tehnologia materialelor curs politehnica

65
Generalităţi. Terminologie Tehnologia este ştiinţa care studiază transformările la care este supusă substanţa în procesele tehnologice de lucru şi le aplică în vederea obţinerii, în mod optim, a unui produs finit. Prin echipamente sunt desemnate atât maşinile, instalaţiile şi utilajele destinate producţiei de bază, cât şi cele prin care trebuie să se realizeze funcţiunile auxiliare (întreţinere, transport, alimentare cu energie, deservire, etc.). Toate aceste echipamente determină necesarul de suprafeţe, clădiri şi construcţii industriale pentru a fi adăpostite, formând împreună mijloacele de bază ale întreprinderii. Pe de altă parte, tehnologia adoptată hotărăşte nivelul productivităţii muncii, sub forma consumurilor cu materiale, energie şi muncă, determinând în final preţul de cost al produselor, precum şi calitatea şi competitivitatea lor. Un proces este un ansamblu de activităţi corelate sau în interacţiune care transformă elemente de intrare în elemente de ieşire. Procesul de producție cuprinde totalitatea proceselor folosite pentru transformarea materiilor prime şi a semifabricatelor în produse finite, pentru satisfacerea necesităţilor umane. Procesul de producţie cuprinde diferite alte categorii de procese. Procesul tehnologic este o componentă a procesului de producție şi reprezintă ansamblul de operaţii mecanice, fizice, chimice, care prin acţiune simultană sau succesivă transformă materiile prime în bunuri (fig.1) sau realizează asamblarea, repararea ori întreţinerea unui sistem tehnic. Fig.1. Locul procesului tehnologic în transformarea substanţei Din punctul de vedere al regăsirii în produsul fabricat, materialele pot fi: - materiale de fabricaţie (materii prime), care constituie substanţa produselor şi se regăsesc total sau parţial în produsul fabricat - materiale auxiliare, care ajută la fabricarea produselor dar nu constituie substanţa acestora şi deci nu se regăsesc în produsul fabricat. Pornind de la materiale naturale brute (rezultate prin extracţie), prin procese tehnologice de fabricaţie se pot realiza succesiv: materii prime, semifabricate, piese, subansambluri şi ansambluri (fig.2). MATERII PRIME PRODUS FINIT Proces tehnologic

Upload: dan-sorin

Post on 28-Dec-2015

277 views

Category:

Documents


12 download

DESCRIPTION

Curs tehnologia materialelor

TRANSCRIPT

Page 1: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Generalităţi. Terminologie

Tehnologia este ştiinţa care studiază transformările la care este supusă substanţa în procesele tehnologice de lucru şi le aplică în vederea obţinerii, în mod optim, a unui produs finit.

Prin echipamente sunt desemnate atât maşinile, instalaţiile şi utilajele destinate producţiei de bază, cât şi cele prin care trebuie să se realizeze funcţiunile auxiliare (întreţinere, transport, alimentare cu energie, deservire, etc.). Toate aceste echipamente determină necesarul de suprafeţe, clădiri şi construcţii industriale pentru a fi adăpostite, formând împreună mijloacele de bază ale întreprinderii.

Pe de altă parte, tehnologia adoptată hotărăşte nivelul productivităţii muncii, sub forma consumurilor cu materiale, energie şi muncă, determinând în final preţul de cost al produselor, precum şi calitatea şi competitivitatea lor.

Un proces este un ansamblu de activități corelate sau în interacțiune care transformă elemente de intrare în elemente de ieșire. Procesul de producție cuprinde totalitatea proceselor folosite pentru transformarea materiilor prime și a semifabricatelor în produse finite, pentru satisfacerea necesităților umane. Procesul de producție cuprinde diferite alte categorii de procese.

Procesul tehnologic este o componentă a procesului de producţie şi reprezintă ansamblul de operaţii mecanice, fizice, chimice, care prin acţiune simultană sau succesivă transformă materiile prime în bunuri (fig.1) sau realizează asamblarea, repararea ori întreţinerea unui sistem tehnic.

Fig.1. Locul procesului tehnologic în transformarea substanţei

Din punctul de vedere al regăsirii în produsul fabricat, materialele pot fi: - materiale de fabricaţie (materii prime), care constituie substanţa produselor şi se

regăsesc total sau parţial în produsul fabricat - materiale auxiliare, care ajută la fabricarea produselor dar nu constituie substanţa

acestora şi deci nu se regăsesc în produsul fabricat.Pornind de la materiale naturale brute (rezultate prin extracţie), prin procese

tehnologice de fabricaţie se pot realiza succesiv: materii prime, semifabricate, piese, subansambluri şi ansambluri (fig.2).

