării, arborii cotiți, chiar dacă sunt întreținuți corespunzător, au o ungere corectă, chiar dacă sunt bine dimensionați, suferă uzuri, mai mari sau mai mici, după gradul, direcția și zona de solicitare la care trebuie să facă față.

Uzurile arborilor cotiți se manifestă prin: modificarea dimensiunilor, modificarea formei geometrice, apariția defectelor superficiale etc. Defectele superficiale se manifestă prin: modificarea strucutrii stratului superficial, microfisuri și fisuri vizibile, arsuri ale suprafeței, smulgeri de metal etc.

În timp îmbinarea fus-lagăr (arbore cotit), are la început o uzură relativ mare pe unitatea de timp, după care viteza uzurii se va menține relativ constantă, îmbinarea având un regim normal de funcționare până în a treia etapă, când jocurile cresc accelerat, apar bătăi, șocuri, zgomote, încălziri mai mari, ungere insuficientă. Aceste aspecte pot provoca distrugerea arborelui cotit.

Pe perioada funcționării arborilor cotiți, în timp, avem următoarele etape dependente de uzura pieselor în contact (fus-lagăr), respectiv de jocul dintre cele două suprafețe [ ],[ ],[ ] (fig. 6.1):

I, perioada de rodaj (frecări mai mari);

II, timpul normal de funcționare, cu o uzură constantă (mică);

III, apariția uzurii accelerate, distrugerea pieselor în contact.

Funcționarea motorului în perioada a III -a de evoluție a uzurii, nu se admite, deoarece poate duce la distrugerea ansamblului fus – lagăr.

Fig. 6.1 Variația jocului dintre două suprafețe în timp [ ]

Timpul normal de funcționare „”, denumit durabilitatea îmbinării, va fi dat de expresia (fig. 6.1)

, (6.1)

unde: este jocul maxim din îmbinare, în ;

– jocul minim din îmbinare, în ;

– intensitate uzării.

Din relația (6.1), se pot desprinde următoarele concluzii:

pentru creșterea perioadei de funcționare, trebuie urmărit ca unghiul „α” să fie cât mai mic (prin ungeri corespunzătoare, utilizare rațională, evitarea regimurilor maxime etc.);

un rodaj corect, fără solicitări mari în perioada inițială, pentru formarea corespunzătoare a suprafețelor de contact;

la reparațiile făcute, se vor lua măsuri de reducere a jocului până la un minim posibil de realizat;

la constatarea că jocul funțional tinde spre jocul maxim, funcție de configurația pieselor în contact, se pot lua măsuri de refacere uneia dintre piese, recondiționare, bucșare etc.

În vederea stabilirii durabilitatii unei îmbinări este necesar a se cunoaște intensitatea uzurii (tg α) și măsurile extreme ale jocului (v. rel. 6.1).

Intensitatea uzurii se stabilește experimental, măsurând jocul „”, după timpul de rodaj „I” (fig. 6.1), iar după un timp oarecare de frecare de funcționare „” (de exemplu ≈500h), se măsoară jocul maxim la care s-a ajuns, și se obține:

, (6.2)

în care: se determină analitic sau experimental.

Intensitatea uzării (tg α) fiind influențată de o complexitate de factori variabili, determinarea unor relații analitice, care să exprime o lege unică de variație a uzurii în timp, comportă dificultăți și necesită perfecționări în viitor.

6.2 Măsurarea dimensiunilor arborilor uzați

Controlul arborilor, se referă la uzura fusurilor, a suprafețelor cilindrice exterioare de îmbinare cu piesele conjugate, a canelurilor, a canalelor de pană, a filetelor, încovoierea sau torsionarea lor, precum și a fusurilor.

Operațiile de control se fac prin examen vizual, cu aparate universale de măsură sau cu dispozitive speciale de control. Prin examen vizual se constată starea tehnică generală a piesei și mai ales defectele exterioare, cum ar fi : rizuri, fisuri, spărturi, rupturi etc., iar cu instrumente și dispozitive speciale se determină mărimea uzurilor.

Uzura fusurilor se controlează cu șublere, micrometre, calibre, mașini de măsurat în coordonate etc. Principalele abateri de formă ce se verifică, sunt ovalitatea și conicitatea.

Ovalitatea, se determină ca diferență între diametrele măsurate în două plane perpendiculare. Conicitatea, se determină ca diferență între diametrele măsurate în lungul fusului arborelui.

Partea conică a arborelui cotit se verifică cu micrometrul, pe mai multe direcții radiale, iar lățimea părții pline se controlează cu calibre potcoavă. Lățimea golurilor canelurilor poate fi verificată cu calibre tampon plate, la fel și canalele de pană.

Măsurarea în plan, respectiv măsurarea individuală a dimensiunilor arborelui cotiti utilizând instrumente de măsurare clasice (șubler, micrometru, comparator etc.) nu mai este suficientă, făcându-se simțită nevoia de măsurare în spațiu, în care piesa este analizată și măsurată într-un sistem de măsurare tridimensional.

Avantajele măsurilor în coordonate sunt multiple, cele mai importante sunt:

MMC măsoară dimensiunea, forma și poziția tuturor elementelor geometrice ale piesei fără nici un alt instrument cunoscut;

timpii de măsurare sunt redusi;

posibilitatea măsurării a unor piese de formă și dimensiuni diferite;

siguranța măsurătorilor efectuate;

înregistrarea mărimilor măsurate;

asigură reproducerea mărimilor măsurate.

Mașinile de măsurare în coordonate sunt utilizate pentru măsurarea cu precizie (0,5-2,5 μm) a dimensiunilor unei piese sau ale majorității abaterilor geometrice.

MMC sunt prevăzute cu o masă masivă, de obicei de granit, având o precizie dimensională și de formă foarte bună. În funcție de varianta constructivă, o piesă așezată pe masa mașinii poate fi adusă în zona de măsurare prin deplasări pe direcția „x” și „y”. Palparea suprafețelor de măsurat se face cu ajutorul unui cap de măsurare special care se deplasează pe axa „z”. Forma capului de palpare este aleasă în funcție de piesa ce urmează a fi măsurată.

Palpatoarele capului de măsură sunt cilindrice având o sferă din rubin în vârf. Pentru măsurare se ia în considerare doar cotele centrului sferei. Din acest motiv calculatorul face corecțiile necesare, prin soft, considerînd de fiecare dată, la frecare palpare raza sferei palpatorului cu care se face măsurarea.

6.3. Tendința în diagnosticarea avansată a echipamentelor tehnice

Sistemele noi de asigurare a service-ului implică utilizarea unor metode avansate privind tehnicile de evaluare a performanțelor mașinii. Structura mecatronică a mașinilor va asigura autoîntreținerea și diagnosticarea la distanță. A apărut așa numitul „teleservice”, concept ce vine în sprijinul creșterii duratei de viață a mașinilor și menținerii calității lor.

Sistemul „teleservice” [ ] este în dezvoltare continuă, utilizând noi metode de evaluare a performanței mașinilor la diferite distanțe. Sistemul este util atât producătorilor cât și clienților.

6.4. Tehnologii avansate de recondiționare a pieselor de tip arbore

Noțiunea de recondiționare se referă totdeauna la un reper, în timp ce noțiunea de reparație, se referă la un ansamblu sau un echipament industrial luat în totalitate [ ] , [ ].

Procedeele de recondiționare pentru compensarea uzurii arborilor pot fi [ ] , [ ] : încărcarea prin sudură, depuneri de aliaje micropulverizante la rece sau la cald, metalizare, galvanizare, lipire, etc.

Costul unei recondiționării (), se poate determina cu relația [ ] :

= + + + , (6.3)

unde : este costul operațiilor pregătitoare ;

– costul manoperei aferente ;

– costul materialelor utilizate;

– regia atelierului respectiv.

Costul total al recondiționării este indicat să nu fie mai mult de 70-80% din prețul unei piese noi [ ] , [ ], cu condiția obținerii unei calități a piesei recondiționate egală cu cea a piesei noi. Dacă prețul recondiționării este egal cu al unei piese noi, recondiționarea asigură economii însemnate față de situația înlocuirii.

Defecțiunile caracteristice arborelui motor sunt : fisuri sau crăpături, uzuri ale fusurilor paliere și a fusurilor manetoane, încovoierea, torsionarea, depuneri de impurități în canalele de ungere, deteriorarea filetelor, uzura locașurilor de pană și a găurilor din flanșă.

Arborele cotit, este una din cele mai importante și costisitoare piese din componențamotoarelor și din aceste motive fabricația lui se execută din oțel C45 SR EN 10083 – 2 : 2007 sau oțeluri aliate de înaltă rezistență X210Crw12 SR EN ISO 4957 : 2002 pentru motoare de putere mare.

Metoda recondiționării prin metalizare (prin pulverizare) este un procedeu de depunere pe suprafețele metalice a unor straturi de metal, provenind din particule fine de metal topit, antrenate de un jet de aer comprimat sau gaz inert [ ].

Metalizarea prin pulverizare, are cele mai numeroase aplicații la recondiționarea arborilor din componența motoarelor. Asta pentru că straturile depuse sunt uniforme, rezistente la solicitări mecanice și la coroziune.

Avantajele recondiționării arborilor prin metalizare sunt :

piesa de bază nu suferă încălziri mari, maxim 150° C. ( de obicei nu se depășește 70° C);

procedeul este mai economic în comparație cu sudarea;

metalizarea se poate aplica pe suprafețe mari;

uzura pieselor metalizate se reduce mult.

Ca dezavantaje, amintim :

stratul de metal depus este dur și are o rezistență slabă la șocuri, încovoiere și întindere;

pe suprafețele metalizate, nu pot fi tăiate filete, danturi și găuri;

piesele metalizate nu pot fi prelucrate prin deformare plastică sau forjare.

Operațiile de pregătire a pieselor în vederea metalizării cuprind : demontarea, curățirea pieselor, control defectoscopic și pregătirea suprafețelor.

Pentru a se asigura o aderență cât mai bună a stratului de metal la piesele de recondiționat, avem nevoie de suprafețe curate, degresate, și acolo unde este cazul, de practicarea unor șanțuri (zgârieturi), pentru creșterea aderenței prin rugozitatea existentă.

Pentru topirea particulelor de metal necesare, depunerii prin metalizare, se pot utiliza mai multe tipuri de sursă de caldură, cum ar fi : flacără oxigaz, arc electric, și plasmă.

Grosimea stratului metalizat depinde de uzura arborelui și de prelucrările ulterioare la care va fi supusă suprafața respectivă. De exemplu, pentru fusuri, axe, arbori, straturile de metal, trebuie să fie depuse cu o grosime suficientă ca după operațiile de prelucrare mecanică finală, dimensiunile piesei, să fie identice cu cele ale unei piese noi. Grosimea „h” se calculează cu relația :

H = a + [ mm ] (6.4)

unde : a este adaosul de prelucrare;

D – diametrul nominal al piesei, în mm;

d – diametrul piesei după pregătirea suprafeței, în mm.

Pentru a se evita formarea fisurilor datorită tensiunilor produse supraîncălzirii arborelui, metalizarea se va face în straturi sucesive, grosimea stratului depus la o singură trecere nedepășind 0,5 mm [ ] , [ ]. Se recomandă răcirea lentă a arborelui.

6.5 Metodele și scopul încercării metalelor

Examinarea comportării metalelor se urmărește în prezent în cele mai diverse condiții de exploatare pentru ca să permită, o dată cu perfecționarea calculelor de dimensionare, restrângerea la minimum a coeficientului de siguranță [ ] , [ ].

În această cercetare a metalelor se recurge în primul rând la încercările mecanice de rezistență și tehnologice, completate cu analizele structurii (analiza metalografică).

Cu toate succesele obținute referitor la alegerea rațională a metalelor, creșterea durabilității în exploatare a unor piese de mașini supuse la solicitări ridicate (cum ar fii arborii cotiți), utilizarea unor materiale noi, metodele aplicate până în prezent nu au reușit să cuprindă toate caracteristicile determinate pentru comportarea unui metal oarecare în condiții reale de exploatare a arborilor cotiți. Se impune deci, dezvoltarea și completarea metodelor aplicate în încercările de metale.

Ținând seama de organizarea existentă în domeniul încercărilor de materiale, colectivele laboratoarelor de specialitate de la universitățile tehnice, trec la abordarea, unor probleme de cercetare, care depășesc sfera de activitate, a laboratoarelor uzinale, aducând contribuții la elucidarea diferitelor aspecte ale comportării mecanice ale metalelor.

Încercările de materiale sunt indisponibile pentru [ ] , [ ] : controlul calității materialelor primare folosite la fabricarea unui produs, verificarea pe faze de execuție a procesului tehnologic de fabricație a unor produse (sau reabilitarea unor organe de mașini), stabilirea cauzelor unor avarii, cercetări științifice legate de îmbunătățirea calității materialelor utilizate în construcțiile inginerești etc.

Propritățile materialelor pot fi grupate în următoarele grupe [ ] , [ ] :

proprietăți mecanice, care determină modul de comportare al materialelor în anumite acțiuni mecanice, cum ar fi : rezistența, elasticitatea, plasticitatea, tenacitatea, rezistența la uzură, reziliența, duritatea etc.;

proprietăți tehnologice, care arată modul de comportare, al materialelor la diferite procedee de prelucrare, cum ar fi : deformare plastică, sudură, așchiere, laminare, etc. ;

proprietăți fizice, care determină relațiile materialelor cu fenomenele fizice, cum ar fi : densitatea, greutatea specifică, dilatarea termică etc. ;

proprietăți chimice, care se referă la capacitatea materialelor, de a reacționa la acțiunea diferiților agenți chimici din mediul în care lucrează, de exemplu : rezistența la coroziune.

Încercările materialelor pot fi grupate, în funcție de proprietățile generale ale acestora, fiecare proprietate cuprinzând o serie de parametri, după cum urmează [ ] , [ ]:

încercări mecanice, cum ar fi : rezistență, duritate, reziliență, oboseală etc, ;

încercări tehnologice, care cuprind : îndoire, sudabilitate, ambutisare, prelucrabilitatea prin așchiere etc.;

încercări fizice, care cuprind : densitate, conductivitate termică, permeabilitate etc. ;

încercări chimice, care cuprind : coroziune, descompunere etc.

La aceste încercări trebuie adăugate și analizele chimice, precum și examinările de structură (examinările metalografice).

Încercarea materialelor la uzură, cuprind : uzura la aderență, termică, abrazivă, de oxidare, de ciupitură (pitting), de contact (fretting), prin cavitație.

Multitudinea fenomenelor și proceselor care au loc în straturile superficiale ale pieselor în frecare (arbori cotiți), conduc la modificări ale geometriei suprafețelor în contact (fus-lagăr), a structurii acestora și la formarea, în final, a unor straturi superficiale cu caracteristici specifice. Modificarea geometriei contractului (fus-lagăr),se referă la rugozitatea și ondulațiile suprafeței, geometria fiind determinată și de particulele abrazive din exterior sau rezultate din procesul de uzură.

