Tehnologia Materialelor CAPITOLUL 3

Download Tehnologia Materialelor CAPITOLUL 3

Post on 05-Jul-2015

1.804 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>CAPITOLUL 3. PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTIC A MATERIALELOR METALICE 3.1. Generaliti 3.1.1. Noiuni introductive Deformarea plastic este o metod de prelucrare a materialelor metalice prin care, n scopul obinerii unor piese finite sau semifabricate, se produce deformarea permanent a materialelor n stare solid (la cald sau la rece) fr fisurare micro sau macroscopic. Principiul fizic al metodei Atunci cnd tensiunile din materialul metalic depesc limita de curgere, n materialul supus acestor tensiuni apar deformaii permanente. Avantaje proprieti mecanice mbuntite datorit unei structuri omogene i mai dense ; consum minim de materiale (coeficient de utilizare al materialului foarte bun); precizie mare de prelucrare (mai ales la deformare plastic la rece); posibilitatea obinerii unor forme complexe cu un numr minim de operaii i manoper redus; posibilitate de automatizare (linii de automatizare + celule flexibile de fabricaie ); Dezavantaje investiii iniiale mari n ceea ce privesc utilajele i sculele folosite; necesitatea unor fore mari pentru deformare; Dup temperatura la care are loc deformarea distingem : - deformare plastic la cald; - deformare plastic la rece; Deformarea se consider plastic dac eforturile unitare datorate forelor de prelucrare tehnologic sunt peste limita de curgere convenional (efortul unitar cruia i corespunde o deformare remanent de 0,2% , 0,2 ). Mecanismele intime ale deformaiilor plastice se realizaez prin: ntrirea (Ecruisarea) este ansamblul fenomenelor legate de modificarea proprietilor mecanice, fizice, ale metalelor n procesul de deformare plastic la rece. Fenomenul apare numai n cazul deformrilor plastice la rece. El se manifest prin creterea rezistenei la rupere i a duritii, 60</p> <p>concomitent cu scderea proprietilor care definesc plasticitatea materialului. Structura se modific i ea, forma grunilor devenind alungit. ntrirea se poate interpreta ca fiind datorat acumulrii deformaiilor elastice (a energiei de deformare) care creaz o stare de tensiune care ngreuneaz procesul deformrilor plastice.</p> <p>a-structur iniial; b-structur ecruisat; c-structur recristalizat. Fig. 3.1 Structur ecruisat O alt cauz a ntririi este creterea frnrii micrii dislocaiilor odat cu creterea gradului de deformare. Mecanismul deformrii la cald are loc ca i n cazul deformrii la rece prin alunecare i maclare. Constituie o stare la care mrirea gradului de deformare este mic sau imposibil. Pentru a impiedica apariia timpurie a acestei stri i pentru a uura procesul de deformare plastic se procedeaz la nclzirea materialelor. Practic deformarea plastic devine imposibil dup momentul apariiei ecruisrii. Alunecarea este deplasarea straturilor subiri ale cristalului unele fa de altele. Alunecarea se produce de-a lungul unor plane de densitate atomica maxim, distana ntre dou plane fiind de aproximativ 1 m. Deformarea plastic a policristalelor se compune din deformarea cristalelor i din deformarea substanei intercristaline. Deformarea grunilor n policristal ncepe cu planurile grunilor care sunt orientai favorabil fa de axa eforturilor unitare. Maclarea - este fenomenul de reorientare a unei pri dintr-un cristal n raport cu restul, de-a lungul unui plan numit plan de maclare. Partea rotit a cristalului se numete macl. Apare la viteze de deformare mari. Procesul se realizeaz instantaneu sub aciunea unor fore tangeniale mai mici dect cele de alunecare. Ca urmare a deformrii plastice metalele i aliajele i modific unele proprieti fa de structurile turnate. Astfel rezistena la rupere i duritatea cresc, 61</p> <p>plasticitatea cuantificat prin alungirea la rupere i gturea la rupere, scade. Unele proprieti tehnologice (turnabilitate, clibilitate) cresc, iar altele (deformabilitate, uzinabiltate, sudabilitate) scad o dat cu creterea gradului de deformare. Orientarea fibrelor se modific prin deformare plastic. In plan practic, trebuie s inem cont de aceste modificri, n sensul c eforturile de ntindere i compresiune trebuie s coincid cu direcia fibrelor, iar eforturile tangeniale trebuie s fie perpendiculare pe direcia fibrelor. Ideal ar fi ca fibrele s nfoare conturul piesei.