DDEENNUUMMIIRREE PPRROOIIEECCTT:: “TEHNOLOGIA DE REALIZARE A PIESELOR AUTO METALICE CU STRATURI SUPERFICIALE MODIFICATE ZONAL “ Acronim: PAMSS Nr. proiect: 275 CCoonnttrraaccttoorr:: S.C. PROCOMIMPEX S.R.L. IASI DDiirreeccttoorr pprrooiieecctt:: dr.ing.Alina Adriana MINEA PPaarrtteenneerrii:: Univ. Tehnica Gh.Asachi Iasi – P1 C.C.E.E.M.Univ. Politehnica Bucuresti – P2 Valoarea proiectului (include alte surse atrase): 2.102.000 lei Valoarea contractului(sursa-buget de stat): 1.400.000 lei OObbiieeccttiivveellee ggeenneerraallee ale lucrării sunt realizarea pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal OObbiieeccttiivvee ssttiiiinnttiiffiiccee.

Modernizarea si implementarea tehnologiei de obtinere a pieselor auto metalice cu straturi superficiale durificate prin modificari fazice zonale. Caracterul inovativ consta in faptul ca se urmareste o solutie tehnica care sa duca la un ansamblu de proprietati fizico-mecanice si caracteristici de uzura, favorabile unei asociatii optime fiabilitate-eficienta, in conditiile depasirii constrangerilor tehnologice. OObbiieeccttiivvee tteehhnniiccee.. Având în vedere gradul de dezvoltare al industriei auto, deci şi a pieselor auto metalice, cererea pe piaŃa de piese metalice cu straturi superficiale modificate zonal cu proprietăŃi speciale este în continuă creştere. Luând în considerare exigenŃele de calitate impuse de UE precum şi cerinŃele directivelor europene de mediu, tehnologia de obŃinere a pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal se va încadra în categoria tehnologiilor performante curate. Tehnologia de realizare a pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal vizeaza urmatoarele aspecte:

• Analiza modului de funcŃionare a unui tribosistem conduce la alegerea materialului care să prezinte anumite proprietăŃi in volumul piesei (substrat) si altele specifice zonelor de suprafaŃă;

• În cadrul cercetărilor industriale se studiază efectele următoarelor tratamente anteprelucrare: normalizarea, călire în volum + revenire, călire în curenŃi de înaltă frecvenŃă, călire în plasmă electrolitică. Tratamentele postprelucrare recomandate sunt: călirea superficială prin inducŃie, prelucrarea în plasmă electrolitică sau variante de tratament termic duplex;

• Metodica de investigaŃie în cadrul cercetărilor pune accent pe: analiza microstructurală, cercetarea microdurităŃii la uzare abrazivă, analiza difractometrică (determinarea compoziŃiei fazice, determinarea elementelor de substructură), microscopie computerizată;

• Cercetările industriale urmăresc aspectele tehnice privind posibilităŃile de implementare rapidă cât şi eficientizarea fluxului tehnologic din punct de vedere economic.

OObbiieeccttiivvee eeccoonnoommiiccee..

o piesele auto metalice realizate prin tehnologia propusa au caracteristici similare pieselor realizate in UE. Preturile practicate de firmele concurente din strainatate sunt mai mari decat preturile de productie estimate;

o tehnologia de realizare a pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal nu induce un impact negativ asupra mediului respectand cerintele directivelor europene de mediu si incadrandu-se in valorile limita de emisie.

o servicii postvanzare: garantie 12 luni; o in producŃia pieselor auto metalice, 20-40% din costurile de producŃie sunt

reprezentate de consumul de materiale şi de energie. În acest sens o minimalizare a cheltuielilor materiale pe unitate de produs reduc costurile şi fac produsul mai verde;

o aspectele specifice proiectării pieselor auto metalice pun accent pe optimizarea formei piesei, optimizarea proiectării materialelor şi pe optimizarea fluxului tehnologic de fabricare a pieselor auto metalice;

o scaderea costului de fabricatie cu 5-10%; o cresterea duratei de exploatare cu cca. 20%; o cresterea productivitatii muncii cu 10%; o cresterea posibilitatilor de export; o creşterea performanŃelor pieselor metalice cu straturi subŃiri.