Noțiunea de interfață este comună tuturor procedeelor care realizează îmbunătățirea calității suprafețelor prin depunerea unui strat dintr-un nou material pe suprafața substratului.

Evidențierea și analizarea fenomenelor care apar și se produc la nivelul interfeței strat-substrat în metalizarea termică vor fi analizate prin : aderență, structura stratului metalizat, reziliență, duritate Vickers, rugozitate, precizie geometrică, precizie dimensională etc.

6.5.1 Încercări de aderență

Aderența straturilor metalizate este un fenomen complex, unul de natură mecanică, urmată de unul de natură fizică și chimică. Aderența depinde de următorii factori [ ] , [ ] :

forma piesei metalizate;

modul de pregătire al suprafeței și gradul de rugozitate obținut;

natura metalului de aport ;

diametrul piesei de metalizat;

granulația particulelor rezultate din pulverizarea metalului topit;

temperatura particulelor în puncctul de impact;

grosimea stratului depus prin pulverizare;

gradul de puritate al aerului comprimat după trecerea prin separatorul de apă și ulei, etc.

Pentru mărirea aderenței, se poate recurge la realizarea unui strat intermediar, cu o aderență bună, și un al doilea strat care va avea o aderență mai mare datorită rugozității stratului intermediar [ ] , [ ] .

Aderența fiind în majoritate, rezultatul fenomenului mecanic de pătrundere și ancorare a particulelor metalice în rugozitățile obținute prin pregătirea suprafeței de metalizat, de aceea rugozitatea obținută are o importanță deosebită. Pentru acelasi grad de rugozitate, aderența variază și cu natura metalului de aport. [ ] , [ ].

Practic s-a demonstrat că rezistența la uzură a straturilor metalizate este foarte bună, iar pelicula de lubrifiant are o stabilitate mare.

Materialul de adaos utilizat este sub formă de sârmă sau sub formă de pulberi.

Determinarea aderenței se poate face utiilizând mai multe metode [ ] , [ ] :

microscopie electronică;

încercarea la tracțiune, în conformitate cu norma DIN 50160;

încercarea la forfecare conform STAS 11684/4 – 83;

analiza fractografică și analiza ruperii.

Metalizarea este un procedeu de recondiționare performant cu rezultate foarte bune în reondiționarea pieselor de tip arbore. Duritatea, tenacitatea precum și rezistența la forfecare ale straturilor superficiale cresc odata cu aplicarea stratului metalizat.

Condițiile în care are loc contactul dintre matrialul stratului și cel al substratului, teperatura și viteza de impact de valori ridicate, determină producerea la nivelul interfeței a următoarelor fenomene [ ] : aderența, difuzia, transformări de fază, formarea de tensiuni de interfață etc.

Evidențierea și analizarea acestor fenomene poate fi făcută cu microscopia electronică.

Modul de interacțiune al mecanismelor de aderență și ponderea lor influențează aderența stratului metalizat.

6.5.2 Încercări de încovoiere prin șoc (reziliență)

Folosirea economică și adecvată a materialului în construcția de mașini, este strâns legată de rezultatele încercărilor efectuate pe epruvete supuse la solicitări cât mai apropiate de cele din practică.

Experiențele au arătat că viteza de deformare influențează atât mărimea caracteristicilor mecanice ale metalelot, cât și comportarea acestora. Astfel, limita de curgere „” este cu atât mai mare, cu cât aplicarea sarcinii se face mai rapid.

Cea mai răspândită încercare dinamică prin șoc, este încercarea de încovoiere efectuată pe epruvete crestate, denumită impropriu încercarea de reziliență, după denumirea dată raportului dintre energia consumată la rupere și aria secțiunii transversale în dreptul crestăturii.

Încercarea de încovoiere prin șoc este destinată a studia comportarea tenace sau fragilă a metalului, în condiții de viteză de deformare mare, de temperatură și de stare de tensiune spațială. Se mai efectuează și pentru a controla calitatea și omogenitatea structurală a pieselor, a verifica uniformitatea tratamentelor termice aplicate și a examina gradul de îmbâtrânire a metalului folosit. Încercarea de încovoiere prin șoc pe epruvete cu crestătura în „U” se execută conform STAS 1400 – 75 și cele pe epruvete cu crestătura în „V” după STAS 7511 – 81.

Pentru efectuarea încercării la încovoiere prin șoc se folosește ciocanul „charpy”, datorită simplității și robusteții construcției.

6.5.3 Determinarea durității prin metoda Vickers

Metoda Vickers de determinare a durității cu un penetrator de diamant având formă de piramidă dreaptă cu baza pătrată, se aseamănă, în principiu, cu metoda Brinell, constând din apăsarea unui penetrator cu o viteză redusă și cu o anumită forță predeterminată „F” pe suprafața materialului de încercat.

Duritatea Vickers, simbolizată cu HV, se exprimă prin raportul forței „F” la aria suprafeței laterale a urmei remanente produse de penetrator. Urma este considerată ca o piramidă dreaptă cu baza pătrată, cu diagolana „d”, având la vârf același unghi ca și penetratorul. Notând cu „F” forța de încercare și cu „S” aria suprafeței laterale a piramidei cu diagoala „d”, se obține pentru duritatea Vickers expresia [ ] , [ ] :

. (6.5)

Exprimând „S” în funcție de diagonala „d”, se obține din relația (6.5) :

. (6.6)

Metoda Vickers se pretează pentru efectuarea încercării durității pieselor subțiri, a straturilor depuse prin metalizare, a straturilor tratate termic etc.

În vederea determinării durității, straturile depuse prin metalizare sau galvanizare, prin metoda Vickers, se execută cel puțin trei urme, suprafața fiind pregătită prin prelucrare la o rugozitate care să asigure o măsurare în condiții bune a urmelor, care trebuie să aibă conturul clar și nederanjat de urmele prelucrării.

La fiecare urmă se măsoară cele două diagonale, calculând diagonala medie. Între două diagonale a aceleași urme se adimite o diferență maximă de 2% [ ] , [ ]. Duritatea Vickers se indică cu o precizie de 0.1 HV pentru durități sub 100 HV [ ], iar la durități mai mari prin cifre întregi. Valoarea durității este urmată de simbolul metodei HV , urmat de un prim indice reprezentând sarcina de încercare, exprimată în daN, și un al doilea indice care reprezintă durata de menținere a sarcinii de încercare, exprimat în secunde.

Principala sursă de erori la încercarea durității prin metoda Vickers este legată de măsurarea diagonalelor urmei, făcând abstracție de erorile aaparatului, care pot fi considernte neglijabile, dacă sunt îndeplinite condițiile tehnice impuse de standardul de verificare a aparatelor Vickers (STAS 7169/2 – 80).

Analiza durității Vickers a epruvetelor metalizate are drept scop, pentru a scoate în evidență valoarea durității stratului metalizat față de cel de bază.

Prin aplicarea unui al doilea strat prin metalizare, se va dovedi duritatea lui față de bază și primul strat metalizat.

6.5.4 Analiza metalografică (structuri)

Prin analiza metalografică se pune în evidență neomogenitatea chimică și structurală, structura primară, existența anumitor defecte, compoziția structurală și chimică, caracteristici fizico – mecanice etc.

Analiza metalografică(structuri metalografice) constă în examinarea unei probe a materialului sau a aliajului, după o prealabilă pregătire a ei, prin lustruire și atac al suprafeței lustruite, în vederea punerii în evidență a structurii. Pentru obținerea unor rezultate concludente este necesar ca proba metalografică să fie reprezentativă în ce privește caracteristicile și proprietățile metalului (aliajului) cercetat.

Pentru evidențierea structurii interne denumită „structură metalografică”, materialele ce urmează a fi analizate trebuie să parcurgă mai multe etape și anume [ ] , [ ]: prelevarea probei din zona de interes, înglobarea probei, șlefuirea și lustruirea probei, analiza probei șlefuite și lustruite la microscopul optic, atacul chimic al probei, analiza structurii metalice generale a probei atacate chimic la microscopul optic.

Analiza metalografică, se referă la :

structura metalelor;

relația care există între structură și compoziția chimică a aliajelor;

proprietățile fizice și chimice și raportul lor cu structura;

tratamentele termice, mecanice, termochimice, și termofizice care pot modifica structura, deci și proprietățile etc.

Probele metalografice care urmează a fi fotografiate, trebuie să fie pregătite cu mare atenție, acestea trebuie să fie perfect plane. Ca material fotografic se utilizează filme și plăci ortocromatice.

Timpul de expunere se reglează de la caz la caz, în funcție de culoarea probei, de mărirea la care se face fotografia și de intensitatea sursei de lumină a microscopului. De obicei timpii de expunere sunt cuprinși între 5 și 20 de secunde.

Studiul probelor cu microscopul optic

Microscopia optică este utilizată în studiul microstructurii materialelor metalice. Pot fi studiate constituenții structurali, mărimea, forma și distribuția grăunților cristalini, incluziunile nemetalice, de care depind proprietățile mecanice ale metalelor.

Microscopia electronică

Microscopul electronic este astăzi un instrument de studiu în ingineria materialelor, oferind informații despre structura materialelor.

Structurile metalografice se pun în evidență pe probe șlefuite și atacate cu reactivi specifici.

Examinarea microstructurilor cu microscopia electronică oferă două avantaje față de microscopia optică : rezoluție și putere de mărire mult mai mare și adâncime de câmp foarte mare, ceea ce dă senzația unor imagini în relief.

6.5.5 Măsurarea rugozității suprafețelor metalizate

Starea suprafețelor unei piese este definită prin [ ] , [ ]:

starea geometrică a suprafețelor, caracterizată de abaterile geometrice ale piesei reale în raport cu cea definită geometric prin desenul produsului finit;

starea fizico – chimică a suprafețelor, definită de caracteristicile fizico – chimice ale stratului superficial al piesei;

abaterile geometrice ale unei suprafețe sunt clasificate, în mod convențional (STAS 5730/1 – 75), în patru ordine de mărime, notate 1 – 4 :

abateri de ordinul 1, abateri de formă ;

abateri de ordinul 2, ondulația (W);

abateri de ordinul 3 și 4, rugozitatea (R).

Rugozitatea suprafețelor este definită ca fiind ansamblul neregularităților ce formează relieful suprafeței reale și a căror pas este relativ mic în raport cu adâncimea lor.

Cercetările experimentale [ ] , [ ], [ ] , făcute până în prezent în diferite țări, s-a ajus la concluzia că forța de frecare depinde de un complex de factori, cum ar fi : calitatea și rugozitatea suprafeței, sarcina normală, viteza de alunecare, lubrifiant, etc.

Rugozitatea suprafețelor influențează uzura mai ales în prima perioadă de funcționare. O rugozitate mare provoacă întreruperea peliculei de lubrifiant conducând la frecarea uscată, la uzuri mari, la creșterea jocurilor, la bătăi și înrăutățirea ungerii. La scurtarea durabilității îmbinării. Dacă suprafețele sunt prea fin prelucrate, costul pieselor este foarte ridicat, suprafețele rețin cu greu lubrifiantul conducând la frecarea uscată și chiar la gripaj.

Mărimea rugozității se estimează prin calcularea unor parametrii definiți de ISO 4287 – 1998.

Mărimea rugozității suprafețelor a constituit permanent o problemă importntă dar și foarte greu de soluționat, având în vedere ordinul de mărime al microneregularităților. În prezent aparatele destinate măsurării rugozității suprafețelor se construiesc în variante staționare, dar și portabile. Aparatele pot indica patru parametrii de rugozitate , , . Conectate la minicomputere sau la PC-uri, valorile furnizate de aceste aparate sunt prelucrate cu programe dedicate, fiind apoi afișate în formatul dorit (grafic, tabelar, etc.).

6.5.6 Precizia geometrică a produsului recondiționat

Prin precizie se ințelege gradul de concordanță dintre produsul finit considerat și modelul său teoretic, sub aspect geometric și al condițiilor fizice [ ] , [ ], [ ]. Din punct de vedere geometric, se distinge :

macrogeometria suprafețelor :

precizia dimensională ;

precizia formei geometrice ;

precizia poziției diferitelor elemente geometrice;

ondulații.

Microgeometria suprafețelor :

rugozitatea suprafețelor metalizate.

Existența neregularităților pe suprafața piesei prezintă o serie de dezavantaje, cum ar fi :

reduce suprafața reală de contact ;

uzura sau ruperea acestora duce la înrăutățirea condițiilor de frecare și a celor de funcționare normală;

fisurile reprezintă concentratori de tensiuni ce duc la scăderea rezistenței la solicitări alternante;

aplatisarea microneregularităților în timpul montării cu strângere a ajustajelor, duce la micșorarea strângerii efective etc.

Pentru a măsura diametrele arborilor, distanțe, lungimi, lățimi sau înălțimi avem la dispoziție un număr mare de intrumente sau mașini de măsurare care însă trebuie alese în așa fel încât măsurarea să se facă simplu, rapid și cu costuri minime. Măsurarea în plan, respectiv măsurarea individuală a dimensiunilor arborilor cotiți utilizând instrumente de măurare clasice, nu mai este suficientă, făcându-se simțită nevoia de măsurare în spațiu, în care arborele cotit este analizat și măsurat într-un sistem de măsurare tridimensional.

Dintre avantajele cele mai importante ale mașinilor de măsurare în coordonate (MMC), sunt [ ]:

MMC măsoară dimensiunea, forma și poziția tuturor elementelor geometrice posibile, fără nici un alt instrument cunoscut;

sunt reduși timpii de măsurare a arborelui cotit;

adaptarea flexibilă la schimbarea dimensiunilor arborilor cotiți;

pot fi utilizați (MMC), pentru un mare spectru de piese;

siguranță în măsurare;

pot înlocui (MMC) calibrele și aparatele de măsurare cu destinație unică.

Mașinile de măsurare în coordonate (MMC) sunt utilizate pentru măsurarea cu precizie de 0,5 – 2,5 µm a dimensiunilor unei piese.

6.6 Concluzii

Metalizarea este un procedeu de recondiționare performant, cu rezultate foarte bune în recondiționarea pieselor de tip arbore de la motoare.

Prin mealizare, duritatea, tenacitatea, aderența și rezistența la forfecare ale straturilor superficiale cresc odată cu aplicarea stratului metalizat.

Aderența straturilor pulverizate este un fenomen complex, în primul rând de natură mecanică și în mai mică măsură de natură fizică și chimică.

Se poate afirma că aderența depinde de următorii factori : forma piesei metalizate, modul de pregătire a suprafeței și gradul de rugozitate obținut, natura metalului de aport, diametrul piesei de metalizat, granulația particulelor rezultate din pulverizarea metalului topit, temperatura particulelor în punctul de impact, grosimea stratului depus prin pulverizare, gradul de puritate al aerului comprimat etc.

Straturile depuse termic prin pulverizare sunt destinate în primul rând îmbunătățirii rezistenței la uzare și a rezistenței la temperaturi ridicate, creșterii temperaturii la coroziune, precum și recondiționării pieselor uzate. Refacerea dimensiunilor și a caracteristicilor funcționale ale pieselor uzate prin metalizare aduce avantaje economice. Grosimea straturilor depuse, depinde de aplicație și de procedeul de depunere folosit. Uzual se aplică straturi cu grosimea de 0,05…10 mm, însă se pot realiza și struturi mai groase.

