3. PRELUCRAREA METALELOR SI ALIAJELOR PRIN DEFORMARE PLASTICADeformareaplasticaestemetodadeprelucrareaplicatametalelorsialiajelorinscopulobtineriiunorsemifabricate sau produse finite. Deformarea materialelor este permanenta, fiind realizata in stare solida la cald saula rece.Metoda prezinta o serie de avantaje, dintre care se amintesc:- se obtin produse cu proprietati mecanice superioare celor turnate;- se obtine o structura cu cristale fine;- consum minim de metal;- precizie mare;- posibilitatea realizarii unor piese cu forme complexe.Dintremariledezavantajealemetodei amintimcostulridicatalmasinilorsiinstalatiilorsiutilizareaunorforte mari de deformare.Prelucrareaprindeformareplasticaareoaplicabilitatedinceincemailargadeoarecepieselesisubansamblurile sunt tot mai solicitate din punct de vedere mecanic.Principaleleprocedeedeprelucrareprindeformareplasticafolositelascaraindustrialasunt:laminarea,trefilarea, forjarea, matritarea si extrudarea.3.1 LaminareaLaminareaeste procedeul de prelucrare prin deformare plastica la cald sau la rece cu ajutorulunorutilajespecialenumitelaminoare.Principial,prelucrareaprinlaminareconstainpresareasemifabricatuluilatrecereaprintredoicilindricare serotescinsensinvers.Laminareasecaracterizeazapringraduldecaroiajsaugraduldedeformare al materialului, dat de relatia:KSSHh= =01(2.17)unde: - S0, S1 sunt sectiunea inainte de trecere, respectiv dupa trecere printre cilindrii laminorului [mm2].- H, h reprezinta inaltimea semifabricatului inainte, respectiv dupa laminare [mm].Prin laminare se obtin doua mari grupe de produse: semifabricate si produse finite. Semifabricatele se obtinprinlaminarealingourilordeotelsicuprindblumuri,sleburi,tagle,platine.Produselefinitesuntsubformadeprofile, table, benzi, srma, tevi, discuri, roti.a) Procesul laminariiIn procesul laminarii materialuleste prins si antrenat intre cilindrii laminorului datorita fortelor de frecarecare iau nastere intre suprafata metalului si suprafata cilindrului. In zona de material cuprinsa intre cei doi cilindri,numita focar de deformare, are loc o reducere a sectiunii materialului initial si cresterea lungimii si latimii (fig.2.7).Inaltimea finala a semifabricatului este egala cu spatiul dintre cei doi cilindri.1 - semifabricat; 2,3 cilindrii; 4 - produs laminat.Fig. 2.7 Schema de principiu a laminarii longitudinaleVitezacucareparticuleledemetalinainteazaindirectialaminariivariazade-alungulsectiuniisianumelnga suprafata cilindrilor este mai mare dect la mijlocul semifabricatului. In zona focarului de deformare asuprafiecarui punct lucreaza o forta normala N si o forta de frecare T, conform figurii 2.8 a. Forta de frecare T (fig.2.8 b)se descompune in doua componente: forta de presare intre cilindrii Ty si forta Tx care asigura avansarea produsuluilaminat. Pentru ca materialul sa fie antrenat intre cilindri trebuie sa fie indeplinita conditia:T Nx x>[N/mm2] (2.18)1- semifabricat; 2,3 - cilindrii; 4- produs laminat; T- forta de frecare; N - forta normala; C1, C2, C3, C4 -focare de deformareFig.2.8 Fortele care iau nastere la laminarea longitudinalaDar tinnd seama de relatiile intre forte:T N = [N/mm2] (2.19)T Ntgx= [N/mm2] (2.20)rezulta: > [0] (2.21)unde: - este arc tg (0)(2.22)- este coeficientul de frecare;-este unghiul de atac [0].Relatia (2.21) reprezintaconditia camaterialulde laminatsafie antrenat intre cilindriilaminorului.Deci,unghiul de atac trebuie sa fie mai mic dect unghiul de frecare. In practica unghiul de atac se alege intre 20...300, infunctie de: sectiunea metalului, temperatura de laminare, viteza, starea suprafetei de contact,calitatea materialului.Pentruasatisfaceconditia(2.21)sezimtuiesccilindriisausemicsoreazaunghiuldeprindereprinmarireadiametrului cilindrilor la acelasi raport Hh. Aceasta solutie este mai des intlnita si se exprima in mod constructivprin relatia:D H h > 13( ) [mm] (2.23)Pentrulaminateleobisnuitediametrulcilindrilorvariazaintre300...800mm,iarpentrusemifabricatelebrute se vor utiliza cilindrii cu diametre pna la 1400 mm.b) Presiunea specifica la laminareFie P rezultanta tuturor fortelor exercitate de cilindrii asupra semifabricatului.Atunci:P Spm= [daN] (2.24)unde:- S este suprafata de contact cu unul dintre cilindri [cm2];- pm este presiunea specifica medie [daN/cm2]Inrealitatepresiuneapemetalnuesteuniforma.Eavaloreazadelaovaloareminimacorespunzatoarepunctului initial de contact spre o valoare maxima in dreptul sectiunii neutre, dupa care scade treptat pna la iesireamaterialului dintre cilindri (fig.2.9).AF - zona de intrziere; BE - sectiunea neutra; CD - zona de avansFig.2.9 Variatia presiunii de laminare pe suprafata de contactPentruunanumematerial,laoanumitatemperaturadelaminare,presiuneamediespecificapoatevariaintre (0,5...0,8)r. Viteza periferica a cilindrilor variaza intre 6...20 m/s, coeficientul de frecare intre 0,25...0,5, iarunghiul de atac este de 15...220 pentru tablele laminate la cald, de 22..240 pentru profilele laminate la cald si doarde 5 ...80 pentru laminarea la rece pe cilindrii mari.Cunoastereacorecta avariatieipresiuniipearculdecontactestefoarteimportantadeoareceaceastaaratasolicitarea exacta amaterialuluidelaminatsiacilindrilor.Depasireapresiunii specificede lucrupoatedeterminadeformaridegradateattpentruprodusullaminatctsipentrusuprafatacilindruluilaminorului.Pemasuracematerialulavanseazaintrecilindri,presiuneacresteatingndunmaximinsectiuneaneutradupacarescadepemasura ce se trece in zona de avans.Principalii factori de care trebuie sa se tina seama in procesul laminarii sunt: gradul de reducere al sectiunii,regimul termic, diametrul cilindrilor, frecarea dintre metal si cilindrii.Metalulprelucratprinlaminareestesupuslaurmatoareleactiunimecanice:comprimare,intindereasilatirea materialului si deplasarea acestuia in directia laminarii.c) Regimul termic la laminareMaleabilitateamaterialelorvariazacutemperatura,iardacasetinecontsidelucrulmecanicnecesardeformarii si implicit de puterea utilajelor, se prefera laminarea la cald. Otelurile se preincalzesc in scopul maririiplasticitatii materialului si imbunatatirii proprietatilor fizico-mecanice,prin omogenizarea structurii si repartizareauniformaatensiunilor interne.Se poatespune calatemperaturile lacarearelocdeformarealacald,rezistentaladeformareestemaimicade10...12oriincomparatiecurezistentaaceluiasimateriallatemperaturaambianta.Viteza admisibila de incalzire este viteza cu care se incalzesc materialele asezate intr-un cuptor de incalzire, ales infunctie de forma si dimensiunile semifabricatelor. Se pot utiliza in acest scop cuptoare cuflacara sau electrice