Proiectul se desfasoara in perioada 2008-2011 si este structurat in 5 etape, fiecare dintre acestea incluzand realizarea de activitati specifice. In cadrul anului 2009 s-a realizat EETTAAPPAA II::

““Studiu si analiza privind prognozarea criteriilor de performanta impuse pieselor

auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal ““ ccuu uurrmmaattooaarreellee aaccttiivviittaattii ssppeecciiffiiccee::

Activitate I.1.0 – CO

Tendinte privind prognozarea criteriilor de performanta. Analiza metodei si conditiilor tehnologice de realizare. RReezzuullttaatteellee eettaappeeii aauu ccoonnssttaatt iinn prognozarea criteriilor de performanta si analiza metodei si conditiilor tehnologice de realizare. SSCC PPRROOCCOOMMIIMMPPEEXX SS..RR..LL. a studiat aspectele specifice proiectarii pieselor auto metalice, realizand un studiu privind perfecŃionarea managementului ciclului de viată al pieselor auto metalice. S-au analizat aspecte privind imbunatatirea performantelor de mediu ale pieselor auto metalice, progresele in domeniul straturilor superficiale modificate zonal, metoda, precum si conditiile tehnologice de realizare

EETTAAPPAA IIII:: ““ Proiectarea si corelarea tehnologiei de realizare a pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal ““ ccuu uurrmmaattooaarreellee aaccttiivvii ttaattii ssppeeccii ff iiccee:: Activitatea II.1.0 - CO Experimentarea tehnologiei de realizare a pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal Activitate II.2.0 – CO Analiza straturilor superficiale modificate zonal Activitatea II.2.1- P1 Corelarea tehnologiei de realizare a pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal Activitatea II.2.2- P2 Analiza si interpretarea rezultatelor experimentarilor. Principalele modificari fazice zonale Activitatea II.3.0- CO Depunere cerere de brevet RReezzuull ttaatteellee eettaappeeii aauu ccoonnssttaatt iinn experimentarea tehnologiei de realizare a pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal. Analiza straturilor superficiale modificate zonal. Corelarea tehnologiei de realizare a pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal. Analiza si interpretarea rezultatelor experimentarilor. Principalele modificari fazice zonale.

Tehnologia inovativă de realizare a pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal presupune parcurgerea fluxului tehnologic experimental care cuprinde 7 operaţii tehnologice principalele:

F1- Stabilirea materialelor şi a aparaturii necesare realizării tehnologiei; F2 – Tratamente termice antedepunere; F3 – Depunere şi microalierea straturilor superficiale SMD (straturi modificate zonal prin depunere); F4 – Control şi investigaţii experimentale; F5 – Tratamente termice aplicate postdepunere; F6 – Corelare parametri tehnologici adecvaţi scopului propus; F7 – Definitivare flux tehnologic.

Tehnologia inovativă de realizare a pieselor auto metalice cu straturi superficiale modificate zonal se realizează pe următoarele materiale suport: OLC55; 39MoAlCr15; 42MoCr11; 155MoVCr115.

Compoziţia chimică a materialelor suport

Nr.

crt

Materialul suport

Compoziţia chimică, %

C Mn Si P S Cr Mo Ni V Al Cu

1 OLC55 0,52-0,60

0,50- 0,80

0,17- 0,37

0,04 0,02- 0,045

- - - - - -

2 39MoAlCr15 0,35- 0,42

0,3- 0,6

0,2- 0,45

0,025 0,025 1,35- 1,65

0,15- 0,25

- - 0,7- 1,1

-

3 42MoCr11 0,38- 0,45

0,6-0,9

0,17- 0,37

≤0,035 ≤0,035 0,9- 1,2

0,15- 0,3

- - - -

4 155MoVCr115 1,5- 1,6

0,18- 0,45

0,1- 0,4

≤0,03 ≤0,03 11-12 ≤0,6- 0,8

≤0,35 0,9- 1,1

- ≤0,30

Caracteristicile mecanice şi parametrii de tratament termic pentru materialul suport