CAPITOLUL 7

CERCETĂRI EXPERIMENTALE

7.1 Generalități

În cercetăriile științifice din domeniul tehnic, există o unitate indisolubilă între studiile teoretice și partea experimentală a acestora [ ] , [ ] , [ ].

Studiile teoretice permit stabilirea interdependenței dintre diferiți parametri ai proceselor tehnice, utilizând aparatul matematic și realizările științei în domeniile fizicii, chimiei, tehnologiei materialelor etc.

Cercetările experimentale urmăresc verificarea adevărului ipotezelor și teoriilor care au stat la baza studiilor referitoare la procesele cercetate. De asemenea, cercetările experimentale permit investigarea unor fenomene pentru care nu se pot obține rezultate cu aplicabilitate practică pe cale teoretică, datorită complexității în suficientă măsură a unor legi care determină evoluția fenomenului cercetat.

Datorită complexității sistemului tehnologic și proceselor care au loc în acest sistem, cercetarea experimentală constituie, pentru moment, singura cale care permite obținerea unor rezultate satisfăcătoare necesare utilizării și perfecționării continue a tehnologiilor și echipamentelor tehnice.

Complexitatea cercetării sistemului tehnologic este datorată și necesității luării în considerare a faptului că performanțele acestuia sunt date de [ ] , [ ] : precizia de prelucrare pe care o realizează; productivitatea și costul prelucrării.

Toate cercetările experimentale din tehnologia construcției de mașini, conțin măsurarea unor mărimi mecanice, în regim static sau dinamic, variabile în timp sau în interdependență, folosind aparatură și mijloace de măsurare adecvată, prelucrarea datelor obținute și în final, stabilirea concluziilor pe baza cărora se poate trece la valorificarea rezultatelor.

Pe baza acestor rezultate are loc perfecționarea tehnologiilor și a echipamentelor existente, realizarea de noi echipamente cu performanțe superioare, descoperirea de noi tehnologii, utilizarea rațională a materialelor, a energiei etc

Aspectele teoretice ale reabilității arborilor prin metalizare, sunt tratate la nivel universitar, în lumina celor mai noi rezultate din cercetările avansate în acest domeniu. Aspectele teoretice însă sunt însoțite de aplicații practice care ușurează înțelegerea problemelor de bază.

7.2 Recondiționarea prin metalizare a arborelui cotit

Arborele cotit suportă cele mai mari solicitări cum ar fi : întindere, compresiune, încovoiere și răsucire. Rolul arborelui cotit este de a transforma mișcarea de translație a pistonului într-o mișcare de rotație și transimite spre utilizare momentul motor dezvoltat de forța de presiune a gazelor.

Masa arborelui cotit reprezintă 7 – 15 % din masa motorului [ ], prețul de fabricație al arborelui ajunge până la 15 – 20 % din prețul motorului [ ]. Nivelul ridicat al solicitărilor arborelui cotit impune confecționarea lui din oțel C 45 SR EN 10083 – 2 : 2007, iar pentru motoarele de putere mare din oțel aliat marca X210CrW12 SR EN ISO 4957 : 2002.

Calculul arborelui cotit are un caracter de verificare. Fusurile fiind supuse frecării și uzării se verifică la presiune specifică și la încălzire, cotul este solicitat la încovoiere și la torsiune. Verificarea la vibrații de torsiune urmărește determinarea turațiilor critice și a eforturilor unitare care apar la rezonanță.

Defecțiunile specifice arborelui motor sunt : uzura fusurilor paliere și a fusurilor manetoane, fisuri sau crăpături, încovoierea, torsionarea etc.

Uzura fusurilor paliere cât și a fusurilor manetoane se datorește frecării sub acțiunea presiunii gazelor și a forțelor de inerție a pistoanelelor și a bielelor. Uzura se manifestă prin scăderea presiunii uleiului, iar în fază mai înaintată, și prin bătăi, ca urmare a măririi jocurilor dintre fusuri și cuzineți.

Recondiționarea fusurilor uzate se poate face prin :

prelucrarea la trepte de reparații

compensarea uzurii prin aport de material.

Compensarea uzurii fusurilor se recomandă să se facă prin metalizare, urmată de prelucrarea prin așchiere, iar condițiile de precizie dimensională, de formă și de rugozitate ale dimensiunilor se păstrează similar cu cele inițiale.

Arborii care prezintă fisuri sau crăpături se reformeză.

Metoda recondiționării prin metalizare este un procedeu de depunere pe suprafețele metalice sau nemetalice a unor straturi de metal, provenind din particule fine de metal topit, antrenate de un jet de aer comprimat sau gaz inert [ ] , [ ]. Metalizarea prin pulverizare are cele mai numeroase aplicații, în toate domeniile industriale, straturile depuse sunt uniforme, rezistente la solicitări mecanice și la coroziune.

Metalizarea arborelui cotit, se poate face cu o instalație cu pistolet METCO tip 10 E cu flacără, ce realizează acoperiri economice și de calitate utilizâns sârme pentru metalizare. Instalația cuprinde : surse de aer comprimat, exigen, acetilenă și sârmă pentru metalizare (fig. 7.1)

Fig. 7.1 Instalație de metalizare cu flacără

Instalația de metalizare din figura 7.1 se compune din : compresor de aer -1; uscător de aer -2; rezervor de aer -3; grup de control de al gazelor METCO -4; butelie de acetinelă sau propan -5; butelie de oxigen -6; debitmetru de gaz METCO -7; filtru de aer METCO -8; grup de control al gazelor METCO -9; priza de suflaj a aerului -10; debitmetru de aer METCO -11; depanator de sârmă -12; pistolet de metalizare METCO -13.

În figura 7.2 se prezintă echipamentul pentru fixarea și antrenare arborelui cotit în vederea metalizării. Compresorul (fig 7.1, poz. 1) asigură 50 – 55 m³ / h la aspirație, aerul poate conține picături de apă sau ulei, care se elimină prin trecerea prin uscătorul și filtrul de aer comprimat (poz. 2 și poz. 8, fig. 7.1).

Echipamentul din figura 7.1 și 7.2 a fost conceput pentru metalizări cu flacără. Construcția pistoletului METCO tip 10 E asigură siguranța și utilizarea practică a acestuia. Acest pistolet are următoarele caracteristici : capacitate ridicată de proiectare a particulelor metalice, o gamă largă de viteze (cu stabilitate mare a acestora), posibilitate de schimbare rapidă a subansamblului de proiectare a particulelor metalice. În tabelul 7.1 se prezintă parametrii regimului de metalizare.

Regimul de metalizare Tabelul 7.1

În vederea asigurării unei aderențe cât mai bună a stratului de metal depus este necesar de suprafețe curate, degresate și o rugozitate uniformă.

Se pot acoperi suprafețe cu grosimea stratului depus de între 0,01 – 10 mm, rezistența substratului depus este mare și tenace, nu produce deformarea pieselor. Metalizarea se va face în mai multe treceri succesive, pentru evitarea fisurilor, grosimea stratului la o singură trecere nu va depăși 0,5 mm.

Materialul de adaos poate fi sub formă de sârmă sau sub formă de pulberi metalice. Sârma utilizată are diametrul de 1,6 … 4,76 mm, iar pulberile metalice au o formă sferică (Ø16µm). Duritatea pulberilor poate ajunge până la 62 HRC:

Metalizarea prin pulverizare constă în : topirea metalului de adaos, pulverizarea metalului în particule fine și fuzionarea, în cazul metalizării cu pulberi.

Topirea metalului de adaos, în cazul metalizării, se poate face prin :

topirea cu flacără, cu flacără oxiacetilenică, sau alte gaze (propanul, butanul, gazul metan etc.);

topirea cu arc electric;

topirea prin căldură produsă de curenți de înaltă frecvență.

Pulverizarea metalului topit în particule și proiectarea acestora pe suprafața piesei se face cu aer comprimat.

Particulele antrenate de aerul comprimat întâlnesc suprafața de metalizat cu suficiență plasticitate, se deformează și se ancorează în rugozitățile suprafeței, obținându-se o fixare mecanică și formându-se un prim strat de metal pulverizat. Straturile următoare se fixează și mai puternic, cu o aderență mai mare, din cauza porozității mai pronunțate a primului strat depus.

Straturile de oțel obținute prin pulverizare au o structură fină de martensită, austenită reziduală, troostită, sau troostită – martensită. Din cercetările efectuate s-a constatat existența unor constituienți de călire, fapt ce se explică prin răcirea stratului metalizat din cauza aerului comprimat. Aderența straturilor pulverizate este de natură mecanică și în mică măsură de natură fizică și chimică.

Mărimea aderenței depinde de :

forma piesei metalizate;

gradul de rugozitate;

modul de pregătire a suprafeței;

diametrul piesei de metalizat;

grosimea stratului depus etc.

Pentru creșterea aderenței se recomandă realizarea unui strat intermediar, cu o aderență bună, și un al doilea strat care va avea o aderență mai mare datorită rugozității stratului intermediar.

În figura 7.3 se prezintă un aliaj nichel – aluminiu sub formă de sârmă ø 1,6 mm, utilizat ca strat intermediar, în vederea creșterii aderenței stratului metalizat pentru arborii cotiți de la motoare.

Structura metalului proiectat este lamelară (fig. 3.7, fig. 3.6, fig. 3.8, fig. 3.9 și fig. 3.10), ea se compune dintr-un număr foarte mare de particule plate.

O rugozitate mare și uniformă, conferă o aderență mai bună stratului depus pe fusurile arborelui cotit. Aceasta se poate obține în următoarele moduri :

sablarea;

filetarea cu bravuri;

înfășurarea cu sârmă;

prelucrarea prin așchiere etc.

Suprafața metalică a fusurilor pregătită pentru metalizare, își pierde eficiența, dacă suprafața este atinsă cu grăsimi sau impurități. Aderența se compromite datorită prezenței impurităților sau a oxizilor ce se formează.

Grosimea stratului intermediar este între 0,03 – 0,1 mm. Straturile intermediare nu se recomandă pentru metalizarea fusurilor supuse la sarcini mari și la temperaturi mai mari de 400˚ C.

Pentru recondiționarea prin metalizare a fusurilor de la arbori cotiți se recomandă sârma de oțel (0,2% C) cu caracteristicile prezentate în figura 7.4.

Fig 7.3 Buletin de analiză pentru aliajul nichel – aluminiu (ø 1,6 mm) utilizat ca strat intermediar.

Fig 7.4 Sârmă de oțel pentru metalizare – buletin de analiză

Grosimea stratului metalizat, depinde de uzura fusurilor arborilor cotiți și de prelucrările ulterioare la care va fi supusă suprafața respectivă. Aducerea suprafețelor metalizate ale fusurilor, la forma și dimensiunile pe care le-a avut la forma inițială, se va face prin prelucrări mecanice. Suprafețele cilindrice se prelucrează prin strunjire și rectificare.

Din cercetările efectuate s-a constatat existența unor constituienți de călire, cum ar fi : structura fină de martensită, austenită reziduală, troostită, troostită în masă de martensită, fapt ce se explică prin răcirea bruscă a stratului metalizat din cauza aerului comprimat. Structura straturilor depuse prin metalizare variază în funcție de metoda de pulverizare utilizată.

Structurile de metal pulverizate sunt caracterizate prin duritate mare. Creșterea durității este determinată de grosimea stratului metalizat, presiunea aerului comprimat, oxigenului, și gazului combustibil, conținutul de carbon și viteza de avans a sârmelor. În schimb, creșterea dinstanței de pulverizare provoacă o scădere a durității.

Straturile metalizate prezintă o comportare bună la uzură, iar pelicula de lubrifiant are o stabilitate mare pe suprafața metalizată.

Aparatele de metalizare cu gaze și sârmă cele mai utilizate sunt cele de tip CASTOLIN, METCO și cele cu gaz, care au injector din seria GIM [ ]. Aparatele pentru pulberi cuprind : aparatul de metalizare, sursa de energie termică și sistemul de alimentare cu aer comprimat.

7.3 Defecte în straturile depuse prin metalizare

Defectele din straturile metalizate ale fusurilor de la arborii cotiți pot fi : oxidarea particulelor, porozitate, variații de grosime, incluziuni nemetalice, microfisuri și fisuri, variații de compoziție, duritate necorespunzătoare,rezistență slabă la șocuri, desprindere de material etc.

Verificarea suprafețelor metalizate ale fusurilor de la arborii cotiți se pot face prin control dimensional și prin luarea probelor metalografice.

Porozitatea straturilor depuse prin metalizare, poate fi masică () sau volumetrică ). Porozitatea masică se calculează cu relația [ ] :

= ·100, [ % ] (7.1)

unde : este masa unui eșantion dintr-un strat obținut prin metalizare;

– noua masă a eșantionului după ce a fost cufundat în ulei încălzit la 393 K, cca 2h.

Porozitatea volumetrică, poate fi calculată cu ralația [ ] :

= ·100, [ % ] (7.2)

în care : este volumul porilor deschiși ;

– volumul total al eșantionului.

Depistarea porilor sau a fisurilor din stratul metalizat se face cu lichide care declanșează efecte cromatice (v. STAS 10215 – 94).

Reducerea porozității straturilor depuse prin metalizare se poate face prin următoarele operații : ecruisarea cu alice, netezirea prin frecare, impregnarea cu lacuri de bachelită, vopsele, uleiuri prin fierbere timp de 3 – 4 ore, într-o baie încălzită.

Oxidarea particulelor, au loc în timpul topirii și deplasării particulelor metalice spre piesa de metalizat. Intensitatea oxidării depinde de natura metalului de aport, metoda de lucru, și tipul aparatului, distanța de la flacără la piesa de metalizat, presiunea aerului comprimat, diametrul duzei de aer etc. Pentru reducerea oxidării se recomandă metalizarea intermitentă cu mici perioade de oprire și răcirea stratului.

Creșterea durității stratului metalizat este determinată de grosimea stratului depus, presiunea aerului comprimat, presiunea oxigenului etc.

Aderența stratului depus prin metalizare depinde de următorii factori : modul de pregătire a suprafeței, gradul de rugozitate a suprafeței, natura metalului de aport, temperatura particulelor pulverizate, grosimea stratului depus etc. Pentru mărirea aderenței se poate recurge la realizarea unui strat intermediar, cu o aderență bună, și un al doilea strat ce va avea o aderență mai mare datorită rugozității stratului intermediar. Molibdenul, ca strat intermediar dă o aderență foarte bună, dar are cost foarte ridicat.

7.4 Metode de investigare a stratului depus prin metalizare

Metodele de investigare a depunerilor de material prin metalizare pot fi grupate, în funcție de o serie de proprietăți generale ale acestora, după cum urmează :

încercări mecanice (rezistență, duritate, reziliență etc.) ;

încercări tehnologice (aderență, rugozitate etc.) ;

încercări fizice (densitate, porozitate etc.) ;

încercări chimice (coroziune etc).