sauinstalatii de incalzire prin inductie sau prin rezistenta. In timpul incalzirii otelului, in lingouri apar tensiuni termicesi structurale, pe lnga cele existente de la turnare si solidificare.Tensiunile termice se datoreaza incalzirii neuniforme a lingoului in diferite straturi de la exterior la interior.Pentru a preintmpina aparitia de fisuri si crapaturi, la inceput viteza de incalzireva trebui sa fie mai mica si se vamari la temperaturi peste 7000C.Tensiunile structurale, determinate de transformarile ce au loc prin difuziune in stare solida, influenteaza siele nefavorabil starea de echilibru intern fizico - mecanic. Toate transformarile structurii primare duc la modificaride volum, si ca urmare, la marirea tensiunilor interne ce cauzeaza fisuri si crapaturi.Temperatura de deformare plastica trebuie aleasa astfel inct materialul sa prezinte o buna plasticitate attla inceputul deformarii ct si la sfrsitul ei. In cazul otelului, temperatura de deformare se determina dupa diagramafier-carbon. Cu ct continutul de carbon este mai ridicat, cu att temperatura de incalzire este mai scazuta. Pentru aevita supraincalzirea, temperatura maxima trebuie sa fie cu circa 2000 C sub linia solidus. Daca deformarea are locla temperaturi mai joase, metalul devine mai dur si mai fragil, existnd pericolul aparitiei crapaturilor.Tabelul 2.1 Regimul termic de laminare pentru otelurile hipoeutectoideNr.crt.Carbon[%]Temperatura deincalzire [0C]Temperatura deardere [0C]Temperatura finala delaminare [0C]1 0,1 1350 1480 8502 0,2 1330 1450 8503 0,5 1250 1350 8504 0,7 1180 1280 800Pentru otelurile hipoeutectoide (C = 0,008...0,8%), temperatura de sfrsit de prelucrare se ia in jurul valoriipunctelor critice de pe curba A3. Cteva valori exemplificatoare sunt date in tabelul 2.1.Pentru otelurile hipereutectoide (C = > 0,8%), temperatura poate fi aleasa dupa doua variante, in functie descopulurmarit:dacaseurmaresteafarmitactmaibinereteauadecementitasecundarasaudacaseurmarestedistrugerea partiala a retelei de cementita. Valorile orientative sunt date in tabelul 2.2.Tabelul 2.2 Regimul termic de laminare pentru otelurile hipereutectoideNr.crt.Carbon[%]Temperatura deincalzire [0C]Temperatura deardere [0C]Temperatura finala alaminarii [0C]1 0,9 1120 1120 8002 1,1 1080 1180 8003 1,3 1050 1140 800In functie de temperatura la care este incalzit otelul prezinta diferite culori: Astfel:- la 7000C - rosu inchis;- la 7500C - rosu ciresiu;- la 8500C - rosu deschis;- la 9000C - rosu stralucitor;- la 10000C - galben;- la 11000C - galben deschis;- la 12000C - galben alb;- la 13000C - alb.Temperaturasepoatedeterminacupirometruloptic(carepresupunecomparareaculoriimetaluluiincandescent cu culoarea filamentului incandescent al unei lampi) sau cu pirometrul cu termoelement.d) Defecte datorita incalzirii materialuluiLaincalzireametalelorsialiajelor,indeosebiincuptoare,latemperaturiridicate,lacontactulsemifabricatuluicugazelearse,carecontinoxigen,bioxiddecarbon,vaporideapa,aparfenomenedeoxidare,decarburare, supraincalzire, si ardere in cazul otelului.Oxidareaestefenomenuldeformareaoxizilorpesuprafatametalului,inspeciallatemperaturidepeste7000C,cndvitezadeoxidarecresteputernic.Fenomenuldeoxidaredeterminapierderiinsemnatedemetalintimpul incalzirii. Astfel, la incalzirea