Fig.2. Piramida produselor rezultate în urma unui proces tehnologic

Procesele tehnologice se pot clasifica după mai multe criterii: - după modul de folosire a utilajelor se deosebesc procese tehnologice manuale, mecanizate,

automatizate sau mixte;- după procedeul caracteristic care intervine în cursul desfășurării operațiilor se disting :

procese mecanice, termice, electrice, chimice, electrochimice, termochimice, biochimice- după scopul urmărit, conform figurii 3. Astfel:Procesul de elaborare a semifabricatelor trebuie să asigure calitatea materialului și

proprietățile fizico-mecanice impuse. Se extrag metale sau aliaje industriale brute din minereuri sau alte aliaje; se poate discuta şi despre o elaborare secundară, având ca scop creşterea purităţii materialului respectiv Obținerea unor tipuri de semifabricate mai poate include şi operaţii de debitare din laminate, turnare, deformare la cald (forjare liberă, matrițare), deformare la rece sau sudare.

MATERII PRIME PRODUS FINITProces tehnologic

Subansambluri

Piese

Semifabricate

Materii prime

Ansambluri

Page 2: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Procesul tehnologic de confecţionare (denumit de multe ori cu titlul generic „proces de prelucrare”) are ca funcție modificarea formei geometrice și a dimensiunilor piesei de prelucrat, a stării suprafețelor (calității suprafețelor) materialului sau semifabricatului, în scopul obținerii piesei finite. Piesa poate fi prelucrată prin așchiere, prin diferite procedee: strunjire, frezare, rabotare, mortezare, găurire etc.; prin deformare plastică la rece: ştanţare, ambutisare, îndoire, extrudare, stampare, etc.; prin sinterizare, etc.

Fig.3. Clasificarea proceselor tehnologice după scopul urmărit

Procesul tehnologic de tratament termic și acoperiri de suprafață urmărește asigurarea structurii necesare a materialului și a proprietăților fizico-mecanice impuse. Tratamentele termice (călire, revenire, îmbătrânire etc.) sau termochimice (cementare, nitrurare etc.) aplicate în acest scop se realizează în general după etapa prelucrărilor de degroșare a piesei. Unele piese sunt supuse, de asemenea, unor tratamente de suprafață (brunare, cromare, nichelare, eloxare etc.) în scopul protecției suprafețelor de acțiunea corozivă a mediului.

Procesul tehnologic de asamblare este partea finală a procesului de fabricație prin care se obțin complete de piese, subansambluri și ansambluri care formează produsul final. Asamblarea unui subansamblu/ansamblu implică activități de asamblare a unor piese definitiv prelucrate sau a unor subansambluri, într-o succesiune bine stabilită, asigurând ajustajele și condițiile tehnice indicate în documentația tehnică de execuţie.

Procesele tehnologice se realizează prin aplicarea metodelor tehnologice. Metoda tehnologică reprezintă un mod principial şi sistematic de executare a unei operaţii, a

unei serii de operaţii sau a unui întreg proces tehnologic, comun dintr-un punct de vedere esenţial pentru mai multe clase de procedee tehnologice.

Procedeul tehnologic se referă la mijloacele prin care se realizează o metodă tehnologică, adica diferă funcţie de utilajul tehnologic, mediul de lucru, materialul de adaos utilizat, etc. Dacă metoda tehnologică arată modul principial de execuţie, procedeul tehnologic dă informaţii despre modul concret de lucru. Procedeele tehnologice sunt alcătuite din operaţii tehnologice, ce se realizează succesiv sau în paralel.

Operația tehnologică este partea componentă a procesului tehnologic executată la un singur loc de muncă (de exemplu, o mașină-unealtă, o celulă flexibilă etc.) în scopul prelucrării unei piese sau a mai multor piese simultan, fără ca obiectul muncii să părăsească locul respectiv, până la terminarea operației. Operația tehnologică poate fi compusă din una sau mai multe faze de prelucrare consecutive, realizate asupra piesei.