Metodele și mijloacele de investigare descrise în acest capitol acoperă întreg domeniul de depunere a metalelor prin metalizare pentru recondiționarea arborilor cotiți, corespund stratului actual de cunoaștere și sunt completate cu recomandări detaliate pentru interpretarea și evaluarea rezultatelor.

Metodele și încercările sunt astfel prezentate încât să constituie un ghid practic, în stabilirea proprietăților fizico – mecanice pentru realizarea unor tehnologii de recondiționare avantajoase, cu costuri reduse și cu o productivitate ridicată.

Mijloacele de investigare alese pentru studiul depunerii metalelor prin metalizare sunt :

analize chimice cu ajutorul microscopului electronic;

microscopie optică;

determinarea aderenței;

determinări de duritate;

măsurarea rugozității;

analiza ruperii etc.

Tehnicile de analiză a materialelor cum sunt microscopia (optică, electronică) oferă inginerului informații indispensabile pentru alegerea materialului optim pentru o anume aplicație. Pe lângă determinarea distribuției elementelor chimice în probe, se poate determina și profilul de concentrație de-a lungul unei direcții.

Refacerea dimensiunilor și a caracteristicilor funcționale ale arborilor cotiți uzați, prin depunere termică prin pulverizare (metalizare), poate aduce avantaje economice considerabile și să contribuie la proliferarea noului concept de proiectare ecologică și dezvoltare durabilă.

Pornind de la importanța și necesitatea triplei dimensionări a funcțiilor produsului – tehnică, economică și ecologică – teza de doctorat contribuie la găsirea unor soluții durabile. In cadrul activităților de concepere – reconcepere, producție și exploatare.

Prelungirea ciclului de viață al produsului este o problemă de actualitate a societății. Prelungirea ciclului de viață al produselor prin acțiuni din gama „4R” este o problemă ce se integrează în concepția modernă a dezvoltării durabile, a cărei rezolvare asigură : refolosirea, reparația, recondiționarea combinată cu modernizarea și reciclarea.

Creșterea gradului de poluare a mediului poate fi stopată printr-o politică în concordanță cu conceptul „dezvoltării durabile”. În acest sens, tehnologiile viitoare trebuie să urmărească reducerea consumurilor de materii prime și energie, să reducă la maxim emisiile poluante și deșeurile. Tehnologiile curate, care sunt cel mai puțin poluante pentru mediul înconjurător și care în viitor trebuie să se extindă în toate domeniile.

7.4.1 Rugozitatea suprafețelor metalizate

Pentru a se obține dimensiunea nominală a fusurilor arborelui cotit, după depunerea metalului pulverizat (metalizat), suprafețele se supun unor prelucrări mecanice. Suprafețele metalizate se prelucrează prin strunjire urmată de rectificare. Adaosul de prelucrare se stabilește funcție de succesiunea operațiilor de prelucrare.

Existența neregularităților pe suprafața piesei prezintă o serie de dezavantaje cum ar fi :

reduce suprafața reală de contact;

uzura sau ruperea acestora duce la înrăutățirea condițiilor de frecare și a celor de funcționare normală;

fisurile reprezintă concentratori de tensiuni ce duc la scăderea rezistenței la solicitări alternante;

aplatisarea microneregularităților în timpul montării cu strângere a ajustajelor duce la micșorarea strângerii efective etc.

Pe de altă parte, lipsa microneregularităților ar duce la imposibilitatea formării și menținerii „filmului” (peliculei) de lubrifiant pe suprafețele de contact ale pieselor ce execută mișcări de rotație relativă.

Suprafețele în contact trebuie să aibă o rugozitate stabilită în funcție de condițiile funcționale, cum ar fi : viteza de lucru, dimensiunile suprafețelor de contact, mărimea și distribuția sarcinilor ce solicită suprafețele, precizia dimensională și de formă etc.

Mărimea rugozității se estimează prin calcularea unor parametri definiți în standarde, cum ar fi : ISO 4287 – 1998 ( ).

Fig. 7.5 Epruvete pentru măsurarea rugozității straturilor metalizate

Pentru măsurarea rugozității straturilor depuse prin metalizare s-au utilizat epruvetele din figura 7.5. După metalizare epruvetele au fost prelucrate prin așchiere, strunjire și rectificare.

În figura 7.6 se prezintă aparatul pentru măsurarea rugozității produs de firma Mitutoyo, aparat utilizat în cercetările experimentale. Acest aparat poate indica un număr mare de parametrii de rugozitate, cum ar fi :

– abaterea medie aritmetică a profilului ;

– înălțimea în zece puncte a profitului ;

– lățimea maximă a profilului.

Tabelul 7.2 prezintă valorile parametrilor de rugozitate măsurate pe epruvetele din figura 7.5.

Parametri de rugozitate măsurați Tabelul 7.2

Înregistrearea grafică a profilului efectiv cu aparatul Mitutoyo Surftest SJ – 301 se prezintă în figura 7.7

Direcția de măsurare a rugozității suprafeței piesei, se alege astfel încât „” să aibă valori maxime, atunci când nu se precizează o anumită direcție, prin condițiile tehnice.

La prescrierea rugozității unei suprafețe, trebuie să se aibă în vedere rolul funcțional al suprafeței respective, toleranțele dimensionale, dar nu în ultimul rând posibilitățile de execuție.

Fig. 7.6 Aparat staționar și piesă pentru măsurarea rugozității de tip Mitutoyo surftest SJ – 301, din dotarea U. T. C. – N.

Fig. 7.7 Înregistrarea grafică a profilului efectiv cu aparatul Mitutoyo Surftest SJ – 301.

Corelarea dintre valoarea rugozității și toleranțele dimensionale trebuie făcută în special la acele suprafețe care formează ajustaje, analizându-se tipul ajustajului precum și solicitările la care acesta este supus.

În cazul ajustajelor cu strângere se recomandă alegerea unei rugozități cât mai mici, deoarece în timpul montajului microneregularitățile mai mari pot fi aplatisate, influențându-se caracterul ajustajului.

În cazul suprafețelor de frecare între care se găsește un lubrifiant, se va avea în vedere valori maxime a rugozității.

Rugozitatea prescrisă pentru fus maneton și fus palier în desenul de execuție este de 0,8 µm [ ]. Rugozitatea stratului depus prin metalizare conform datelor din tabelul 7.2 este sub valoarea prescrisă la arborele cotit nou.

7.4.2 Măsurarea durității stratului depus prin metalizare

Duritatea este factorul cu cea mai mare influență asupra uzurii. Rezultă că pentru creșterea rezistenței la uzare este indicat un tratament de durificare, cum ar fi : metalizare, cementare, călire, nitrurare etc.

Conținutul de carbon și structura metalografică a oțelului din care se execută arborii cotiți, care de fapt determină duritatea, influențează substanțial intensitatea uzurii.

Pentru arborii cotiți, ca urmare a frecării în condiții de presiune, căldură, șocuri etc., uzurile pot apare datorită adeziunii, abraziunii, oboselii, coroziunii sau impactului. Materialele din care sunt fabricați arborii cotiți au o influență hotărâtoare în comportarea suprafețelor fusurilor, în toate formele de uzură.

Uzura de abraziune se manifestă sub următoarele forme :

Abraziune pură – se combate prin acoperiri cu aliaje de duritate mare ;

Abraziunea prin măcinare – se combate prin acoperiri cu aliaje tenace ;

Eroziunea abrazivă – prin acoperiri cu aliaje de structură omogenă, conținând constituienți duri;

Abraziunea de impact – prin acoperiri cu oțeluri martensitice;

Abraziunea prin rizare – prin acoperiri cu aliaje de structuri martensitice sau bainitic – martensitice.

Factorii favorizanți ai uzării prin pitting sunt atât natura materialelor cât și duritatea acestora, fenomenul se produce mai ales la oțeluri netratate sau grupa celor de îmbunătățire. Limita de oboseală prin pitting crește cu duritatea, toate acestea în prezența uleiului.

Pentru creșterea rezistenței la uzare, piesele conjugate, fus – bielă se execută din materiale diferite, îndeosebi în cazul pieselor tratate termic.

Piesa mai complexă, mai scumpă și mai greu de recondiționat se execută dintr-un material de calitate superioară.

Epruvetele utilizate pentru măsurarea durității și a compozișiei chimice s-au executat din oțel marca S235 JR SR EN 10025 – 2 : 2004, oțel marca C45 SR EN 10083 – 2 : 2007 și aluminiu (Al 99,5).acestea au fost acoperite prin metalizare, cele de oțel au fost acoperite cu oțel 30 E (fig. 7.4), iar epruvetele din aluminiu au fost acoperite cu un strat de aluminiu (01E, în anexe). Epruvetele cu forma și dinesiunile prezentate în figura 3.12 și 7.8.

Fig. 7.8 Epruvete pentru măsurarea durității și a compoziției chimice

Determinarea durității straturilor depuse prin metalizare s-a făcut prin metoda Vickers, cu un penetrator de diamant având formă de piramidă dreaptă cu baza pătrată.

Încercarea Vickers se pretează pentru efectuarea încercării durității straturilor subțiri, a straturilor metalizate, a straturilor tratate termic, depuse galvanic etc. Duritatea obținută prin metoda Vickers nu variază cu mărimea forței de încercare.

În vederea determinării durității prin metoda Vickers se execută cel puțin trei urme, suprafața fiind pregătită prin prelucrare la o rugozitate care să asigure o măsurare în condiții bune a urmelor, care trebuie să aibă conturul clar și nederanjat de urmele prelucrării.

Sarcina de încercare a fost de 10 daN, iar durata de menținere a sarcinii de încercare a fost de 15 sec. Aparatul utilizat pentru determinarea durității Vickers a fost fabricat de Meopta R.s.c. din dotarea U.T.C. – N.

În tabelul 7.3 se prezintă valorile durității Vickers măsurate pe straturile metalizate.

Duritatea straturilor metalizate prin metoda Vickers Tabelul 7.3

În figura 7.9 se prezintă măsurarea durității Vickers pe o epruvetă plană metalizată (fig. 7.8).

Calitățile arborelui cotit, confecționat din oțel forjat, sunt îmbunătățite prin tratament termic, prin aceasta se mărește duritatea fusurilor, în vederea măririi rezistenței la uzură și a limitei de oboseală. Fusurile arborelui cotit (maneton și palier) au o duritate de 52…54 HRC la motoarele de mic litraj și 55…61 HRC la motoarele greu solicitate [ ].

Fig. 7.9 Măsurarea durității Vickers pe o epruvetă plană metalizată

Compararea cifrelor Rockwel (HRC) cu cifrele Vickers (tab. 7.3) poate fi făcută utilizând relația [ ] :

(7.3)

Considerând o duritate Vickers de cca 200 unități, din relația (7.3) se obține o duritate de 61 HRC. Aceasta dovedește că duritatea stratului depus prin metalizare asigură o densitate corespunzătoare pentru buna funcționare a arborelui cotit.

Valoarea durității este urmată de simbolul metodei „HV”, urmat de un prim indice reprezentând sarcina de încercare, exprimată în daN, și de un al doilea indice care reprezintă durata de menținere a sarcinii de încercare, exprimat în secunde.

7.4.3 Încercările la reziliență

Încercarea de incovoiere prin șoc este destinată a studia comportarea tenace sau fragilă a metalului în condiții de viteză de deformare mare, de temperatură și de stare de tensiune spațială. Încercările dinamice prezintă importanță deosebită în examinarea metalelor, întrucât caracteristicile determinate constituie criterii obiective de apreciere a deductibilității, tenacității sau casanții materialelor, comportare care nu este relevantă univoc în încercările statice. Din această cauză nu se poate concepe în prezent un control al calității metalelor care să nu înglobeze încercări dinamice (tracțiune, reziliență etc.)

Folosirea adecvată a materialelor în construcția de mașini este strâns legată de rezultatele încercărilor efectuate pe epruvete supuse la solicitări cât mai apropiate de cele din practică. Atât pentru constructor, cât și pentru tehnolog, caracteristicile mecanice ale materialelor, ce exprimă comportarea lor la viteze ridicate de deformare sunt de însemnătate primordială.

Prin încercările dinamice se evidențiază comportarea metalelor la viteze mari de deformare în condiții și viteză de deformare, de temperatură și de stare de tensiune. Cea mai răspândită încercare dinamică prin șoc este încercarea dinamică prin șoc care este o încercare de încovoiere efectuată pe epruvete, denumită impropriu încercarea de reziliență, probabil, după denumirea dată raportului dintre energia consumată la rupere și aria secțiunii transversale.

Încercarea de încovoiere prin șoc constă în ruperea epruvetei dintr-o singură lovitură a ciocanului, aplicată în dreptul lipirii de la mijlocul epruvetei simplu rezemată în consolă.

Reziliență sau rezistența la șoc reprezintă capacitatea unui material de a absorbi o anumită cantitate de energie înainte de a se rupe, atunci când este lovit brusc de un corp solid.

În prezent, utilajul cel mai folosit este ciocanul Charpy, datorită simplității și robusteții construcției.

Fig. 7.10 Schema de funcționare a ciocanului Charpy

Ciocanul Charpy (fig. 7.10) constă dintr-un pendul prevăzut cu un ciocan de greutate , care oscilează în jurul lui 0. Pentru ruperea epruvetei, așezată liber pe două reazeme de pe batiul B , ciocanul cade de la o înălțime H, dinainte stabilită.

În rotația pendulului, ciocanul propriu-zis, prin intermediul unui cuțit din material dur, lovește epruveta și o rupe, consumând astfel o parte din energia cinetică a pendulului, restul de energie este folosită de pendul pentru a se ridica la înălțimea h.

Energia potențială în poziția inițială, la lansarea pendulului este:

(7.4)

Energia potențială în poziția finală a pendulului este:

(7.5)

Energia consumată pentru ruperea epruvetei este dată de relația [ ]:

(7.6)

unde:

este energia potențială a pendulului în poziția inițială;

– energia potențială a pendulului în poziția finală;

– greutatea pendulului;

– distanța de la centrul de greutate al pendulului până la axul de rotație;

H – înălțimea inițială a centrului de greutate al pendulului, măsurată pe verticală, față de poziția eea mai jos atinsă de centrul de greutate în cursa de încercare;

h – înălțimea finală a centrului de greutate al pendulului, măsurată pe verticală, față de poziția cea mai jos atinsă de acesta în cursa de rotație;

α,β – unghiurile celor două poziții extreme față de axa verticală.

Pentru obținerea energiei consumate pentru ruperea epruvetei este suficient să se măsoare înălțimile H și h sau unghiurile α și β, bineînțeles în ipoteza că piederile de energie ce se produc în timpul încercării nu afectează mărimile măsurate.

Pentru executarea încercării de încovoiere prin șoc, se utilizează epruvete cu crestături în formă de „U” sau „V” , simplu rezemate la capete (epruvete Charpy) și în consolă (epruvete Izod). În tabelul 7.4 se prezintă dimensiunile diferitelor tipuri de epruvete.

În figura 7.11 sunt prezentate epruvetele Charpy cu crestătură în formă de „U” , iar în tabelul 7.5 se prezintă materialele din care sunt executate epruvetele.