semifabricatelor din otel in cuptoarele cu flacara pierderile de metal reprezinta2..3%,iarlacelecuincalzireelectricaacestepierderisuntmaimicide0,5%dinvolumulsemifabricatului.Intehnica moderna pentru evitarea acestui defect de incalzire se foloseste o atmosfera controlata sau neutra.Decarburareaconstaineliminareacarbonuluidepesuprafatasemifabricatuluipeoadncimede1,5...2mm, sub forma de CO, CO2, CH4, datorita oxigenului si hidrogenului din cuptor. Efectul daunator al decarburarii semanifestaprintr-oduritatescazutalasuprafatapiesei.Stratuldecarburatseinlaturaprinstrunjiresaurabotare,executate dupa laminare, operatie denumita decojire.Supraincalzirea este fenomenul de crestere a grauntilor, provocat de temperatura de incalzire prea ridicatasau de durata de mentinere prea mare. Efectul daunator al supraincalzirii se manifesta prin micsorarea proprietatilormecanicealepieselor,inspecialatenacitatii.Eliminareaurmarilorsupraincalziriiserealizeazainmodobisnuitprintr-untratamenttermicdenormalizare,laotemperaturamairidicatadect9000C,cuomentineredescurtadurata.Ardereametaluluiarelocatuncicndtemperaturadeincalzireestefoarteapropiatadetemperaturadetopire sau cnd piesa este mult timp mentinuta latemperatura inalta. La arderea materialului are loc o patrundere aoxigenuluiinmaterialsiformareauneireteledeoxizilalimitadintregraunti.Astfelseproduceintrerupereacontinuitatiimaterialului,facndu-lextremdefragil.Inacestecazuri,materialulesterebutatsiniciuntratamenttermic ulterior nu-i poate reda calitatile initiale.Pentru evitarea acestor fenomene nedorite se recomanda respectarea urmatoarelor reguli:- mentinerea vitezei de incalzire la limita admisibila;- dozarea aerului si folosirea, de preferinta, a combustibililor gazosi;- evitarea mentinerii otelului la temperaturi inalte un timp indelungat;- respectarea stricta a temperaturii de incalzire prescrisa.e) Cuptoarele de incalzireCuptoareledeincalziretrebuiesaindeplineascaanumiteconditiipentruacorespundescopuluipropus.Dintre acestea amintim: sa asigure incalzirea uniforma ametalului sau aliajului, sa aiba o productivitate ridicata, saasigure un consumminim de caldura pe tona de material incalzit, sa asigureun reglajsimplual temperaturiisialvitezei de incalzire, sa fie rezistent si usor de intretinut.Cele mai frecvent utilizate cuptoare sunt: cele adnci pentru lingouri mari, cele cu propulsie pentru lingourimici, sub 3 tone si cele circulare cu vatra rotativa pentru incalzirea taglelor destinate fabricarii tevilor.f) Structura produselor laminatePrin deformare plastica la rece sau la cald structura se deformeaza, cristalele se farmiteaza si, in final, seobtineostructurafibroasa,rezultatadinplasareaparticulelorsiincluziunilorinstraturiparalelecudirectiilepreferate ale grauntilor deformati. Aceasta structura este stabila si nu poate fi distrusa nici prin tratamente termicesi nici prin deformari plastice ulterioare.Prelucrareaprindeformareplasticalareceproducefenomenuldeecruisaresiaccentueazaanizotropiamaterialului,caurmareadeformariicristalelorindirectiaefortuluiprincipaldeprelucrare.Revenirealaproprietatileinitialedeplasticitatesefaceprinaplicareaulterioaraatratamentelortermicederecristalizare.Prelucrarea prin laminare la rece are o intrebuintare limita datorita fenomenului de ecruisaj si a consumului