STUDII ASUPRA PROCESELOR de Carburare a Pulberilor de Fier

8/13/2019 STUDII ASUPRA PROCESELOR de Carburare a Pulberilor de Fier

1/10

STUDII ASUPRA PROCESELORDE CARBURARE

A PULBERILOR DE FIER

REZUMAT TEZA DE DOCTORAT

Teza este structurat pe cinci capitole, corespunztor obiectivelor de cercetarepropuse, dup cum urmeaz:

CAPITOLUL 1 - STADIUL ACTUAL AL CERCETRILOR PRVINDELABORAREA PIESELOR DIN OELURI SINTERIZATE

n acest capitol este prezentat stadiul actual al elaborrii pieselor din pulberi metalicecare descrie cele mai noi realizri !n acest domeniu" #atele provin din surse de documentarerecente cu re$eriri la cele mai noi procedee de sinterizare, de analiz a structurilor %i

caracteristicilor, de ob&inere a compozitelor pe baz de pulberi metalice' se pune un accentdeosebit pe prezentarea domeniilor nou cucerite de per$orman&ele de utilizare %i $iabilitate a

pulberilor metalice' se trec !n revist considera&iile de ordin teoretic care au stat la baza$undamentrii %tiin&i$ice a temei de cecetare"

(ste prezentat tendin&a actual !n domeniul pulberilor metalice care const !ndezvoltarea unor te)nolo*ii inovative prin intermediul crora s se ob&in materiale sinterizatecu caracteristici mecanice %i tribolo*ice mult !mbunt&ite comparativ cu materialelesinterizate comerciale %i !n acest sens se depun e$orturi !n cercetare !n vederea elaborrii demateriale sinterizate cu omo*enitate c)imic %i structural c+t mai ridicat respectiv peelaborarea unor o&eluri cu un con&inut variabil de carbon !n sec&iune !n scopul asi*urrii unor

propriet&i de rezisten& la uzur !n stratul eteriare combinat cu o tenacitate c+t mai ridicat

!n miez"#atorit propriet&ilor lor, nu eist domeniu !n care materialele %i piesele ob&inute

prin procedee speci$ice metalur*iei pulberilor care s nu aib aplicabilitate, o importan&deosebit av+nd-o raportul propriet&i ob&inute cost de $abrica&ie"

.unt prezentate aplica&ii ale pieselor din o&eluri sinterizate precum %i avanta/eleeconomice din care reiese c prin metalur*ia pulberilor se reduce consumul de materii prime%i ener*ie, coe$icientul de utilizare a pulberilor metalice $iind de 0"""002" #ac se $ace ocompara&ie !ntre di$erite procese de prelucrare 3turnare, etrudere la cald sau la rece, matri&arela cald %i prelucrare pe ma%ini4 pentru ob&inerea de se*men&i cu canale pentru transmisia lama%ini de transport %i ob&inerea aceluia%i reper prin sinterizare se observ c la sinterizare se$olose%te cel mai ra&ional materia prim 3peste 0524 %i !n acela%i timp cel mai mic consum deener*ie pe 6ilo*ramul de pies $init"

n zilele noastre o importan& deosebit a ob&inut metalur*ia pulberilor %i !n reciclareade%eurilor metalice prin trans$ormarea acestora !n pulberi metalice valoroase: recuperareaa%c)iilor de la prelucrarea semi$abricatelor metalice a oizilor de cupru proveni&i de lalaminarea la cald, a de%eurilor, sculelor %i pieselor uzate din alia/e dure sinterizate" Ob&inerea

pulberilor metalice din de%euri de $abrica&ie are implica&ii multiple at+t asupra valori$icriisuperioare a de%eului c+t %i asupra produsului $init"

Scopullucrrii de doctorat const !n adoptarea unui procedeu ori*inal de elaborare ao&elurilor sinterizate cu caracteristici tribolo*ice remarcabile care s rspund cerin&elorimpuse pieselor de uzur $olosite !n construc&ia de ma%ini" Procedeul are la baz aportul de

carbon prin carburarea pulberii de $ier !n ciclo*rama opera&iei de sinterizare"n cadrul cercetrilor s-au avut !n vedere urmtoarele obiective:

1


2/10

- analiza proceselor de di$uzie a carbonului !n $ier !n $unc&ie de timpul de carburarerespectiv !n $unc&ie de densitatea probelor din $ier presate uniaial la 788 9Pa %i 88 9Pa"Ale*erea presiunilor de compactizare s-a realizat &in+ndu-se seama de valorile din literaturade specialitate $olosite la nivel industrial pentru ob&inerea o&elurilor sinterizate'

- modelarea $olosind pro*ramul 9aple a proceselor de di$uzie a C !n comprimatele de

$ier ob&inute la cele dou presiuni av!nd !n vedere rezultatele eperimentale'- analize microscopice ale probelor de o&el dup sinterizarea la temperaturile de 1858,1188, 1158 oC timp de ;8 min %i cu con&inuturi di$erite de carbon !n $unc&ie de timpii decarburare %i densitatea probelor'

- studii privind in$luen&a parametrilor procedeului de carburare - sinterizare asupracaracteristicilor mecanice ale o&elurior carbon elaborate prin care s-a urmrit interdependen&adintr microduritatea, rezilien&a %i rezisten&a mecanic a probelor !n $unc&ie de parametrii

procedeului de elaborare a o&elurilor sinterizate prin noul procedeu'- studii privind in$luen&a parametrilor te)nolo*ici adopta&i !n cadrul noului procedeu

asupra rezisten&ei la uzare a o&elurilor sinterizate" CAPITOLUL ! CERCETRI PRIVIND PROCESELE DE CARBURARE

" SINTERIZARE A PULBERILOR DE FIER# prezint elaborarea !n mediu de *az metana o&elurilor carbon sinterizate" .unt relie$ate structurile %i caracteristicile mecanice a pieselorob&inute prin acest procedeu" #e asemenea se aplic modelul matematic 9aple .o$t


3/10

- porozitatea respectiv compactitatea se poate realiza !n limite lar*i, variind $or&aspeci$ic de presare'

- materia prim 3pulberea metalic 4 se utilizeaz complet, at+t !n procesul de presarec+t %i !n continuare, deoarece $abricatele pot $i utilizate direct, $r s $ie necesare opera&ii dea/ustare prin a%c)iere"

Presarea pulberilor !n matri& const !n introducerea amestecului de pulberi !ncavitatea matri&ei, presarea %i evacuarea $abricatului"

La presarea !n matri& a pulberilor s-a lucrat cu vitez de presare relativ mic, pentrua permite aerului !nc)is s $ie evacuat"

Dor&a de presare s-a determin !n $unc&ie de presiunea de compactizare %i mrimeasec&iunii transversale, valoarea stabilit pentru presare $iind de 78 6E cm?"

e4 CarburareaCarburarea !nso&it de sinterizare s-a realizat !ntr-o cutie de sinterizare din tabl

OL ( ;;5cu dimensiunile de ;88 18 78 mm %i cu $orma din $i*"1"

a bDi*" 1" Cutia de carburare F sinterizare

a- pentru piese cilindrice' b F pentru piese paralelipipedice

Probele au $ost a%ezate !n cutie pe dou r+nduri 3!n $unc&ie de presiunea de presare !nmatri&4 distan&ate la ;8 mm !ntre ele"

Con&inutul de carbon a $ost determinat at+t la comprimatele cilindrice c+t %i la cele

paralelipipedice" Pentru determinarea caracteristicilor mecanice 3 microduritate, rezisten& lauzur, rezilien&,4 au $ost $olosite comprimate paralelipipedice ob&inute prin presareunidirec&ional !ntr-o matri& cu dimensiuni de 17 ?8 8 mm"

Di*" ?"" Comprimate paralelipipedice $olosite la carburare

;


4/10

Carburarea s-a e$ectuat la temperatura de 58 C !n mediu de metan, cu un debit de?,5 l or" (tan%area cutiei de carburare s-a realizat cu pm+nt de turntorie %i silicat de sodiu"Cutia ast$el pre*tit a $ost introdus !n cuptor electric !n vederea carburrii F sinterizrii"