Nr.

crt

Oţelul

Proprietăţi mecanice Parametrii de tratament termic Rp0,2

N/mm2 Rm

N/mm2 A5 %

KCU J/cm

2

HB daN/mm2

Recoacere Normalizare Călire Revenire T0, C Mediu T

0, C Mediu T0, C Mediu T0, C Mediu

1 OLC55 550 900-950

12 - 255 680-700

c 830-850

a 805-845

A,U 540-680

a

2 39MoAlCr15 98 1275 14 88 229 710-740

c 930-960

a 925-955

U 590-690

A,U

3 42MoCr11 780 1100-1300

10 - 241 700-730

c 850-880

a 820-860

A,U 540-680

A,U

4 155MoVCr115 - - - - 255 880 c - - 1020-1050

U,a 160-200

a

Procedura de lucru utilizată la prelucrarea superficială prin SMD (depuneri de

straturi superficiale modificate zonal): o Material suport: OLC55; 39MoAlCr15; 42 MoCr11 şi 155 MoVCr115; o tip electrod: WCo8, W, Cgr, Ni →φ 2,2x30 mm; o dimensiunile materialului suport: lamele 55x10x1 mm; o tipul depunerii: depunere prin descărcare electrică pe o singură faţă; o nr. de straturi succesive:4

În vederea obţinerii de straturi depuse având o masă corespunzătoare sunt necesare maxim 4 depuneri. Creşterea timpului specific de depunere sau a numărului de depuneri repetate fără detensionări intermediare, determină pulverizarea stratului depus anterior şi micşorarea masei şi grosimii stratului final.

Masa depusă pe materialul suport cu starea iniţială normalizată şi detensionată este de cca 10 ori mai mare la prima depunere (τS = 1,25 min/cm2) decât cea depusă pe aceleaşi material suport în stare călită şi detensionată; la depunerile 2 şi 3 (τS de 2,5; 3,75 min/cm2) masa depusă este nesemnificativă.

Defectele straturilor superficiale obţinute şi prelucrate prin SMD sunt: uzarea prematură de adeziune – microsudări punctiforme între vârfurile asperităţilor opuse; uzarea prematură de abraziune – rizuri late şi adânci, zgârieturi care accelerează uzarea prin coroziune; uzarea prematură la oboseală – deformaţii plastice în reţeaua atomică a stratului superficial concretizate în fisuri, ciupituri, exfolieri; pierderi de material datorită decarburărilor cu formarea de oxizi datorită acţiunii combinate a oxigenului şi a apei la temperatură normală; neomogenitatea straturilor depuse; goluri de material.

ETAPA III: “Realizarea pieselor auto metalice prin tehnologia propusa. Analiza parametrilor tehnologici”

Procedura tehnologică

Procedeu tehnologic de depunere şi prelucrare a straturilor superficial modificate

zonal

Principalele variante tehnologice Nr.crt Varianta tehnologică Diagrama

1 Varianta de prelucrare SMD - A= Normalizare (a) + depunere prin descărcare SMD;

2 Varianta de prelucrare SMD- B= Călire în volum (b)

+ revenire (r) + depunere prin descărcare SMD

3 Varianta de prelucrare SMD- C= Călire CIF (c) +

depunere prin descărcare SMD

4 Varianta de prelucrare SMD- D= Călire în plasmă

electrolitică (d) + depunere prin descărcare SMD

5 Varianta de prelucrare SMD- E= Depunere prin

descărcare SMD + călire CIF (c)

6 Varianta de prelucrare SMD- F= Depunere prin

descărcare SMD + călire în plasmă electrolitică (d)

7 Varianta de prelucrare SMD- G= Călire în volum (b) + depunere prin descărcare SMD + prelucrare în plasmă electrolitică (d).