mare deenergie mecanica. Este destinata fabricarii tablelor subtiri.La prelucrarea la cald, structura primara grosolana si neomogena a lingouluieste farmitata si transformataprin recristalizare intr-o structura mai fina, cu aspect fibros si cu proprietati mecanice imbunatatite. Prelucrarea lacaldsecaracterizeazaprinaceeaca,pelngadeformare,arelocsifenomenulderecristalizare,careaparelatemperatura de aproximativ 0,1 Ttop. In metalul deformat apar centre de recristalizare injurul carora se formeaza sicrescnoigrauntiinloculcelordeformati.Dacaprelucrareaesteincompleta,metalulramnecuostructuraincomplet recristalizata, insotita de urme de ecruisaj, neomogena, cu tensiuni interne ridicate si cu slabe proprietatimecanice, care nu este de dorit in practica.g) LaminoareleLaminorulestedefinitcafiindoinstalatiecomplexapentruprelucrareaprinlaminareamaterialelormetalice.Unlaminor(fig.2.10a)esteconstruitdinunasaumaimultecaje,unansambluformatdincilindriidelaminare, cadrul acestora si o serie de mecanisme de baza si auxiliare.Cilindriidelaminaresuntsculelecuajutorulcaroraserealizeazaprocesuldelaminarepropriu-zisa.Pesuprafatacelordoicilindriicarelucreazaimpreunaesteexecutatconturulsectiuniiprodusuluisupuslaminarii,contur numit calibru. Cilindrii se executa din oteluri carbon, oteluri aliate, fonte cenusii, fonte dure, fonte aliate.1 - cilindrii laminorului; 2 - cadru de sustinere; 1+2 caja de laminare; 3 - motor electric; 4 - cuplaj; 5reductor de mare putere; 6 - volanti; 7 - caja rotilor de angrenare;8 - bare de cuplare.Fig.2.10 a Schema de principiu a unui laminorLaminoarele se clasifica dupa mai multe criterii:- din punct de vedere constructiv: laminoare duo, trio, dublu duo, sexto, cu 12 cilindrii (tabelul 2.3)- dupaconstructia cilindrilor: cucilindriidrepti(pentruproduseleplatefig.2.10b)sicucilindriicalibrati(pentru produsele profilate);-dupaintrebuintare:laminoaredegrosiere(bluminguri,slebinguri),degrosieremijlocii(pentrutaglesiplatine) si de profile mari (pentru sinele de cale ferata) (fig. 2.11, fig. 2.12);1 - cilindru propriu-zis (tablia); 2 - fusurile; 3 - rozete pentru transmiterea miscarii.Fig.2.10 b Cilindrul unui laminorTabelul 2.3 Clasificarea laminoarelor dupa criteriul constructivSchema montarii cilindrilor Denumirea cajei de lucru siprincipiul functionalUtilizareCajaduo,ireversibila,cudoicilindriiorizontali,situatiinacelasiplan orizontal. Materialul este trecutprintrecilindripedirectiaI.Seinapoiazapestecilindrulsuperior,pe directia II si este introdus din nouintre cilindri.Profile grele (blumuri,grinzi, sine, tabla groasa)Tabla subtireCajaduo,reversibila.Areposibilitateadeainversasensulderotatiealcilindruluisideadeplasacilindrulsuperiordupafiecaretrecere cu distanta #e$.Laminarea la rece atablelor si benzilorCaja trio. Are trei cilindri orizontali,situatiinplanvertical,carelamineazamaterialulinambelesensuri,farainversareasensuluimiscarii de rotatie a cilindrilorGrinzi,sine,srmeblumuri;Profile grele;Tablegroase,mijlociisiuneori subtiriCoajadubluduo.Are4cilindriorizontali,situatiinplaneverticalediferite.Inlatura dezavantajele cajei trio.Profile mijlocii;Profile usoare;Cajaquarto.Are4cilindriorizontali,situatiiinacelasiplan:doicilindridelucru1si2,sidoicilindri de sprijin 3 si 4.Cilindriidesprijinmarescrigiditatea si robustetea