Dimensiunile epruvetelor Tabelul 7.4

Fig. 7.11 Epruvetă Charpy cu crestătură în formă de „U”

Materialul epruvetelor cu crestătură în formă de „U” Tabel 7.5

La ciocanul pendul Sharpy este montat un cadran gradat pe care lucrul mecanic consumat, echivalența poziției marcate de indicator, este dat direct de gradațiile cadranului.

Fig. 7.12 Cadranul gradat al ciocanului Charpy

În figura 7.13 se prezintă ciocanul Charpy cu cadran din laboratorul U.T.C. – N.

Epruvetele cu crestătură în formă de „U” se asează pe reazemele ciocanului Charpy, în așa fel ca ciocanul să lovească epruveta în dreptul crestăturii (fig. 7.14), după lansarea ciocanului se citește valoarea măsurată pe cadran.

Pe baza standardelor în vigoare și a recomandărilor ISO, rezultatele încercării de încovoiere prin șoc se prezintă astfel [ ] : la încercarea pe epruvetele Charpy U se definește reziliența ca fiind raportul dintre energia consumată pentru ruperea epruvetei și aria secțiunii transversale din dreptul crestăturii, valoarea rezilienței este :

KCU = , (7.7)

Fig. 7.13 Ciocanul cu cadran din cadrul laboratorului U.T.C. – N.

Fig. 7.14 Epruvetă așezată pe reazemele ciocanului Charpy

Cercetările experimentale s-au făcut atât pe epruvete simple (fără depunere) cât și pe epruvete metalizate. Epruvetele au fost executate din oțel cât și din aluminiu.

În tabelul 7.6 se prezintă rezultate experimentale obișnuite.

Valori experimentale pentru KCU (STAS 1700 – 80) Tabelul 7.6

În figura 7.15 sunt prezentate epruvetele după efectuarea încercării la rupere prin șoc, făcute cu ajutorul pendulului Charpy din laboratorul U.T.C. – N.

a)

b)

Fig. 7.15 Epruvete după solicitarea la rupere prin șoc : a – rupere totală (Rt); b – rupere parțială (Rp)

Probele nemetalizate (tab. 7.6) din oțel mărcile S235 JR și C45, precum și din aluminiu marca AW 1050 A au servit drept martor pentru cele metalizate (1 str. d.) pentru a putea urmării influența straturilor de metalizare asupra rezistenței la rupere prin șoc a pieselor.

În urma efectuării încercărilor experimentale la rupere prin șoc cu pendulul Charpy conform STAS 1700 – 80 și prezentate în tabelul 7.6, putem remarca următoarele concluzii :

la măsurarea energiei (lucru mecanic) consumate s-au obținut valori asemănătoare cu mici diferențe între ele, prin urmare și valorile la șoc (reziliență), în cadrul grupei de material de bază;

fracturi admisibile de coeziune în urma ruperii;

se observă că epruvetele din C 45 prezintă energie la rupere mai ridicată decât cele din S235 JR în urma metalizării, reziliența este și ea mai ridicată;

din tabelul 7.6 mai rezultă faptul că și rezistența la șoc a materialului crește odată cu metalizarea epruvetelor respective.

Încercarea la rupere prin șoc cu epruvete Charpy „U” este folosită pentru aprecierea tenacității oțelurilor destinate construcției de importanță ridicată.

7.4.4 Aderența straturilor depuse prin metalizare

Straturile depuse prin metalizare pe fusurile manetoane și paliere a arborilor cotiți de la motoare, sunt destinate în primul rând îmbunătățirii rezistenței la uzare, rezistenței la coroziune, precum și recondiționării pieselor uzate.

Refacerea dimensiunilor și a caracteristicilor funcționale ale arborilor cotiți prin metalizare, poate aduce avantaje economice ridicate. Grosimea straturilor metalizate depinde de aplicație și de procedeul de depunere folosit.

Aderența este o caracteristică mecanică a stratului depus, determinată ca fiind egală cu valoarea forței necesare pentru desprinderea unui strat depus, care are suprafața egală cu unitatea.

Pentru creșterea aderenței, se recurge la realizarea unui strat intermediar, cu o aderență bună și un al doilea strat care va avea o aderență mai mare datorită rugozității stratului intermediar.

Determinarea rezistenței la aderență prin încercarea la forfecare se face conform STAS 11684/4 – 83. Termilologia este stabilită conform STAS 11684/1 – 83, pregătirea suprafețelor în vederea acoperirii, conform STAS 11684/2 – 83, iar condițiile de acoperire a suprafețelor, conform STAS 11684/3 – 83.

Rezistența la aderență prin încercarea la forfecare se determină conform schemei din figura 7.16 (STAS 11684/4 – 83).

Fig. 7.16 Principiul determinării aderenței : 1 – epruveta ; 2 – bucșă

Forma si dimensiunile epruvetei pentru determinarea rezistenței la aderență prin încercarea la forfecare, se prezintă în figura 7.17.

Fig. 7.17 Epruvetă pentru determinarea aderenței straturilor metalizate.

Epruvetele pentru determinarea aderenței straturilor metalizate au fost executate din oțel și aluminiu, conform tabelului 7.7.

Materiale pentru epruvetele din figura 7.17 Tabelul 7.7

Pentru a se realiza încercarea la forfecare este necesară o bucșă (fig. 7.18), care respectă prevederile din STAS 11684/4 – 83.

Grosimea stratului depus prin metalizare, se recomandă să fie de 2,0…2,5 mm. Condițiile de acoperire a epruvetei (fig. 3.12) trebuie să fie identice cu cele pentru metalizarea fusurilor manetoane și paliere de la arborele cotit. După o oră de la terminarea metalizării, epruveta se prelucrează la dimensiunile stabilite (fig. 3.12). Se vor executa minim trei epruvete.

Material : X 210 Cr W 12 (C120);

Călit – revenit : 58…62 HRC

Fig. 7.18 Bucșă pentru încercarea la forfecare

Rezistența la aderență, prin încercarea la forfecare, se calculează cu relația(3.26) :

Încercarea se execută pe o mașină de încercat universală, având clasa de precizie „1”, conform STAS 1510 – 80. Se încearcă epruveta (fig. 7.16) până la desprinderea inelului interior de material depus prin metalizare și se citește sarcina maximă din timpul încercării.

Viteza de încărcare a epruvetei este de cca. 8500 N/s (STAS 11684/4 – 83).

Se scoate epruveta din mașină și se îndepărtează inelul desprins. În mod similar se procedează și la desprinderea inelului mijlociu și a celui superior. Încercarea se execută pe cel puțin două epruvete, dacă în documentația tehnică a produsului nu se prevede altfel.

Încercarea se execută în condițiile mediului ambiant, conform STAS 6300 – 81.

Pentru studiul aderenței straturilor depuse prin metalizare s-au executat epruvete (fig. 7.17) din materiale prezentate în tabelul 7.7. Acestea au fost acoperite prin metalizare 30E, 01E aluminiu și 75E ca material intermediar.

Încercările s-au efectuat pe mașina universală de încercări mecanice de tip INSTRON 1343 din laboratorul CERTEA al U. T. C. – N (fig. 7.19), cu viteza de încercare de 5 mm/min și forța de preîncărcare de 100N. Rezultatele încercării sunt prezentate în tabelul 7.8.

Rezultatele cercetărilor privind aderența stratului metalizat pe epruvete din C45 (OLC 45) Tabelul 7.8

În tabelul 7.9 se prezintă rezistența la aderență determinată prin încercarea la forfecare conform datelor din tabelul 7.8, a straturilor metalizate pe epruvete din oțel marca C45 SR EN 10083 – 2 :2004.

Fig. 7.19 Mașina universală de încercări mecanice de tip INSTRON 1343 (Sursa : centrul de cercetări CERTETA din U. T. C. – N.)

Determinarea rezistenței la aderență prin încercarea la forfecare constă în aplicarea pe direcția axei longitudinale a epruvetei a unei sarcini de compresiune până la desprinderea prin forfecare a stratului de material depus prin metalizare (fig. 7.16). Grosimea stratului metalizat se recomandă să fie de 2 – 2.5 mm, condițiile de metalizare trebuie să fie identice cu cele depuse pe fusurile arborelui cotit.

Rezultatele încercării la forfecare pentru epruvete din oțel C 45 Tabelul 7.9

Aderența straturilor metalizate este un fenomen complex și anume : de natură mecanică, fizică și chimică. Pe baza datelor din tabelul 7.8 și 7.9 s-au construit graficele din figura 7.20, pentru epruvetele din oțel marca C45.

Din analiza variației forței maxime de forfecare pentru straturile metalizate în număr de 1, 2 și 3 straturi, rezultă că forța crește cu numărul de straturi depuse (fig. 7.20)

Pentru mărirea aderenței se poate recurge la realizarea unui strat intermediar, cu o aderență bună, și un al doilea strat care va avea o aderență mai mare datorită rugozității stratului intermediar.

a)

b)

c)

d)

e)

Fig. 7.20 Variația forței maxime de forfecare pentru inelele metalizare pe epruvete din oțel, marca C45 : a – test 1, 1 strat, b – test 2, 1 strat; c – test 1, 2 straturi; d – test 2, 2 straturi, e – test 1, 3 straturi.

Epruvetele metalizate în stare brută, pentru determinarea rezisteței la aderență prin încercarea la forfecare, s-a executat o bucșă din oțel aliat, un material utilizat în fabricarea sculelor așchietoare (fig. 7.22)

Pentru a se obține dimensiunea nominală a epruvetelor pentru încercarea prin forfecare de ø 40˚ – 0,3 conform STAS 11684/4 – 83, suprafețele metalizate ale epruvetelor din figura 7.21 se supun unor prelucrări mecanice. Frecvent suprafețele metalizate se prelucrează prin strunjire urmată de rectificare sau numai rectificare.

a) b) c)

Fig. 7. 21 Epruvete metalizate pentru studiul aderenței prin forfecare : a – epruvetă din aluminiu; b, c – epruvete din oțel

Fig. 7.22 Bucșă pentru studiul aderenței

Prelucrarea se execută cu scule din carburi metalice, cu viteze de așchiere de 30 – 100 m/min. și avansuri de 0,05 – 0,15 mm/rot.

Rectificarea se execută după strunjire sau direct după metalizare, în cazul materialului de aport cu un procent mare de carbon, se preferă cu lichid de așchiere. Discurile utilizate sunt din carbură de siliciu cu granulație mare, pentru a ne se îmbâcsi cu praf metalic. Parametrii recomandați la rectificare sunt : viteza periferică a discului abraziv, 25 – 30 m/s, viteza periferică a epruvetei, 10 m/min, avansul longitudinal 0,2 – 0,7 din lățimea discului pe rotație, adâncimea de rectificare 0,015 – 0,04 mm.

În figura 7.23 se prezintă epruvetele pregătite pentru determinarea aderenței prin încercarea la forfecare.

Fig. 7.23 Epruvetele înainte de încercarea la forfecare (material epruvetă, C45)

După încercarea la forfecare (fig. 7.24), pe epruvete se poate observa suprafața de rupere și se poate determina tipul de rupere. În general ruperea a fost coezivă în strat. Dar au fost și cazuri de rupere adezivă, produsă la interfața strat – substrat.

Fig. 7.24 Epruvetele după încercarea la forfecare (material epruvetă, C45)

Fig. 7.25 Inelele fragmentate desprinse de pe inelele epruvetei (materialul epruvetei, C45)

Secțiunea neuniformă a inelelor epruvetei (porțiunilor de inel) desprinse (fig. 7.25), se datorează desprinderii neuniforme a unor porțiuni de inel, datorită deformării puternice, precum și datorită desprinderii (smulgerii) unor porțiuni din substrat, aceste porțiuni au rămas prinse pe inel.

Cercetările privind determinarea rezistenței la aderență prin încercarea la forfecare au fost efectuate pe epruvete (fig. 7.17) din oțel marca S235JR SR EN 10025 – 2 : 2004 prin metalizare cu 1, 2 și 3 straturi. În tabelul 7.10 se prezintă rezultatele încercării la forfecare (forța maximă) pe epruvete din oțel S235 JR metalizate.

Forța maximă la încercarea prin forfecare pe epruvete metalizate, depuse pe oțel marca S235 JR Tabelul 7.10

Încercarea la forfecare a epruvetelor metalizate s-a efectuat cu viteza de 5 mm/min., iar forța de preîncărcare de 100 N.

În tabelul 7.11 se prezintă rezistența la aderență , () pentru straturile depuse prin metalizare pe epruvete din oțel marca S 235 JR SR EN 10025 – 2 : 2004.

Rezistența la aderență pentru straturile metalizate pe epruvete din oțel S235 JR Tabelul 7.11

Analizând epruvetele metalizate supuse încercării la forfecare (tab. 7.10 și tab. 7.11) se observă că există 3 zone posibile de rupere a inelelor. Tipurile de rupere posibile sunt : adezivă, coezivă și mixtă. Datele obținute pentru rezistența la aderență prin incercarea la forfecare (tab. 7.11), trebuie comparată cu una dintr-o bază de date existentă.

În figura 7.26 se prezintă variația forței de forfecare la încercarea epruvetelor metalizate pe oțel marca S 235 JR.

a)

b)

c)

d)

e)

Fig. 7.26 Variația forței de forfecare a inelelor metalizare pe epruvete din oțel, marca S235 JR: a – test 1, strat 1, b – test 2, strat 1; c – test 1, strat 2; d – test 2, strat 2, e – test 1, strat 3.

Inele desprinse de pe epruvetă sunt fragmentate inegal, datorită deformării puternice a stratului metalizat, precum și datorită desprinderii (smulgerii) a unor porțiuni din substrat. Aceste porțiuni au rămas prinse de inel.

Cercetările experimentale privind determinarea rezistenței la aderență prin încercarea la forfecare a cuprins și metalizarea cu aluminiu a epruvetelor din aluminiu. (fig. 7.21, a).

Epruvetele din aluminiu AW 1050A (Al 99,5) au fost metalizate cu 1, 2 și 3 straturi de aluminiu (cu sârmă de ø2,0 – ø4,76 mm) marca 0,1E. În tabelul 7.12 se prezintă forța maximă de forfecare a inelelor metalizate cu aluminiu, pe epruvete din aluminiu.

Forța maximă de forfecare a inelelor metalizate cu aluminiu pe epruvete de aluminiu AW 1050A (Al 99,5) Tabelul 7.12

Epruvetele din aluminiu, metalizate cu aluminiu au fost încercare cu viteza de 5mm/min., iar forța de preîncărcare a fost de 100 N.

În tabelul 7.13 se prezintă rezistența la aderență determinată prin încercarea la forfecare pe epruvete din aluminiu metalizate cu aluminiu 0,1 E.

Rezistența la aderență a straturilor metalizate pe epruvete din aluminiu AW 1050A (Al 99,5) Tabelul 7.13

a)

b)

c)

d)

Fig. 7.27 Variația forței de forfecare a inelelor metalizare pe epruvete din aluminiu : a – 1 strat, test 1, b – 2 straturi, test 1; c – 2 straturi, test 2; d – 3 straturi, test 1.