</p> <p>a-repere obinute prin achiere cu direcia fibrelor necorespunztor orientat fa de axa eforturilor; b- repere obinute prin deformare plastic cu direcia fibrelor corespunztor orientat fa de axa eforturilor; Fig. 3.2 Orientarea fibrelor la diferite repere 3.1.2. Influena temperaturii asupra deformrii plastice Prin nclzirea materialelor metalice se produc fenomenele de revenire i recristalizare. 62</p> <p>Revenirea - este fenomenul de nlturare a tensiunilor reelei i mrirea plasticitii materialului, fr a produce nici o modificare a microstructurii (0,2tt &lt; tr &lt; 0,4tt, unde tt reprezint temperatura de topire i tr reprezint temperatura de recristalizare). Prin nclzire mobilitatea atomilor crete, constatndu-se o mrire a fenomenului de difuzie determinat de deplasarea atomilor n vacane i interstiii, stare care duce n final la eliminarea tensiunilor interne. Recristalizarea - Are loc n stare solid i const n reorganizarea reelei cristaline deformate i apariia unor noi centre de cristalizare. Prin recristalizare se elimin complet tensiunile interne, micorndu-se duritatea, rezistena la deformare i mrindu-se plasticitatea. In cazul metalelor pure, recristalizarea are loc la o temperatur Trc = 0,40 Ttop. Temperatura de recristalizare crete odat cu creterea gradului de aliere, ajungnd la 450...6000C la oelurile carbon i 600...8000C la oelurile aliate. 3.1.3. Influena temperaturii asupra rezistenei la deformare i a plasticitii Creterea temperaturii provoac schimbri eseniale ale caracteristicilor de rezisten ale metalelor. Rezistena la deformare scade spectaculos odat cu creterea temperaturii, datorit urmtoarelor fenomene: la temperaturi mari crete amplitudinea oscilaiilor atomilor datorit creterii energiei lor poteniale. Atomii trec mai uor dintr-o poziie de echilibru n alta; la temperaturi mari rezistena la deformare scade mult, deplasarea i orientarea grunilor devine mai uoar astfel nct deformarea se poate face la eforturi mai mici; Parametrii care definesc nclzirea sunt: - viteza de nclzire (temperatura de nclzire raportat la timpul de atingere al acesteia); - viteza de rcire (temperatura de rcire raportat la timpul de atingere al acesteia); - durata meninerii la temperatura palierului; 3.1.4. Zone de temperatur la deformarea plastic la cald n funcie de influena reciproc a fenomenelor ce au loc la deformarea la cald (ntrire, revenire, recristalizare) se deosebesc urmtoarele faze: deformare plastic la rece : td&lt; 0,2 tt (acioneaz ecruisarea); 63</p> <p> deformare incomplet la rece : 0,2tt &lt; td &lt; 0,4tt ; Apare fenomenul de ecruisare i cel de revenire. Este caracteristic prelucrrii cu viteze mari de deformare. deformare incomplet la cald 0,4tt &lt; td &lt; 0,6tt; Deformarea se caracterizeaz prin aciunea complet a fenomenului de revenire i incomplet a fenomenului de recristalizare. Datorit neomogenitii grunilor, materialul este puternic tensionat ceea ce duce la apariia fisurilor. deformare la cald - se caracterizeaz prin lipsa efectelor ntririi dup prelucrare i printr-o structur fin i omogen a materialului metalic ca urmare a aciunii complete a revenirii i recristalizrii. Rezistena la deformare la cald este foarte mic,1 din cea la rece, 1 0</p> <p>iar plasticitatea este mare (0,6tt &lt; td &lt; 0,85tt ). Pentru 0,85tt &lt; td se constat supranclzirea i tendina de ardere.