Di*" ;" Cuptorul de carburare F sinterizare

Itinerariul de carburare F sinterizare a $ost:- !n prima etap, care a durat ?78 de minute, probele au $ost !nclzite p+n la

temperatura de carburare 3 58 C4, $olosind pentru realizarea mediului inert ar*onul' seimpune precizarea c !n perioada de !nclzire p+n la temperatura de 58 C s-au practicat

paliere de men&inere de c+te 5 minute la $iecare 188 C pentru a asi*ura omo*enizareatermic'

- pentru uni$ormizarea temperaturii probelor a$late !n interiorul cutiei de carburare,acestea au $ost men&inere la temperatura de carburare 358 C4, !n mediu de ar*on, o perioadade 1?8 min'

- carburarea propriu F zis s-a realizat practic prin !ntreruperea alimentrii cu ar*on %idesc)iderea robinetului de *az metan' men&inere la temperatura de carburare !n mediu demetan a $ost stabilit la 1?8, ?78 %i respectiv ;8 min'

- dup carburare s-a !ntrerupt alimentarea cu *az metan %i s-a creat din nou atmos$erainert cu ar*on, !n vederea sinterizrii'- !nclzire !n ar*on la temperatura de sinterizare: 1858, 1188 respectiv 1158 C !n timp

de ;8 de minute'- men&inere !n ar*on la temperatura de sinterizare: 1858, 1188, respectiv 1158 C timp de

;8 de minute'- rcirea cutiei de carburare F sinterizare !n mediu protector de ar*on timp de 1?8 min'

rcirea s-a e$ectuat prin desc)iderea capacului cuptorului"Timpul total de carburare - sinterizare a $ost de 8, @8 respectiv 088 min"

.tabilirea duratei de carburare s-a e$ectuat !n concordan& cu teoria con$orm creia odat cu mrirea duratei tratamentului termoc)imic datorit mic%orrii treptate a di$eren&ei de

concentra&ie dintre oricare por&iuni !nvecinate, se mic%oreaz treptat $luul de di$uzie" #eaceea, la mrirea duratei procesului, intensitatea acestui $lu scade treptat"

7


5/10

Di*" 7" Ciclo*ramele de tratament de carburare F sinterizare

./.. De'(i,ic%&e% p&i' c%&bu&%&e " (i'te&i)%&e.e studiaz in$luen&a sinterizrii asupra dimensiunilor %i densit&ii probelor cilindrice

%i se observ c, la aceea%i presiune de compactizare, dimensiunile se modi$ic propor&ionalcu modi$icarea masei prin carburarea - sinterizarea probelor"

a b

Di*"?"10" Garia&ia densit&ii !n timpul

carburrii F sinterizrii

a F la 1858 oC' b F la 1188 oC' c F la 1158 oC

c

5


6/10

.. REZULTATE E0PERIMENTALE

../. Stu+ii %(up&% co'$i'utului +e c%&bo'#in reprezentarea *ra$ic 3$i*" @4 se observ c la compresiuni de compactizare mai

mici, con&inutul de carbon este mai mare deoarece %i porozitatea este mai mare ceea ce

permite o di$uzie a carbonului !n propor&ie mai mare"

Di*" @" Garia&ia con&inutului mediu de

carbon !n piesele paralelipipedice

... Stu+ii %(up&% 1ic&o(t&uctu&iiPe baza rezultatelor eperimentale se pot tra*e urmtoarele concluzii:- con&inutul mediu de carbon depinde de timpul de carburare %i de presiunea de

compactizare a pulberilor de $ier'

- se constat cre%terea con&inutului mediu de carbon !n o&elul sinterizat elaborat odatcu cre%terea timpului de carburare atin*+ndu-se valorile cele mai ridicate, de 1,;2 C, pentruprobele de $ier presate la 788 9Pa %i carburate ore %i 8,2 C pentru probele presate la 889Pa cu timp de carburare ore'

- con&inutul mediu de carbon pentru acela%i timp de men&inere la carburare scade odatcu cre%terea presiunii de compactizare'

- analiza microstructurilor eviden&iaz structuri omo*ene !n care se identi$icconstituen&i speci$ici ai o&elurilor !n $unc&ie de con&inutul !n carbon'