Faza (secvența) de prelucrare este o parte componentă a operației care constă din prelucrarea unei suprafețe sau a mai multor suprafețe simultan, cu o singură sculă așchietoare, respectiv cu mai multe scule simultan, cu un anumit regim de așchiere și fără demontarea piesei între faze. Exemple de faze : ciclu de degroșare prin strunjire; ciclu de găurire adâncă cu retrageri repetate ale burghiului.

Operația de prelucrare rezultă ca o reuniune a fazelor sale componente, fără demontarea piesei și fără transferul cuplului piesă-portpiesă de la o mașină la alta. La fiecare demontare a piesei de prelucrat din dispozitivul portpiesă se schimbă operația.

Trecerea de prelucrare este o parte a fazei repetată identic, pe aceeași suprafață, prin care se îndepărtează un singur strat de material, printr-o singură deplasare a sculei în raport cu piesa, în urma căreia se obține o anumită formă geometrică.

Page 3: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Mânuirea reprezintă un grup de mișcări ale unui operator, necesare desfășurării operației, fazei sau trecerii, însă în cursul cărora nu se îndepărtează material (așchii).

Procesul de prelucrare mecanică (fig.4) este alcătuit dintr-o succesiune de operații de prelucrare a suprafețelor ce compun piesa. Operațiile de prelucrare pot fi grupate în următoarele tipuri:

● operații de degroșare - permit să se înlăture (detașeze prin așchiere) o cantitate maximă de material, eliminând neregularitățile fizice ale materialului;

● operații de semifinisare - realizează o bună apropiere de suprafața finită, asigură regularitatea așchiei la finisare și asigură precizia geometrică de poziție a suprafețelor;

● operații de finisare - permit să fie respectate rugozitatea suprafeței, precizia geometrică și dimensională, cerute prin desenul de execuție;

● operații de netezire - sunt prelucrări finale ce urmăresc obținerea unei rugozități minime și a unei precizii dimensionale și geometrice foarte ridicate a suprafeței.

Fig.4. Procese tehnologice de prelucrare

Clasificarea proceselor tehnologice de prelucrare

O clasificare mai detaliată a acestei categorii de procese este redată în figura 4, fără însă a avea pretenţia că ea cuprinde întreaga gamă de procedee tehnologice utilizate la scară industrială.

Materiale utilizate industrial şi proprietăţi ale acestora

În cadrul industriei electrotehnice sunt utilizate materiale din cele mai diverse, fie ca materii prime, fie în calitate de materiale auxiliare. Principalele tipuri de materiale utilizate în această industrie şi nu numai sunt reprezentate în figura 5. Se disting astfel:

● metalele (feroase – oţeluri, fonte şi neferoase – aluminiu, cupru, titan, bronzuri, alame, etc.);● ceramice – sunt materiale anorganice nemetalice, cu legături şi structură complexe, obţinute

din materii prime sub formă de pulberi prin sinterizare (proces de încălzire cu sau fără presare simultană), în timpul căruia se formează legăturile dintre particule prin difuzie sau topire parţială a unui component. Cele mai multe ceramice sunt compuşi între metale şi nemetale. Materialele ceramice au conductibilitate termică şi conductibilitate electrică foarte scăzute fiind materiale electroizolante sau termoizolante în marea majoritate a cazurilor. În prezent termenul de ceramică include o gamă de materiale mult mai largă, utilizate în cele mai diverse domenii cum ar fi electrotehnică, electronică, industria chimică, industria metalurgică etc.

● compozitele - reprezintă o combinație între două sau mai multe materiale diferite din punct de

vedere chimic, cu o interfață între ele. Materialele constituente își mențin identitatea separată (cel puțin la nivel macroscopic) în compozit, combinarea lor generând însă la nivel de ansamblu proprietăți și

Fig.5. Materiale utilizate în industrie

Page 4: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

caracteristici diferite de cele ale materialelor componente în parte. Unul din materiale se numește matrice și este definit ca formând faza continuă. Celălalt element principal poartă numele de armătură

Page 5: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Procesee de prelucrare

Cu schimbarea formei Fără schimbarea formei

Cu reducerea masei Fără reducerea masei Finisarea suprafeţelor

Reducere mecanică

Reducere termică

Reducere chimică

Deformare plastică

Cu degajare de aşchii

Cu separare de material

Prin aşchiere

Prin prelucrări abrazive

Debitare

Ştanţare

Debitare

Prin electroeroziune

Cu fascicule

Prelucrare electrochimică

Formare primară

Turnare

Injectare

Sinterizare

La cald

La rece

Laminare

Forjare

Matriţare

Semifabricate de tip tablă

Semifabricate masive

Îndoire

Ambutisare

Fasonare

Extrudare

Refulare

Rulare

Fig.5. Clasificarea proceselor de prelucrare

Strunjire

Frezare

Mortezare

Rectificare

Găurire

Page 6: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

(ranforsare) și se adaugă matricei pentru a-i îmbunătăți sau modifica proprietățile. Armătura reprezintă faza discontinuă, distribuită uniform în întregul volum al matricei (P. Mallick).