</p> <p>TT temperatura de topire; Trc-temperatura de recristalizare; Tid-temperatura de nceput de deformare plastic; Tsd- temperatura de sfrit de deformare plastic; Fig. 3.3 Alegerea corect a intervalului de temperatur n care se face deformarea plastic 64</p> <p>3.1.5.1. Legile deformrii plastice Aceste legi sunt valabile att la deformarea plastic la cald ct i la rece. 1. Legea volumului constant. Volumul semifabricatului supus deformrii plastice (la cald sau la rece) este egal cu volumul piesei finite. Facnd abstracie de micile variaii de volum prin ndesare sau pierderi de oxizi, putem considera c volumul piesei finite obinut prin deformare plastic este egal cu volumul semifabricatului. Aceast lege este foarte importanta n practica, ea permind calculul volumului semifabricatului supus deformarii plastice. 2. Legea prezenei deformaiilor elastice n timpul deformrilor plastice. = e + p</p> <p>Deformarea plastic este ntotdeauna nsoit de o deformare elastic. Nu putem ajunge n zona de plasticitate fr s trecem prin cea de elasticitate. (Hooke). Conform acestei legi, dupa prelucrarea prin deformare plastica la rece apare o tendin de relaxare a materialului. Solicitarea ncetnd , nceteaz deformarea elastica, ceea ce produce relaxarea materialului, ramnnd numai deformarea plastic. De efectele acestei legi se tine cont la proiectarea unor scule pentru deformare plastica, ca de exemplu matritele de tragere i extrudare care au intotdeauna un con de ieire. 3. Legea rezistenei minime. Aceast lege are mai multe formulri: Orice form a seciunii transversale a unui corp supus deformrii plastice prin refulare n prezena frecrii pe suprafaa de contact tinde s ia forma care are perimetrul minim la suprafaa dat ; la limit tinde ctre cerc. Deplasarea punctelor corpului pe suprafaa perpendicular pe direcia forelor exterioare are loc dup normala cea mai scurt dus la perimetrul seciunii. Deplasarea maxim se va produce n acea direcie n care se va deplasa cea mai mare cantitate de material.</p> <p>65</p> <p>4. Legea apariiei i echilibrrii eforturilor interioare suplimentare. La orice schimbare a formei unui corp policristalin aflat n stare plastic apar n interiorul materialului eforturi suplimentare care se opun deformrii relative i care tind s se echilibreze reciproc. Eforturile suplimentare apar datorit frecrilor de contact dintre scul i semifabricat, neomogenitii compoziiei chimice, proprietilor mecanice, etc. Eforturile unitare produse i rmase n piesa prelucrat se pot adauga eforturilor unitare ce apar n timpul funcionrii, ceea ce poate produce fisuri sau distrugerea piesei. Pentru evitarea apariiei eforturilor suplimentare se vor reduce frecrile ntre suprafaa materialului deformat i suprafaa activ a sculei. 5. Legea similitudinii. Pentru aceleai condiii de deformare a dou corpuri geometrice asemenea care au mrimi diferite, presiunile specifice de deformare sunt egale ntre ele, raportul forelor de deformare fiind egal cu ptratul raportului mrimilor liniare (raportul de asemnare). Legea este valabil cnd ambele corpuri au aceleasi faze structurale, aceeai stare chimic i aceleai caracteristici mecanice, iar temperatura corpului la nceputul deformrii este aceeai. Legea similitudinii se aplic n cercetrile experimentale care n cazul structurilor mari se efectueaz pe structuri mai mici, la scar. 3.1.5.2. nclzirea materialelor metalice pentru deformare plastic Prin nclzirea semifabricatului pentru deformare plastic se urmrete: micorarea limitei de curgere; reducerea tensiunilor interne (prin revenire i recristalizare); omogenizarea structurii. O nclzire corect se asigur prin: scurtarea timpului de nclzire pn la atingerea td (temperatura de deformare); asigurarea unei nclziri uniforme; reducerea arderilor i decarburrilor; Valorile superioare sunt limitate de apariia