- densitatea optim a o&elului sinterizat ob&inut !n cadrul procedeului adoptat este de@,? *cm;%i corespunde probelor carburate ore, sinterizate la 1158 oC, compactizate la 7889Pa %i H @,1? *cm;comparativ cu acelea%i probe dar compactizate la 88 9Pa ceea ce

impune concluzia c spre deosebire de te)nolo*ia clasic densitatea !n acest caz este mai marepentru presiuni de compactizare mai sczute dac avem !n vedere intervalul 788 F 88 9Pa'


7/10

- instala&ia pentru carburare F sinterizare este simpl %i !n consecin& ie$tin" CAPITOLUL 2 - CARACTERISTICI MECANICE ALE OELURILOR

CARBON OBINUTE PRIN CARBURARE2. /. Stu+ii %(up&% 1ic&o+u&it3$ii2.. 4'ce&c%&e% l% 5'covoie&e p&i' *oc

2.2. Stu+ii %(up&% &e)i(te'$ei l% &upe&e. 4'ce&c%&e% l% t&%c$iu'eCaracteristicile mecanice ale o&elurilor elaborate prin procedeul carburare F

sinterizare, au valori superioare o&elurilor sinterizate ob&inute prin procedeul clasic pornind dela amestec de pulberi de $ier %i *ra$it" Pe baza rezultatelor eperimentale se pot tra*eurmtoarele concluzii:

- microduritatea !n supra$a&a noilor o&eluri elaborate este maim %i dependent decon&inutul de carbon, de presiunea de compactizare %i temperatura de sinterizare'

- microduritatea maim, ;7? JG8,1,se ob&ine !n supra$a& la un con&inut de 1,2 C,presiune de compactizare 788 9Pa %i temperatur de sinterizare 1158 oC, timp de carburare ore %i scade la valoarea de ?;5 JG8,1!n centrul probei unde con&inutul de carbon este 12

pentru acelea%i condi&ii de compactizare, timp de men&inere la carburare %i temperatur desinterizare

- pre deosebire de situa&iile curente !n care microduritatea cre%te o dat cu cre%tereapresiunii de compactizare, !n acest caz microdurit&ile cele mai ridicate, precum %i evolu&ia lorcea mai bun, se !nre*istreaz !n cazul probelor compactizate la 788 9Pa $a& de 88 9Pa"Particularitatea poate $i eplicat prin $aptul c procesul de carburare s-a produs !nainteasinterizrii, iar !n probele compactizate la presiuni mai mici, av+nd porozit&i mai mari,di$uzia carbonului s-a produs mai u%or !n pro$unzime'

- varia&ia rezilien&ei !n $unc&ie de presiunea de compactare este descresctoare, !ncon$ormitate cu con&inutul de carbon care este mai mare la 788 9Pa, miezul prezent+nd !nacest caz o tenacitate mai mare'

- valoarea maim a rezilien&ei de 1;,7 Kcm?se ob&ine pentru probele compactizate cupresiunea de 788 9Pa, carburate ore %i sinterizate la 1158 oC comparativ cu 11,0 Kcm?!ncazul probei compactizate la 88 9Pa sinterizate %i carburate !n acelea%i condi&ii'

- rezisten&a la trac&iune este in$luen&at de presiunea de compactizare !n sensul cscade odat cu cre%terea presiunii de compactizare' la presiuni mari di$uzia carbonului este!n*reunat de porozitatea redus ceea ce duce la scderea rezisten&ei la trac&iune'

- rezisten&a la trac&iune atin*e valoarea maim de 5,7 9Pa pentru probelecompactizate la 788 9Pa, carburate timp de ore %i sinterizat la 1158 oC %i scade la valoareade 587,7 9Pa pentru probele compactizate la 88 9Pa, sinterizate %i carburate !n acelea%icondi&ii"

CAPITOLUL 6 ! CERCETRI PRIVIND COMPORTAREA LA UZARE A

UNOR OELURI CARBON OBINUTE PRIN CARBURAREA 7I SINTERIZAREAPULBERILOR DIN FIER trateaz problemele le*ate de comportarea la uzur a materialelorelaborate prin carburare F sinterizare !n mediu de *az metan" ezultatele ob&inute con$irm$aptul c prin acest procedeu se ob&in o&eluri carbon sinterizate"