Concluzii

A Aspecte privind procedura de lucru

A1 Procedura de lucru utilizată la prelucrarea superficială prin depunere şi modificare zonală SMD:

o Material suport: OLC55; 39MoAlCr15; 42 MoCr11 şi 155 MoVCr115; o tip electrod: WCo8, W, Cgr, Ni →φ 2,2x30 mm; o dimensiunile materialului suport: lamele 55x10x1 mm; o tipul depunerii: descărcare pe o singură faţă; o nr. de straturi succesive:4

A2 În vederea obţinerii de straturi depuse având o masă corespunzătoare sunt necesare maxim 4 depuneri. Creşterea timpului specific de depunere sau a numărului de depuneri repetate fără detensionări intermediare, determină pulverizarea stratului depus anterior şi micşorarea masei şi grosimii stratului final.

A3 Depunerea straturilor subţiri prin SMD, trebuie să se realizeze la un timp specific de depunere sub 2 min/cm2 pentru a se obţine un aport suficient de masă, reliefat prin grosimea stratului depus şi tensiuni minime.

A4 Prelucrarea prin SMD trebuie urmată de o detensionare prin vibrare cu electrodul, tensiunile de întindere din strat scad semnificativ înlăturându-se astfel pericolul fisurării stratului depus.

A5 Aplicarea tratamentelor superficiale de călire prin CIF sau în plasmă electrolitică TPE după prelucrarea prin SMD determină micşorarea microdurităţii straturilor depuse din electrozi duri WCo8 şi creşterea microdurităţii straturilor depuse din electrozi moi Ni şi Cgr.

A6 Tratamentul termic în plasmă electrolitică (TPE) prin efectul său de dizolvare a vârfurilor asperităţilor are efect asupra micşorării rugozităţii straturilor subţiri depuse prin descărcare SMD. De asemenea călirea superficială prin CIF micşorează rugozitatea suprafeţelor prelucrate anterior prin depunere prin descărcare SMD.

A7 Călirea în plasmă electrolitică conferă suprafeţelor cele mai mici valori ale rugozităţii şi cele mai mari portanţe, deoarece în timpul acestei operaţii are loc un accentuat proces de dizolvare anodică a vârfurilor asperităţilor. Rugozitatea obţinută în aceste cazuri este comparabilă cu cea obţinută la rectificare.

A8 Depunerea de straturi prin descărcare finisează considerabil structura în substratul de tranziţie unde are loc fie o microaliere cu atomi din electrod şi din spaţiul interelectrodic, fie o revenire şi o microaliere dacă materialul suport a fost în prealabil călit în volum sau călit superficial. Micşorarea ariei carburilor este evidentă şi devine accentuată când operaţia de călire are loc după descărcarea.

B Variante tehnologice

B1 Diferenţe foarte mari între durităţile stratului depus şi ale stratului de tranziţie pentru acelaşi material suport şi tip electrod există numai la varianta A (normalizare +depunere prin descărcare), diferenţe medii la variantele B, C şi D la care călirea se aplică antedepunere şi foarte mici la variantele E, F şi G la care călirea se aplică postdepunere.

B2 Straturile depuse cu grosime mică şi straturile de tranziţie cu grosime foarte mare s-au obţinut la variantele de tratament la care ultima operaţie a fost călirea prin CIF sau în plasmă electrolitică variantele E, F şi G. Stratul depus cu electrodul de Cgr la aceste variante este neglijabil, în unele cazuri tinzând către zero.

B3 Variantele de tratament aplicate materialului suport OLC55 la care ultima operaţie este prelucrarea prin depunere SMD, imprimă rezistenţă la uzare mari, în timp ce la oţelul aliat de scule 155MoVCr115, rezistenţe mai mari la uzare se obţin în urma variantelor la care călirea prin CIF este ultima operaţie tehnologică.