În figura 7.27 se prezintă variația forței de forfecare la desprinderea inelelor metalizate din aluminiu de pe epruvete din aluminiu.

Rezistența la aderență a stratului metalizat din aluminiu (tab. 7.13) este destul de ridicat, ceea ce înseamnă că aderența este suficient de mare în cazul aluminiului pe epruvete din aluminiu. Ruperea stratului adeziv se face la limita interfeței. Suprafața rămasă este uniformă și curată. Și în cazul acestui tip de rupere (forfecare) valorile obținute trebuie comparate cu cele dintr-o bază de date.

7.4.5 Examinarea materialelor prin microscopie electronică

Microscopul electronic, este astăzi un instrument de studiu indisponibil în ingineria materialelor, oferind informații despre stuctura materialelor [ ]. În prezent nu se poate concepe o cercetare în domeniul materialelor, care să nu apeleze la microscopul electronic.

Structurile metalografice se pun în evidență pe probe șlefuite și atacate cu reactivi specifici. Examinarea microstructurilor cu microscopul electronic, oferă avantaje față de mcroscopia metalografică optică și anume :

rezoluție și putere de mărire mult mai mare (aceasta permite observarea unor faze fin distribuite) ;

adâncime de câmp foarte mare, ceea ce dă senzația unor imagini în relief.

Studiul structurilor metalografice se face pe suprafețe lustruite și atacate, la fel ca și în cazul microscopiei metalografice optice.

În general , succesiunea operațiilor în vederea unei analize metalografice este următoarea : luarea probelor, eventual tratamentul termic al probelor, pregătirea probelor, pregătirea suprafeței, spălarea și uscarea probei, punerea în evidență a structurii prin atac cu reactivi și cercetarea macro, respectiv microscopică a probelor. Condițiile pentru luarea și pregătirea probelor metalografice sunt prevăzute în STAS 4203 – 88.

Dacă epruvetele sunt prea mari, se va tăia prin electroziune cu fir o porțiune care va constitui proba metalografică (fig. 7.28).

Fig. 7.28 Mașină de prelucrare prin electroziune cu fir, utilizată la debitarea probelor metalografice (sursa: laboratorul de tehnologie neconvențională, din departamentul I. F., al facultății construcții de mașini).

În figura 7.29 se prezintă probe metalografice debitate prin electroeroziune cu fir.

Fig. 7.29 Probe metalografice debitate din epruvete prin electroeroziune cu fir.

Șlefuirea suprafeței probei metalografice se face cu materiale abrazive, în următoarele faze : șlefuirea, degroșarea, intermediară și fină (fig.7.30)

Fig. 7.30 Șlefuirea probelor metalografice

După prelucrarea suprafeței probelor metalografice, s-a efectuat expunerea acestuia la microscopul electronic de baleaj JEOL – JSM 5600 LV din departamentul Știința și Ingineria Materialelor din cadrul U. T. C. – N.

Caracteristicile microscopului electronic JEOL – JSM 5600 LV sunt : (fig. 7.31) :

mărește : X 300.000;

rezoluție : 3.5 nm;

sondă EDX – pentru determinarea compoziției chimice, această sondă determină elemente de la Bor la Uraniu (cca. 80 elemente).

Fig. 7.31Microscopul electronic (sursa : laboratorul de microscopie electronică, departamentul SM, din U. T. C. – N).

Prin expunere s-au obținut imagini ale suprafețelor probelor metalografice la diferite scări și s-a putut efectua și analiza macroscopică a stratului și substratului. Analiza microscopică a evidențiat și compoziția chimică a substratului în care se observă caracterul metalic.

Elementul preponderent este fierul, pentru epruvetele din oțel (C45 și S 235 JR). Pe lângă acest element, mai pot exista elemente metalice sau nemetalice în funcție de tipul materialului utilizat ca substrat.

Programul ImageJ permite procesarea și analizarea imaginilor științifice multidimensionale cu accent pe imagistica științifică.

Pe lângă determinarea distribuției elementelor chimice în probe (fig. 7.32), prin microanaliză cu microscopie electronică se poate determina și profilul de concentrație în strat – substrat de-a lungul unei direcții pe probe metalografice din aluminiu AW 1050A (fig.7.33).

Fig. 7.32 Concentrația elementelor componente ale epruvetelor din aluminiu AW 1050 A.

Fig. 7.33 Aspectul microscopic al stratului metalizat pe epruvetă din aluminiu AW 1050 A, mărire : X 100 (strat – substrat)

Prin expunerea electronică se poate observa în figura 7.34 aspectul microscopic la nivelul depunerii unui strat de metalizare pe o epruvetă din oțel marca S 235 JR. Dacă aderența stratului metalizat este corespunzătoare, linia dintre cele două straturi trebuie să fie continuă. Dacă depunerea nu este uniformă apar goluri care scad rezistența stratului depus.

În cazul probelor metalografice cu un singur strat metalizat, s-a stabilit compoziția chimică prezentată în figura 7.35. Concentrația elementelor chimice din strat și substrat în funcție de lungimea de undă sunt prezentate în figura 7.35.

Fig. 7.34 Aspectul microscopic al stratului metalizat pe epruvetă din oțel marca S 235 JR (un strat) : X 100

Fig. 7.35 Compoziția chimică strat – substrat la metalizarea unei epruvete din oțel marca S 235 JR (un strat)

În acest capitol s-au realizat determinări ale distribuției elementelor chimice în probele metalografice, a variației concentrației acestora de-a lungul unei direcții precum și determinarea cantitativă a compoziției chimice. Toate probele prezentate și următoarele au fost elaborate în cadrul departamentului Știința și Ingineria Materialelor din cadrul U. T. C. – N. și au fost analizate cu ajutorul microscopului elecronic de baleaj JEOL – JSM 5600 LV echipat cu spectometrul EDX Oxford Instruments, (soft Inca 200) aflat în dotarea aceluiași departament.

Figura 7.36 prezintă compoziția chimică strat – substrat la metalizarea unei epruvete din oțel marca C45 (un strat).

Fig. 7.36 compoziția chimică strat – substrat la o probă metalografică metalizată pe o epruvetă din oțel marca C45

Pe lângă elementele de bază fier (fig 7.36) apar și altele în concentrații variabile : nichel, aluminiu etc.

În figura 7.37 și figura 7.38 se prezintă aspectul microscopic al starului depus, unul (fig. 7.37) și două straturi (fig. 7.38) pe epruvete din oțel marca C 45.

Fig. 7.37 Aspectul microscopic al stratului depus (unul) prin metalizare pe o epruvetă din oțel C 45 : mărire X 100

Din figura 7.37 rezultă faptul că aluminiul este preponderent în primul strat depus, în timp ce fierul este în concentrație mai mare în substrat.

Fig. 7.38 Aspectul microscopic al straturilor depuse (două) prin metalizare pe o epruvetă din oțel C 45 : mărire X 100

În al doilea strat (fig. 7.38) conține aluminiu, alături de fier în cantități reduce. Dacă se stabilește o linie pe suprafața epruvetei, acest tip de microscop are capacitatea de a reda compoziția chimică direct pe suprafața expusă, de-a lungul acestei linii, obținându-se o corespondență relevantă între structură și compoziție chimică (fig. 7.36). linia s-a trasat (fig. 7.38) printr-o zonă în care nu sunt goluri de aer sau granule netopite. Rezultatul este relevant, în privința compoziției chimice ale celor trei zone.

Cercetarea experimentală cu microscopul electronic JEOL – JSM 5600 LV a continuat prin studiul straturilor metalizate pe cele trei tipuri de epruvete. Probele metalografice destinate studiului microscopic al stratului depus prin metalizare au fost șlefuite pe o față până la oglindă pentru a putea observa structura metalului.

Aspectul microscopic al straturilor depuse prin metalizare, se prezintă în figura 7.39.

Fig. 7.39 Aspectul microscopic al straturilor depuse prin metalizare : a – epruvetă din S 235 JR; b – epruvetă din C 45; c – epruvetă din AW 1050 A; d – epruvetă din C 45, 2 straturi

În figura 7.40 se prezintă compoziția chimică și structura microscopică a epruvetelor din aluminiu, metalizat de aluminiu.

Fig. 7.40 Compoziția chimică și aspectul microscopic al stratului depus cu aluminiu pe epruvetă din aluminiu : a – concetrația aluminiului; b – aspectul microscopic strat – substrat : mărire X 35

Structura stratului metalizat (fig. 7.39) este lamelară, ea se compune dintr-un număr foarte mare de particule plate. Structura materialului depus este heterogenă și microporoasă, ceea ce-i conferă o înaltă rezistență la frecare.

În figura 7.39 și 7.40 se prezintă structuri caracteristice depunerii prin metalizare, în care se pot observa granulele topite dar și cele care nu au ajuns la temperatura de topire. Se pot observa și goluri de aer care apar din neuniformitatea depunerii. Microstructurile prezentate confirmă rentabilitatea procedeelor de metalizare în scopul îmbunătățirii calității stratului superficial al pieselor de uzură.

Prin aplicarea unui al doilea strat prin metalizare se observă că va crește duritatea, față de cazul în care metalizarea se face doar cu un singur strat.

7.4.6 Studiul materialelor prin microscopie metalografică optică

Microscopia optică metalografică este un procedeu de lucru indispensabil în studiul microstructurii materialelor. Studiul microstructurii aliajelor prin microscopie metaligrafică optică permite următoarele determinări :

determinarea microscopică a incluziunilor nemetalice, cum ar fi : sulfuri, oxizi, silicați etc.;

identificarea constituienților structurali ;

studiul structurilor de tratament termic ;

studiul structurilor straturilor metalizate ;

studiul transformărilor în strat – substrat la depunerea prin metalizare etc.

Studierea probelor cu microscopul metalografic optic, constă din următoarele operații : recoltarea probei, fixarea sau montarea probelor, șlefuirea, lustruirea și atacarea suprafeței probei cu reactivi chimic specifici.

Dintre caracteristicile specifice microscoapelor metalografice optice amintim :

putere separatoare maximă 0,25 µm;

grosisment în trepte 25 X … 2500.

Pentru cercetarea probelor metalografice este necesar ca acestea să fie iluminate prin transparență, folosită în microscopia medicală.

Pregătirea probelor metalografice, se prezintă în figurile : 7.28, 7.29 și 7.30, cercetarea microscopică s-a făcut cu ajutorul microscopului metalografic (fig. 7.41), care se găsește în dotarea departamentului știința și ingineria Materialelor din U. T. C. – N.

Fig. 7.41 Microscop metalografic optic (sursa : laboratorul metalografic din Departamentul de știința și Ingineria Materialelor din U. T. C. – N. )

În figura 7.42 este prezentată structura stratului metalizat pe epruvete din oțel și aluminiu, în straturi de unul și două straturi.

Fig. 7.42 Microstructuri ale straturilor depuse prin metalizare : a – 1 strat, epruvetă S 235 JR; b – 1 strat, epruvetă C 45; c – 1 strat, epruvetă AW 1050 A; d – 2 straturi, epruvetă C 45, mărire : X 40

Din figura 7.42 se remarcă o structură grosieră de metalizare, ea se compune dintr-un număr foarte mare de particule plate.

Structura materialului depus prin metalizare este heterogenă și microporoasă, ceea ce-i conferă o înaltă rezistență la frecare.

Este o structură caracteristică a depunerii prin metalizare, în care se pot observa granulele topite dar și cele care nu au ajuns la temperatura de topire. Se pot observa și goluri de aer care apar din neuniformitatea depunerii stratului prin metalizare.

7.4.7 Controlul pe mașini de măsurat în coordonate a arborilor cotiți

Mașinile de măsurare în coordonate sunt utilizate pentru măsurarea cu precizie de 0,5 – 2,5 µm a dimensiunilor unei piese sau ale majorității abaterilor geometrice.

Implementarea tehnologiei de măsurare tridimensională a arborilor cotiți se datorează următoarelor cerințe :

măsurarea conform cerințelor din domeniile de fabricație;

includerea datelor CAD;

universalitate, flexibilitate și automatizare;

măsurarea dimensiunii, a formei și a poziției pe o singură mașină;

obținerea unor precizii de măsurare și a unei reproductibilități ridicate indiferent de condițiile mediului ambiant ;

asigurarea rapidă a rezultatelor;

reprezentarea grafică a rezultatelor.

Atributele esențiale în descrierea sistemelor de măsurare tridimensionale sunt : precizia sistemului, timpul de măsurare, structurarea datelor, respectiv costurile, aspect care nu poate fi neglijat.

Strategia generală de măsurare cuprinde următorii pași ce trebuie realizați de către utilizator :

selecția elementelor geometrice de pe piesă ce trebuie măsurate;

definirea elementelor de referință folosite pentru definirea sistemului de coordonate;

selectarea orientării piesei;

alegerea metodei de prindere a piesei;

crearea sistemului de palpatoare;

calibrarea sistemului de palpatoare;

definirea strategiei de măsurare;

programarea mașinii;

interpretarea rezultatelor și generarea raportului de măsurare.

Sistemul de palpare realizează „palparea” tactilă sau optică a suprafeței piesei, iar datele numerice furnizate de mașină arată dacă piesa respectă sau nu condițiile prescrise în desen. În figura 7.43 se prezintă suprafețele ce urmează a fii măsurate la arborele cotit și anume fusurile paliere și fusurile manetoane

Fig. 7.43 Suprefețele de măsurare ale arborelui cotit

Măsurarea fusurilor paliere și manetoane s-a realizat pe o mașină de măsurat în coordonate aflată în dotarea Departamentului de Ingineria Fabricației din U. T. C. – N. (fig. 7.44).

Fig. 7.44 Mașina de măsurat în coordonate (sursa: Laboratorul de măsurări din departamentul I. F. din U. T. C. – N.)

Măsurarea diametrului fusurilor paliere și manetoane și controlul formei geometrice și a poziției reciproce s-a efectuat cu mașina de măsurat în coordonate din figura 7.44.

În tabelul 7.14 se prezintă caracteristicile măsurate pe un arbore cotit uzat.

Caracteristici măsurate pe un arbore cotit (fig. 7.44) uzat (înainte de metalizare) Tabelul 7.14

Tabelul 7.14 (continuare)

Tabelul 7.14 (continuare)

Tabelul 7.14 (continuare)

Tabelul 7.14 (continuare)

Arborele cotit uzat a fost metalizat (cu un strat) cu sârmă ø 3,17 mm marca 30E (fig. 7.4) din oțel cu 0,2 % C. După metalizare fusurile paliere și manetoane au fost prelucrate prin așchiere la dimensiunile inițiale (nou).

În tabelul 7.15 se prezintă caracteristicile măsurate pe un arbore cotit recondiționat, măsurătorile au fost făcute pe o mașină de măsurat în coordonate (fig. 7.44).