- #in analiza comparativ a valorilor coe$icientului de $recare se constat c acestacre%te prin cre%terea presiunii de compactizare" n corela&ie cu con&inutul de carbon din

probele supuse analizei uzrii se poate a$irma c la presiunea de compactizare de 788 9Pacomportarea la uzur este superioar $a& de probele compactizate la 88 9Pa'

- din eperimentele e$ectuate, coe$icientul de $recare are valoarea 8,@ pentruprobele presate la 788 9Pa, carburate timp de ore, sinterizate la 1158 oC cu un con&inut de1,2 C %i o valoare 8,@@ pentru probele compactizate la 88 9Pa av+nd 12 con&inut de

carbon, !n acelea%i condi&ii de carburare F sinterizare"

@


8/10

- piederea de mas !n timp, !n cazul $recrii uscate, sub ac&iunea unei $or&e de apsareconstante, cre%te prin cre%terea timpului de men&inere a probei sub ac&iunea $or&ei!nre*istr+ndu-se o di$eren& masic are valoarea minim de m* !n cazul probelorcompactizate la 788 9Pa cu un con&inut de 1,2 C, carburate ore, sinterizate la 1158 oC %iare valoarea maim de 11 m* pentru un o&el cu 12 C compactizat la 88 9Pa, carburat %i

sinterizat !n acelea%i condi&ii"- se constat o bun comportare la uzarea masic !n timp a probelor compactizate la788 9Pa, carburate %i sinterizate $a& de probele compactizate la 88 9Pa %i carburate %isinterizate !n acelea%i condi&ii"

Di*" "Garia&ia uzrii masice !n timp sub ac&iunea $or&ei de ?5,5 E

Ultimul capitol, c%pitolul 8 ! CONCLUZII 7I CONTRIBUII ORI9INALEprezint concluziile $inale %i contribu&iile ori*inale aduse !n cadrul acestei lucrri"

n ceea ce prive%te valorile concrete, ob&inute prin !ncercri mecanice %i de uzur %ianaliz microscopic, se relev urmtoarele date:

- Con&inutul de carbon a o&elurilor sinterizate prin noul procedeu este dependent detimpul de men&inere la temperatura de carburare care a $ost de 58 oC %i respectiv presiuneade compactizare a comprimatelor din pulberi de $ier ast$el:

pentru presiunea de compactizare de 788 9Pa con&inutul de carbon variaz dela 8,55 F ?2 C pentru timpul de men&inere la carburare de ? F ore' pentru presiunea de compactizare de 88 9Pa con&inutul de carbon scade la8,;5 F 1,52 C !n acelea%i condi&ii de men&inere'

- Comparativ cu o&elurile sinterizate ob&inute prin te)nolo*ia clasic s-a constatatdistribu&ia mai omo*en a carbonului %i implicit a constituien&ilor !n cadrul adi&iei de carbon!n timpul opera&iei de carburare - sinterizare'

- Caracteristicile mecanice ale o&elurilor sinterizate prin noul procedeu sunt!mbunt&ite comparativ cu o&elurile sinterizate clasice: microdurit&ile straturilor se situeaz !n intervalul 105 JG 8,1F centrul piesei, la

presiunea de compactizare de 88 9Pa, ore carburare, sinterizate la 1158 oCp+n la ;7? JG8,1!n stratul de supra$a& pentru presiunea de compactizare de788 9Pa, !n acelea%i condi&ii de carburare %i sinterizare'

se observ %i corela&ia dintre densit&i 3para*ra$ ?";4 %i microdurit&i din punctde vedere al e$ectului presiunii de compactizare !n sensul c at+t densitatea c+t%i microdurit&ile sunt mai mari !n cazul probelor compactizate la 788 9Pacomparativ cu probele compactizate la 88 9Pa , carburate %i sinterizate !nacelea%i condi&ii 3carburare ore %i sinterizare la 1158oC4' acest lucru seeplic prin $aptul c la presiuni de compactizare mai mici porozitatea probeidin $ier este mai mic ast$el !nc+t carbonul are posibilitatea de di$uzie !n