oxidrii. Limita inferioar se stabilete n funcie de natura materialului. Din punct de vedere termic n procesul de deformare plastic la cald se disting trei stadii.: 66</p> <p> stadiul nclzirii de la 0 - tid (temperatura de nceput de deformare); stadiul deformrii propriu-zise tid - tsd (temperatura de sfrit de deformare); stadiul de rcire; Cuptoarele n care se realizeaz nclzirea sunt variate din punct de vedere al formelor, dimensiunilor i al principiului de funcionare. Ele se clasific astfel : a) 1.cu funcionare intermitent; 2.cu funcionare continu. b) 1. electrice; 2. cu flacr; c) 1. n atmosfera obinuit 2. n atmosfera controlat. d) 1. Normale; 2. Adnci.</p> <p>67</p> <p>3.2. LAMINAREA 3.2.1. Generaliti. Laminarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin deformare plastic (la cald sau la rece) caracterizat prin aceea c materialul este obligat s treac forat printre doi cilindri aflai n micare de rotaie. Utilajul se numete laminor, iar procedeul laminare. Produsul rezultat este denumit laminat. Laminatele au seciunea transversal constant. La laminare dimensiunile materialului se reduc n direcia apsrii i cresc n celelalte direcii (volumul rmnnd constant). Materialul laminat are o structura omogen cu gruni alungii i ordonai dup direcia de laminare.</p> <p>1-gruni iniiali; 2- gruni deformai; 3- gruni recristalizai; Fig. 3.4 Modificarea structurii materialului laminat Laminarea se poate efectua ntre doi cilindri netezi ca n cazul produselor plate sau cu canale inelare numite calibre, practicate n corpul cilindrilor , n zona de lucru pentru prelucrarea profilelor. Pentru cazul cel mai rspndit al laminrii longitudinale, cilindrii au sensuri diferite de rotaie, axele cilindrilor fiind paralele.</p> <p>68</p> <p>Atunci cnd se dorete obinerea unor produse cu seciune constant i lungime mare, laminarea este soluia tehnologic. Ca semifabricate iniiale se folosesc lingouri turnate, bare turnate continuu. Aproximativ 90% din producia mondial de oel este supus laminrii. Principalele scheme de laminare sunt: 1. Laminare longitudinal.</p> <p>Figura 3.5. Schema laminrii longitudinale 2. Laminare transversal. 3. Laminare elicoidal. Dup direcia de laminare, acestea se clasific astfel : 1) Laminare longitudinal de-a lungul dimensiunii maxime. 2) Laminare transversal. 3) Laminare tangenial utilizat pentru obinerea unor piese inelare de tipul bandajelor pentru roile de cale ferat. 4) Laminare elicoidal pentru laminarea evilor. Pentru a se realiza un anumit grad de deformare se execut de obicei mai multe treceri succesive ale semifabricatului printre cilindri, dup micorarea distanei dintre ei. Elementele geometrice ale laminrii i forele de laminare sunt redate n figura 3.6.</p> <p>69</p> <p> c = unghiul de contact; h0=dimensiune semifabricat; h1=dimensiune produs finit Fig. 3.6. Elementele laminrii Prin laminare se obin repere avnd urmtoarele rugoziti : - laminare la cald : Ra = (12,5 50) m - laminare la rece : Ra = (6,3 0,2) m 3.2.2. Bazele teoretice ale laminrii n procesul de deformare plastic prin laminare se disting trei stadii: 1. Stadiul prinderii materialului de ctre cilindrii laminorului. 2. Stadiul laminrii propriu-zise. 3. Stadiul de ieire al materialului laminat dintre cilindrii laminorului. 3.2.3. Forele care apar n zona de deformare. Condiia laminrii. ntre cilindri de lucru i semifabricat n zona de contact acioneaz dou fore principale: 1. Fora radial de apsare N, cu componentele ei No i Nv ; 2. Fora tangenial de antrenare (frecare) cu componentele To i Tv ; Componenta orizontala a forei de frecare To produce antrenarea materialului ntre cilindri. Componenta vertical Nv a forei de apsare se numete fora de laminare i produce deformarea materialului. 70</p> <p>N O = N sin N V = N cos TO = T sin TV = T cos </p> <p>Greutatea cilindrilor se neglijeaz, iar f r...</p>