Caracteristicile măsurate pe un arbore cotit, fus palier și maneton după recondiționare Tabelul 7.15

Tabelul 7.15 (continuare)

Tabelul 7.15 (continuare)

Tabelul 7.15 (continuare)

Tabelul 7.15 (continuare)

Din analiza datelor din tabelul 7.15 rezultă că arborele cotit recondiționat are dimensiunile nominale, rugozitatea și toleranțele unui arbore cotit nou.

În general, aducerea suprafețelor metalizate la forma și dimensiunile pe care arborele cotit le-a avut la montaj (inițial), se face prin prelucrări mecanice. Suprafețele fusurilor paliere și manetoane se prelucrează prin strunjire și rectificare, sau numai prin rectificare.

Măsurarea tridimensională reprezintă astăzi o tehnică indispensabilă pentru asigurarea calității arborilor cotiți și deci a competivității firmelor pe piață. Este imposibil de imaginat prezența unor produse pe piața care să nu aibă o certificare de conformitate ce poate fi obținută în prezent doar prin măsurarea pe echipamente de măsurat tridimensional a diferitelor piese.

7.4.8 Porozitatea stratului metalizat

Pulverizarea metalului topit în particule pe suprafața presei se realizează cu aer comprimat. Particulele metalice incandescente, rezultate prin pulverizare, de formă sferică cu diametrul de 0,01 – 0,015 mm [ ], sunt antrenate de aerul comprimat formând un jet sub formă de arc. Particulele antrenate de aerul comprimat întâlnesc suprafața de metalizat cu suficientă plasticitate, se deformează și se ancorează în rugozitățile suprafeței obținându-se o fixare mecanică și formându-se un prim strat de metal pulverizat. Straturile următoare și mai puternic ancorate cu o aderență mai mare din cauza porozității mai pronunțate a primului strat. Epruvetele utilizate pentru determinarea porozității straturilor metalizate se prezintă în figura 7.45.

a) b) c)

Fig. 7.45 Epruvete pentru determinarea porozității straturilor metalizate: a- substrat din oțel S235JR; b- substrat din oțel C45; c- substrat din ENAW-2001.

Fig. 7.46 Epruvete

Porozitatea straturilor de metal pulverizate s-a determinat după ce a fost cufundat în ulei încălzit la 393°K cca. 2h a unor epruvete fig.7.46 din oțel și aluminiu. Porozitatea straturilor de metal pulverizate s-a determinat cu relația (7.1), iar rezultatele sunt prezentate în tabelul 7.16

Porozitatea stratului metalizat Tabelul 7.16

Straturile de metal pulverizate sunt rezistente la compresiune, proprietatea esențială pentru procesul de recondiționare prin metalizarea suprafețelor uzate. În urma cercetărilor experimentale, s-a putut constata că straturile metalizate prezintă o comportare bună la uzură, iar particula de lubrifiant are o stabilitate mare pe o suprafațî metalizată datorită porozității stratului depus. Prin tratament termic se obține reducerea numărului de pori, creșterea durității stratului, creșterea rezistenței la uzură a stratului, modificarea structurii substratului.

Porozitatea obținută în tabelul 7.16 trebuie comparată cu o porozitate dintr-o baza de date existentă.

7.5 Concluzii

Metalizarea este un procedeu de recondiționare a arborilor cotiți performant, care are cele mai numeroase și variate aplicații, în toate domeniile industriale. Duritatea, tenacitatea, rezistența la forfecare și la coroziune ale straturilor superficiale cresc odată cu aplicarea stratului metalizat.

Pe lângă multiple avantaje, procedeul de metalizare prezintă și unele dezavantaje și anume : pierderi de metal de adaos, în straturile metalizate nu se pot tăia filete, nu se recomandă executarea unor găuri după metalizare, piesele metalizate nu se pot prelucra prin deformări plastice.

Aderența straturilor metalizate depinde de următorii factori : forma piesei metalizate, modul de pregătire al suprafeței și gradul de rugozitate obținut, natura metalului de aport, diametru piesei de metalizat, grosimea stratului depus, gradul de puritate al aerului comprimat etc.

Pentru mărirea aderenței se poate recurge la realizarea unui strat intermediar, cu o aderență bună, și un al doilea strat care va avea o aderență mai mare datorită rugozității stratului intermediar. Straturile metalizate prezintă o comportare bună la uzură, iar pelicula de lubrifiant are o stabilitate mare pe suprafața metalizată.

Calitatea pregătirii suprafețelor, înainte de metalizare, determină aderența stratului depus prin metalizare.

Structura metalului depus prin metalizare este lamelară, ea se compune dintr-un număr mare de particule plate.

Reducerea porozitășii și mărirea rezistenței la uzură a unui strat metalizat se poate realiza cu următoarele operații : ecruisarea cu alice, netezirea prin frecare, impregnarea cu lacuri de bachelită vopsele, uleiuri etc.

Verificarea suprafețelor metalizate se face prin control dimensional și prin luarea unor probe metalografice.

Prin analiza metalografică se pune în evidență neomogenitatea chimică și structurală, existența unor defecte, pori etc., care au influență asupra caracteristicilor fizico – mecanice, ale stratului metalizat.

Măsurarea tridimensională reprezintă o tehnică indispensabilă pentru asigurarea calității arborilor cotiți recondiționați și deci a competitivității firmelor pe piață.

CAPITOLUL 8

CONCLUZII FINALE, CONTRIBUȚII ORIGINALE ȘI DIRECȚII VIITOARE DE CERCETARE

8.1 Concluzii finale

Prin tema abordată, „STUDII ȘI CERCETĂRI PRIVIND CREȘTEREA DURABILITĂȚII PIESELOR DE TIP ARBORE PRIN RECONDIȚIONARE ” s-a încercat completarea cunoștințelor actuale despre tehnologiile de recondiționare a arborilor uzați, prin metalizare.

Teza de doctorat analizează în special „ARBORELE COTIT”, acesta fiind studiat în cadrul mecanismului bielă – manivelă, urmărind tipurile de uzură, motivul apariției acesteia, distribuția etc., cu scopul de a găsi soluții tehnologice noi pentru asigurarea unei durabilități ridicate.

Soluția propusă și studiată în vederea creșterii durabilității arborilor cotiți, constă în compensarea uzurilor prin metalizare.

Arborele cotit transformă mișcarea de translație a pistonului într-o mișcare de rotație și transmite spre utilizare momentul motor dezvoltat de forța de presiune a gazelor.

Masa arborelui cotit reprezintă 7 – 15 % din masa motorului [ ]; prețul de fabricație al arborelui cotit, ajunge până la 15 – 20% din prețul motorului [ ]. În aceste condiții, arborele cotit trebuie să realizeze o masă redusă, o tehnologie simplă, o durabilitate ridicată și o siguranță ridicată în funcționare.

Dintre toate organele motorului, arborele cotit suportă cele mai mari solicitări. Sub acțiunea forțelor de presiune a gazelor și a forțelor de inerție, în elementele arborelui cotit apar solicitări de întindere, compresiune, încovoiere și răsucire.

Fusurile arborelui cotit sunt supuse frecării și uzurii. Ele trebuie să aibă o duritate ridicată (55 – 61 HRC), să reziste la uzura abrazivă determinată de impuritățile din ulei. Nivelul ridicat al solicitărilor arborelui cotit impun executarea lui cu o rezistență mecanică superioară ( C45, C60, SR EN 10083 – 2 : 2007), având rezistența la rupere de 70 – 80 daN/mm².

Problemele abordate în cadrul tezei cuprind următoarele aspecte :

tehnologice, rezolvă metalizarea fusurilor arborelui cotit;

economice, se referă la diferența între costurile de fabricație și costurile de recondiționare a arborelui cotit;

ecologice, se referă la economia de resurse energetice și materiale, prin eliminarea fazelor metalurgice de obținere a semifabricatelor.

Metalizarea fusurilor arborelui cotit s-a efectuat cu o instalație, având pistolet de tip METCO 10 E, cu flacără, ce realizează acoperiri economice și de înaltă calitate, utilizând sârme pentru metalizare.

Aderența straturilor depuse prin metalizare, este un fenomen complex, în primul rând de natură mecanică și în mai mică măsură de natură fizică și chimică. În concluzie se poate afirma că aderența straturilor depuse prin metalizare depinde de următorii factori :

forma piesei metalizate ;

modul de pregătire a suprafeței și gradul de rugozitate obținut ;

natura metalului de aport;

diametrul piesei de metalizat;

granulația particulelor rezultate din pulverizarea metalului topit;

temperatura particulelor în punctul de impact;

grosimea stratului depus prin pulverizare;

puritatea aerului comprimat etc.

Pentru a verifica eficiența eficiența procedeului de metalizare a fusurilor arborelui cotit trebuie executate epruvete în condiții similare celor în care au loc metalizarea fusurilor. Aceste epruvete vor fi supuse determinării rezistenței la aderență prin încercarea la forfecare.

În urma analizei fazelor formării stratului depus prin metalizare, se desprind următoarele concluzii :

aderența în metalizarea termică este un fenomen complex, în succesiunea fazelor de formare a stratului metalizat se întâlnesc următoarele tipuri de aderențe : mecanică, metalurgică, superficială, fizică și difuzivă;

fenomenele care apar la interfața strat – substrat ( aderența, transformările de fază, difuzia, etc.) nu se produc separat ci simultan ;

pentru creșterea aderenței de poate recurge la realizarea unui strat intermediar, cu o aderență bună ;

calitatea pregătirii suprafețelor, înainte de metalizare, determină aderența stratului depus prin metalizare;

metalizarea cu mai multe straturi, favorizează creșterea semnificativă a aderenței.

Calitatea este o funcție primordială. Existența societății comerciale depinde de venitul obținut, din vânzarea produselor, iar posibilitatea de a vinde, se bazează pe însușirea acestora de a fi corespunzătoare pentru utilizare, la un raport, preț/calitate adecvat cerințelor pieței.

După cum s-a prezentat în teză, studiile actuale certifică necesitatea cercetărilor în domeniu, pentru identificarea mecanismelor complexe ce iau naștere în timpul depunerii straturilor prin metalizare.

Există multe argumente referitoare la importanța tehnologiilor de recondiționare a pieselor prin metalizare. Pe de o parte, din motive legate de costuri, pentru fiecare proces de recondiționare este indispensabil să se producă numai piese care se află în cadrul limitelor de toleranță specificate, iar pe de o altă parte, este necesar ca, în sensul globalizării, locul de producție să nu mai joace un rol important.

De aici rezultă următoarele avantaje :

calitate și precizie înaltă a pieselor metalizate ;

posibilitatea recondiționării unor piese cu geometrie complexă;

obținerea unor piese cu rugozitate foarte bună a suprafeței recondiționate;

economia de material și manoperă a semifabricatului;

prin recondiționare se obțin produse de mare complexitate, la un cost minim;

grosimea stratului depus este între 0,01 – 10 mm;

rezistență mare la uzură a stratului depus;

stratul depus este poros și tenace – dă posibilitatea îmbunătățirii ungerii;

nu produce deformarea pieselor;

permite formarea de pseudoaliaje;

productivitate ridicată.

Procedeul de metalizare prin pulverizare, prezintă și dezavantaje, cum ar fi:

pierderi de metal de adaos în conul de pulverizare;

în straturile metalizate nu se pot tăia filete;

executarea găurilor după metalizare, nu se recomandă;

piesele metalizate nu se pot prelucra prin deformări plastice;

Studiile teoretice și cercetările experimentale privind recondiționarea arborilor cotiți prin metalizare au cuprins :

Determinarea rezistenței la aderență prin încercarea la forfecare ( STAS 11684/4 – 83);

Încercări de încovoiere prin șoc (reziliență);

Determinarea durității stratului depus prin metoda Vickers;

Analiza metalografică (structuri);

Măsurarea rugozității suprafețelor metalizate;

Precizia dimensională și geometrică a pieselor uzate și recondiționate;

Măsurarea porozității straturilor metalizate.

Din analiza microstructurii și a durității straturilor depuse prin metalizare pe fusurile arborelui cotit de la motoarele termice, rezultă :

În timpul metalizării nu au loc modificări de compoziție chimică a straturilor și a substraturilor;

Aspectul neuniform al stratului metalizat depus, se datorează prezenței granulelor de metal netopite;

Dacă interfața este continuă, atunci și aderența stratului este bună și conferă calități superioare suprafeței metalizate;

Metalizarea cu două straturi conferă stratului din exterior, o rezistență mai mare la uzură;

Duritatea stratului depus este mai mare decât stratul exterior și substratul;

Stratul depus prin metalizare îmbunătățește ungerea, datorită porozității rezultate.

Alte fenomene care apar la nivelul interfeței dintr-un strat depus și substrat sunt:

Difuzia;

Transformări de fază;

Tensiuni de strat și de interfață;

Porozitatea straturilor metalizate.

Tipurile de defecte din straturile metalizate sunt :

Incluziuni nemetalice;

Variații de grosime;

Fisuri superficiale;

Găuri de interfață;

Porozitate internă;

Variații de compoziție, etc.

Cercetările teoretice și experimentale au mai cuprins :

studiu bibliografic privind stadiul actual al recondiționării arborilor cotiți de la motoarele termice, prin metalizare ;

studiu privind natura și fenomenele uzurilor pentru arborele cotit de la motoarele termice;

concepte și sisteme privind mentenanța;

metode de recondiționare a pieselor uzate;

elemente de managementul calității în activitatea de mentenanță;

ecoindustria;

studiul parametrilor care influențează procesul de recondiționare a arborilor cotiți prin metalizare;

clasificarea și identificarea tipurilor de defecte care apar în straturile metalizate și identificarea factorilor care ar putea contribui la apariția defectelor;

asigurarea repetabilității proceselor de metalizare.

Calitatea pieselor obținute prin recondiționare, trebuie apreciată, atât prin precizia dimensională, cât și prin abaterea de la forma geometrică, nu trebuie neglijată rugozitatea suprafețelor metalizate, cât și modificarea proprietăților materialului semifabricatului, ca urmare a procesului de metalizare.

8.2 Contribuții originale

O pondere importantă în cercetarea științifică, o au cercetările experimentale, care constituie pe de o parte, un criteriu de bază pentru verificarea adevărului asupra ipotezelor teoriilor științifice, iar pe de altă parte, o sursă de depistare a unor cunoștințe noi, de natură cantitativă și calitativă, a unor legi care stau la baza proceselor tehnologice de recondiționare a pieselor metalice.

Valoarea cercetărilor teoretice, crește atunci când ele pot fi aplicate în practica industrială, devenind un instrument de lucru pentru specialiștii care lucrează în domeniul recondiționării pieselor metalice.

Cercetările efectuate în cadrul tezei de doctorat au avut atât caracter teoretic cât și practice, dintre care amintim :

studiu privind stadiul actual al recondiționărilor prin metalizare;

studiul parametrilor care influențează procesul metalizării fusurilor arborilor cotiți de la motoarele termice;

studiul aderenței straturilor depuse prin metalizare;

analiza microscopică a straturilor depuse prin metalizare;

determinarea durității straturilor depuse;

defecte în straturile depuse;

determinarea compoziției chimice a stratului și substratului;

materiale recomandate pentru recondiționarea arborilor cotiți;

înregistrarea rugozității suprafețelor depuse;

măsurarea dimensiunilor și a abaterilor de la forma geometrică a fusurilor metalizate de la arborii cotiți. etc.