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20 25

Timp, min

Uz

uramasic,mg

400 MPa

600 MPa


9/10

cantitate mai mare !n pro$unzime' acest lucru este dovedit %i cu a/utorul celordou modele matematice"

valoarea maim a rezilien&ei de 1;,7 Kcm? se ob&ine pentru probelecompactizate cu presiunea de 788 9Pa, carburate ore %i sinterizate la 1158oC comparativ cu 11,0 Kcm? !n cazul probei compactizate la 88 9Pa

sinterizate %i carburate !n acelea%i condi&ii' rezisten&a la trac&iune atin*e valoarea maim de 5,7 9Pa pentru probele

compactizate la 788 9Pa, carburate timp de ore %i sinterizat la 1158 oC %iscade la valoarea de 587,7 9Pa pentru probele compactizate la 88 9Pa,sinterizate %i carburate !n acelea%i condi&ii'

comportarea la uzare a o&elurilor sinterizate elaborate prin noul procedeudepinde de presiunea de compactizare %i de con&inutul de carbon av+nd valorimai mici pentru presiunea de compactizare de 788 9Pa %i con&inut de carbon1, 2 C 3 8,;? F 8,@; cu stabilizare la valoarea $inal de 8,@4'

O concluzie important care rezult din datele eperimentale este aceea c at+t

densitatea c!t %i caracteristicile mecanice sunt superioare !n cazul probelor deo&el ob&inute din pulbere de $ier compactizate la 788 9Pa comparativ cu celecompactizate la 88 9Pa, carburate %i sinterizate !n acelea%i condi&ii, $apt ce seeplic printr-o mai bun di$uzie a carbonului !n cazul probelor cucompactitate mai redus, acest lucru $iind con$irmat %i de modelele matematicede la para*ra$ul ?"?"1";"

n concluzie, adoptarea noului procedeu de elaborare a o&elurilor sinterizate !n practicaindustrial aduce ca avanta/e:

- posibilitatea de elaborare a unor o&eluri sinterizate cu o lar* concentra&ie !ncarbon !n $unc&ie de presiunea de compactizare, timpul de men&inere latemperatura de carburare %i de temperatura de sinterizare'

- caracteristicile mecanice de rezisten& ale o&elurilor elaborate prin noul procedeusunt !mbunt&ite ca urmare a omo*enit&ii c)imice %i structurale a acestormateriale'

- pot $i elaborate or*ane de ma%ini cu con&inut variabil de carbon !n sec&iune %i !nconsecin&, urmare a unor tratamente termice adecvate se pot ob&ine piese cutenacitate mare !n miez %i cu duritate $oarte ridicat !n supra$a&"

n ceea ce prive%te contribu&iile ori*inale aduse !n cadrul tezei de doctorat, pot $irelevate urmtoarele:

- realizarea unui nou procedeu de ob&inere a o&elurilor carbon sinterizate princarburarea pulberii de $ier !n mediu de *az metan, care se a$l !n stadiul de

propunere de brevet de inven&ie'- proiectarea unei instala&ii ori*inale de carburare F sinterizare constituit dintr-oincint de carburare F sinterizare racordat la mediul de *az $olosit la !mbo*&irea!n carbon %i la sursa de *az protector 3ar*on4'

- aplicarea !n premier a procedeului de carburare concomitent cu sinterizarea$acilitat de caracteristicile de $unc&ionare a instala&iei special proiectate !n acestsens'

- modelarea matematic a procesului de di$uzie a carbonului !n masa pieselor'- metod ori*inal de testare la uzur masic $olosind un dispozitiv conceput

special'- relevarea prin !ncercri mecanice %i de rezisten& la uzur a caracteristicilor noilor

o&eluri sinterizate elaborate !n cadrul cercetrilor care au $ormat obiectul tezei dedoctorat %i care reprezint valori limit !n cadrul brevetului de inven&ie solicitat"

0


10/10

18

STUDII ASUPRA PROCESELOR de Carburare a Pulberilor de Fier

Documents

Transcript of STUDII ASUPRA PROCESELOR de Carburare a Pulberilor de Fier