cajei.Pentrulaminarealacaldsilareceatablelor,platbandelor si benzilor.Caja sexto sau cu mai multi cilindri,cu doi cilindri de lucru 1 si 2; restulsunt cilindri de sprijin. De obiceicilindrii de sprijin sunt liberi.Laminarealareceatablelorsibenzilorfoartesubtiri.Caja planetara. Are doi cilindriorientati si doua sisteme de cilindricare rotesc in jurul cilindrilor desprijin 1 si 2.Laminareabenziloriplatbandelor.Caja universala. Are perechi decilindri orizontali si verticali invederea limitarii latirii materialului.Platbande,tagle,profilesi brame.Caja periodica. Cilindrii au calibrevariabile pe curbe elicoidale si serotesc in acelasi sens.Laminarea bilelor cudiametrul 18...60 mm;Bile pentru rulmenti;Profile periodice.Laminor pentru roti dintate. O taglarotunda si incalzita 1 se supune uneilaminari transversale intre cilindrii 2si 2, calibrati corespunzator formeidintelui de angrenare.Roti dintate.Laminor pentru bandaje si inele.Cilindrii laterali sunt tronconici,pentru egalizarea vitezelorperiferice.Bandaje;Inele de rulmenti;Coroane dintate mari.a - pentru obtinerea unui profil patrat b - pentru obtinerea unui profil rotund;1 - calibru pregatitor; 2 - degrosier; 3 - prefinisor; 4 - finisor;5 - semifabricatul initial; 6 - piesa finitaFig.2.11. Sisteme de calibrarea...f bare; g si h - table si benzi; i, j, m,...v, q - profile cu configuratie diversa; k - tevi; l - srme; w...zproduse speciale (bandaje; roti) z& sine de tramvaiFig.2.12 Tipuri de laminate finiteh) Laminarea tevilorProcesul tehnologic de obtinere a tevilor cuprinde trei faze:- obtinerea unei tevi scurte cu peretii grosi (ebosa) din lingou sau dintr-un semifabricat;- laminarea ebosei si obtinerea tevii de dimensiunile necesare;- finisarea tevii laminate.Ebosaseobtineprinperforareamaterialuluiinitialpeunlaminorperforatorcompusdindoicilindriibitronconici,alecaroraxeformeazaintreeleununghi.Deoarececilindriiserotescinacelasisensmaterialulprimeste o miscare de rotatie, iar datorita inclinatiei axelor cilindrilor mai primeste si o miscare de avans. Intre ceidoi cilindrii se introduce un dorn care contribuie la obtinerea gaurii interioare a tevii, uniforma pe intreaga lungimea tevii. Procedeul este cunoscut sub denumirea de procedeul Mannesmann (fig.2.13)a - laminor perforator; b - laminor duo; 1 si 2 - cilindri de laminare; 3 - semifabricat (tagla) 4 - dopperforator; 5 - ebosa; 6 - dop netezitor; 7 - teavaFig.2.13 Schema de principiu a fabricarii tevilor prin laminare elicoidala (procedeul Mannesmann)UnpunctoarecareMdepesuprafatabarei,caresedeplaseazasprebazaconuluicilindrului,vacapataomiscareacceleratacumarirearazelordecontact.Caurmare,intrestraturileinterioaresiceleexterioarealebareiprinse intre cilindrii, ia nastere o stare de tensiuni de deformare, care duce la formarea unui gol in partea centrala abarei. Tendinta formarii golului este cu att mai accentuata cu ct viteza periferica a straturilor de material este maimare la exterior dect la interior. Se pot obtine tevi cu un diametru maxim de 800 mm, cu o lungime de pna la 20m si cu o grosime intre 3...50 mm.Tevile fabricate prin acest procedeu prezinta proprietati de rezistenta ridicate datorita orientarii elicoidale afibrelorstructurale.Finisareaseaplicacuscopulobtineriiunorprodusecusuprafetenetedesiladimensiuniprecise.