Așa cum s-a arătat pe parcursul capitolelor precedente, rezultatele obținute, prezintă un potențial ridicat de aplicare în industrie. Acest fapt oferă totodată și posibilități de extindere a cercetărilor teoretice și experimentale.

8.3 Direcții viitoare de cercetare

Cercetările teoretice și experimentale au condus la deschiderea unor direcții noi de cercetare, care urmează a fii abordate pe viitor, astfel :

simularea procesului de metalizare;

aplicarea sistemului „teleservice” pentru motoarele termice;

oportunitatea introducerii tehnologiilor curate;

oferirea de soluții noi la recondiționarea arborilor cotiți;

optimizarea soluțiilor tehnologice de recondiționare a arborilor cotiți;

metode noi de analiză a straturilor depuse prin metalizare;

robotizarea procesului de metalizare;

editarea unor cataloage cu privire la parametrii procesului de metalizare;

alegerea motivată a tehnologiilor de recondiționare;

aplicarea indicatorilor costurilor calității și a noncalității în tehnologiile de recondiționare a pieselor metalice.

Închei, cu speranța că rezultatele cercetărilor teoretice și experimentale din această teză de doctorat, sunt utile activităților de recondiționare a pieselor metalice și ele vor fi aplicate cu succes.

BIBLIOGRAFIE

Abrudan , I. Sisteme flexibile de fabricație. Editura Dacia, Cluj-Napoca 1996.

Arghir , G. Caracterizarea cristalo grafică a materialelor și aliajelor prin difuzie cu raze X. Editura U.T.C.N., Cluj-Napoca, 1993.

Barault, R. Ecologie generale. Editura Masson, Paris, 1990.

Băloiu, L.M. Managementul inovării. Editura Eficient, București, 1995.

Bâlc , N. Tehnologii necovenționale. Editura Dacia, Cluj-Napoca, 2001.

Bâlc, N. Gyenge , Cs si Berce , P. Proiectarea pentru fabricația competitivă , editura Alma Mater , Cluj-Napoca, 2006.

Bejan, V. Tehnologia fabricării și a reparării utilajelor tehnologice (Tehnologitate și mentenabilitate în construcția de mașini), vol I, Oficiul de informare documentară pentru industria construcțiilor de mașini, București, 1991.

Bejan, V. Tehnologia fabricării și a reparării utilajelor tehnologice (Tehnologitate și mentenabilitate în construcția de mașini), vol II, Oficiul de informare documentară pentru industria construcțiilor de mașini, București, 1991.

Berce, P. Tehnologia fabricării și reparării utilajelor tehnologice. Editura U.T.C., 1989.

Berndt, CC. Tensile Adhesion Testing Methodology for Thermally Sprayed Coatings. J. Mater. Eng., 12/1990 p 151-158

Bodnarenco, N. Ecologie. E.D.P., București, 1998.

Bologa, C.O. Tehnologii de prelucrare tipizate. Editura Universității din Sibiu, 1995

Borzan,M șa. Elemente de asigurarea și managementul calității. Editura Studium, Cluj-Napoca, 2001.

Brown, R.L. Ecoeconomia, 2001. Editura Tehnică, București, 2001.

Bulgaru, M și Bolboacă, L. Ingineria calității. Instrumentele calității. Editura Alma Mater, Cluj-Napoca, 2004

Cândea , V. si Popa C. Album , structure metalografice , Editura Vega, București, 1996.

Cândea, V.C. ș.a. Atlas structure metalografice. Editura UTPRESS, Cluj-Napoca, 2012.

Ceașu, I. Terotehnica și terotehnologia. Ed. II-ATTR, OIDCM, București, 1992.

Cebotărescu, DI, șa. Repararea și întreținerea utilajelor din industria alimentară. Editura Universitas, Chișinău, 1993.

Chișiu, A. ș.a. Organe de mașini. E.D.P., București, 1976.

Cohen, E. Ecological Industrial Park Corneli University Work and Environment Inițiative. Ithacn, NewZork, 1994.

Colan, H și Tudoran,P. Studiul metalelor. E.D.P, București, 1983.

Cordasvschi, C. Diagnoza fiabilistă a produselor industriale. Editura Tehnica București. 1990.

Crișan, G. Tendințe și strategii în realizarea produselor. Tehnologii în concordanță cu cerințele ecologice. Revista pentru protecția mediului și a muncii, nr. 1-3, 1995, p. 42-50.

Crișan, L. Metode modern de măsurare. Editura Dacia, Cluj-Napoca, 2004.

Domșa A. si Domsa S. Materiale metalice in construcția de mașini si instalați. Editura Dacia , Cluj-Napoca 1981.

Geru, N., ș.a. Analiza structurii materialelor metalice. Editura tehnică, București, 1991.

Ionescu, M., Tehnologia de reparație, întreținere și exploatare a mașinilor frigorifice, Editura Scrisul românesc, Craiova, 1983.

Ionuț, B., ș.a. Mentenață, mentenabilitate, tribologie și fiabilitate. Editura Sincron, Cluj-Napoca, 2003

Ionuț, V. și moldovanu, Gh. Tehnologia reparării utilajului agricol. E.D.P. București, 1976.

Jay Lee. Teleservice engineering in manufacturing: challengers and opportunities, Internațional Journal of Machine Tools and Manufacture, 38, p.901-909, Elsevier Science Ltd., 1998.

Laze, D., Achimaș, Gh., Zelea, I. T. Hydrodynamic retarder for commercial vehicles. Acta Tehnica Napocensis., vol. 59, Issue III, september, Cluj-Napoca, 2016.p.319-324.

Laze, D., Achimaș, Gh., Zelea, I. T. Analysis of truck braking system în terms of construction and operation. Acta Tecnica Napocensis, vol.59, Issue II, June, Cluj-Napoca, 2016.p.209-218.

Laze, D., Achimaș, Gh., Zelea, I. T. Maintenance of the brake sistems in the commercial vehicles. Vol. 58, Issue II, June, Cluj-Napoca, 2015.p.267-272.

Manea, Gh. Dezvoltarea durabilă sau supraviețuire economică? Ecologie industrială. Revista pentru protecția muncii și a mediului, nr.2/1994, p.12-14.

Manoliu, M. ș.a. Dezvoltarea durabilă și protecția mediului, Editura Universul, București, 1998

Martinescu, I. și Popescu, I. Fiabilitate. Editura Gryphon, Brașov, 1995.

Mocanu, D.R. Rezistența materialelor. Editura tehnică, București, 1980.

Mureșan, A. Contribuții priviind elaborarea unor tehnici moderne pentru recondiționarea unor repere din ansamblul motor-transmisie de la locomotivele diesel. Teza de doctorat. Cluj-Napoca, 2010.

Nagy, T. ș.a. Fiabilitata și terotehnica autovehiculelor, Editura Universității „Transilvania”, Brașov, 1997.

Nakajima , S. Introduction to Total Productive Maintenance. Productivity PRESS , Cambrige USA, 1988.

Nădășan, Șt., ș.a. Încercări și analize de metale. Editura tehnică, București, 1965.

Negrei, C. Bazele economiei mediului. E.D.P, București, 1996.

Pecht, M. Product Reliability, Maintainability, and Supportability Handbook. New York, CRC Press, 1995.

Popa, A, M. Diagnoză și reparații. Editura Casa Cărții de Știință, Cluj-Napoca, 2003.

Popescu, S. Managementul calității. Editura Cărții de Știință, Cluj-Napoca, 1999.

Ramakumar, R. Reliability Engineering. Fundamentals and Applications. Prentice Hall, 1993.

Ripianu, A. și Albu, A. Osii și arbori rectilinii. Editura tehnică, București, 1964.

Roș, O. și Frățilă D. Proiectare pentru mediu. Editura Casa Cărții de Știință, Cluj-Napoca, 2000.

Roș, R.O. Cărean, Al. Tehnologia prelucrării pe-mașini-unelte cu comanda numerică. Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1995.

Rus I. si Ionut , B. Sisteme de Mententanță și de Amortizare a Mijloacelor Fixe. Editura Universității Agricole Chișinău, 1996.

Rusu, T. Protecția mediului și a muncii, Editura Mediamira, Cluj-Napoca 1999.

Rusu, T. și Bejan, M. Deșeul sursă de venit. Editura Mediamira, Cluj-Napoca, 2006.

Smith, R.W. Plasma spray Processing. Drexel University, Pensylvania, USA, 1991.

Soporan, V.F. Dezvoltarea durabilă. Editura Casa Cărții de Știință, Cluj-Napoca, 2011.

Șchiopu, D. Ecologie și protecția mediului. EDP, București, 1997.

Ștețiu, E.C. Control tehnic. E.D.P., București, 1979.

Șuteu, V. Tehnologia întreținerii și reparării mașinilor și utilajelor, Editura Dacia, Cluj-Napocu 1984.

Tăpălagă, I., ș.a. Criogenia în construcția de mașini, Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1998.

Tighiliu M. s.a. Locomotive Diesel : Construcția , Calculul si Reparația, volumul I. M.T.T., C.D.P.T., București 1971.

Tudose L. Elemente de Tribologie. Partea I Angrenaje. Editura U.T. PRESS , Cluj-Napoca 1999.

Tulcan, A.ș.a. Sisteme de control. Editura Politehnică, Timișoara, 2006.

Tureac, I., Cojocaru, Șt., Exploatarea, întreținerea și Repararea utilajelor de presare la rece, Editura Tehnică, București, 1984.

Tureac, I., Popescu, M., Dezvoltarea durabilă și reconceperea produselor în Construcția de mașini, Editura Universității Transilvania Brașov, 2001.

Tureac, I., ș.a. Proiectarea ecologică și dezvoltarea durabilă. Editura Universității Transilvania din Brașov, Brașov, 2003.

Ungureșan, I., Terologia – Știința și practica recondiționară pieselor de schimb, Editura Promedia, Cluj-Napoca, 1996

Vaida, O. Stadiul fenomenelor care apar la interfața strat metalizat – metal de bază, la metalizarea oțelurilor slab aliate cu pulberi pe bază de nichel. Teză de doctorat, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, 1996.

Vasilca, G. și Biță, O. Procese de lubrificație, frecare și uzură la suprafețele metalice. Editura Academiei R.S.R., București, 1967.

Vermeșan, G., Vermeșan, E., ș.a. Introducere în Ingineria suprafețelor, Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1999.

Vida-Simiti, I. Banabic, D., ș.a., Prelucrabilitatea materialelor metalice. Editura Dacia, Cluj-Napoca, 1996.

Vușcan, I. Mecanica proceselor de recondiționare. Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2007.

Zelea, I. T. , Achimaș, Gh., Laze, D. Studies and investigatons referring to the adherence of the metalized layer at he ground-underground interface. Acta Tehnica Napocensis, vol. 59, Issue III, September, Cluj-Napoca 2016, p.335-340.

Zelea, I. T. , Achimaș, Gh., Laze, D. Possibilities of increassing the durability of the arbor type components of heat enginer. Acta Tehnica Napocensis, Vol. 58, Issue II, June, Cluj-Napoca, 2015. p. 303-308.

Zelea, I. T. , Achimaș, Gh., Gyenge, Cs., Laze, D. Consideration regarding the application ot new tehnologies for improvement of internal combustion engine. 3 rd International scientific conference on advances în mechanical engineering. 19 november, 2015, Debrecen, Hungary. P. 150-156.

Zelea, I. T. , Achimaș, Gh., Laze, D. Recondiționarea arborilor drepți și cotiți. Conferință Națională Multidisciplinară „Profesorul ion D.Lăzărescu, Fondatorul Școlii Românești de teoria așchierii”. Ediția a IV-a, 09 septembrie, 2016, Cugir. p.55-64.

Zelea, I. T. , Achimaș, Gh., Laze, D. Appling the concept and tehnique of reverse engeneering in the tehnologies of reconditioning pieces. Acta Technica Napocensis, vol.59, Issue I, Cluj-Napoca, 2016.p.149-159.

*** Economia de materiale: valorificarea materialelor refolosibile. INID, București, 1991.

*** STASS 10911-88 Fiabilitate , Mentenabilitate , Disponibilitate : Culegearea Datelor Privind Comportarea in Exploatare a Produselor Industriale.

*** Castolin + Eutectic – Guide de lusinage, 1986, p. 1-40.

*** Castolin + Eutectic – Product + Anwendungsinformation, 1993, p. 153-163.

*** Castolin Eutetic. Procedes metalurgiques de maintenance et de reparation pour de meilleurs profite, Castolin S.A. 1992-2 brot.111 – 0923 – 6000.

*** Catalogul – Castolin – Eutectic. Produits et procedes metalurgique de maintenance et reparation, Castolin S.A. 1992-2 CAPR 112-1992-2000-Y.

*** Colecția revistei „Ecologia industrială". Editura O.I.D.P. București, 1996

*** Internațional conference of the Structure and Proprieties of Internal Interface, Irsee, RFA(1994), J. de Physique, C4-1994.

*** Legea protecției mediului nr. 137/1995.

*** Legea protecției mediului nr.12711995.

*** prospecte ale „Centre de documentation tehnique de I” Institut Castolin+Eutetic, 1961…1998 .

*** STAS 11684/4 – 83. Acoperiri termice prin pulverizare.

*** STAS 8174/1,2,3 – 89. Fiabilitatea, Mentenabilitatea respectiv Disponibilitatea: Terminologie.

*** STASS 10307-86 Fiabilitatea Produselor Industriale : Indicator de Fiabilitate.

*** The Guide to Metco Coations, USA, 1991.

ANEXA 1

Epruvete pentru determinarea rezistenței la aderență prin încercare la forfecare;

Bucșă de încercare;

Mașină universală pentru încercercări mecanice de tip INSTRON;

Forță maximă de compresiune aplicată epruvetei.

-după încercare-

ANEXA 2

Pregătirea probelor metalografice

ANEXA 3

Determinarea profilului de concetrație al unui element chimic de-a lungul unei direcții de probă din stratul metalizat (microscop electronic de baleaj JEOL-ISM5600LV echipat cu soft Inca 200)

OL 37

OLC 45

OLC 45

ANEXA 4

Analiza straturilor metalizate prin microscopie electronică (miscroscop electronic de baleaj JEOL-JSM5600LV)

ANEXA 5

Microscop optic metalografic

ANEXA 6

Epruvete Sharpy pentru încercarea de încovoiere prin șoc;

Ciocanu pendul Sharpy pentru efectuarea încercării la încovoiere prin șoc.

ANEXA 7

Măsurarea cu mașini de măsurat în coordonate cu ajutorul programului Calypso (sursa: Laboratorul de măsurători de la Departamentul I.F., din Facultatea Construcții de Mașini).

ANEXA 8

Măsurarea dimensiunilor liniare ale arborelui cotit;

Măsurarea abatrerilor geometrice ale arborelui cotit.

ANEXA 9

Materiale pentru depunerea a straturilor prin metalizare

ANEXA 10

Echipament pentru depunerea straturilor prin metalizare.