Fibrele sunt elementul care conferă ansamblului caracteristicile de rezistență la solicitări. Considerate global, principalele categorii de compozite armate cu fibre sunt următoarele :1. Compozite cu matrice polimerică – de obicei sunt rășini termorigide (epoxidice, poliamide sau poliesterice) sau termoplastice, armate cu fibre de sticlă, de carbon, de bor sau aramidice (Kevlar), cu monocristale ceramice sau, mai recent, cu fibre metalice. Sunt folosite mai ales în aplicații care implică temperaturi relativ joase de lucru (ajungând, în mod excepțional, pentru termoplastice fabricate prin injecție, la nivelul maxim de 400°C).2. Compozite cu matrice metalică – cel mai frecvent se bazează pe aliaje de aluminiu, magneziu, titan sau cupru, în care se introduc fibre de bor, de carbon (grafit) sau ceramice (de obicei de alumină sau carbură de siliciu). Temperatura de lucru (uzual de cel mult 800°C) a unui astfel de compozit este limitată de nivelul punctului de înmuiere sau de topire care caracterizează materialul matricei. Dacă aplicația avută în vedere implică temperaturi mari, atunci se recomandă folosirea ca matrice a unor aliaje pe bază de nichel sau a unor superaliaje. Dezavantajul acestora este că au greutăți specifice mari, ducând la creșterea masivității structurii finale.3. Compozite cu matrice ceramică – au fost dezvoltate în mod special pentru aplicațiile cu temperaturi foarte ridicate de lucru (peste 1000°C); cele mai utilizate materiale de bază sunt carbura de siliciu (SiC), alumina (Al2O3) și sticla, iar fibrele de armare uzuale sunt tot de natură ceramică (de obicei sub formă de fibre discontinue, foarte scurte).4. Compozite “carbon-carbon” – cu matrice de carbon sau de grafit și armare cu fibre sau țesături de fibre de grafit; sunt foarte scumpe, dar și incomparabile cu alte materiale prin rezistența la temperaturi înalte (de până la 3000°C), cuplată cu densitatea mică și coeficient mic de dilatere termica. Cele mai răspândite sunt compozitele armate cu fibre sunt fibra de carbon, fibra de sticla si Kevlar-ul.

● polimeri (materiale plastice termoplastice, termorigide, elastomeri, etc). Un polimer se defineşte ca fiind un lanţ lung de molecule având una sau mai multe unităţi de molecule (monomeri) care se repetă, legate împreună prin puternice legături covalente. Un material plastic sau polimeric este o colecţie formată dintr-un mare număr de molecule polimer cu structură chimică similară, dar nu neapărat de aceeaşi lungime. Termenul de polimerizare se referă la o reacţie chimică sau de întărire, care conduce la formarea unui compozit în prezenţa fibrelor.

Polimerii termorigizi (termoreactivi) constituie clasa de polimeri cea mai utilizată ca material de matrice pentru compozitele armate cu fibre. Ei sunt cunoscuţi ca răşini epoxidice sau, simplu, răşini, având iniţial formă lichidă (mai rar formă solidă).

Polimerii termoplastici sunt compuşi organici care se topesc la încălzire şi iau formă de răşină. Materialele termoplastice au o dezvoltare mai restrânsă comparativ cu materialele termorigide.

Proprietăţile materialelor pot fi clasificate în mod diferit. În general ele sunt împărţite în două mari categorii:

■ proprietăţi intrinseci ale materialului ■ proprietăţi de utilizare.Proprietăţile intrinseci pot fi fizice şi chimice. La rândul lor, cele fizice se pot împărţi în:

■ mecanice■ termice■ electrice■ magnetice

Proprietăţile de utilizare ale unui material sunt strâns legate de procesele tehnologice de fabricaţie în care este implicat materialul respectiv şi de perioada de exploatare a pieselor obţinute din acel material. Având în vedere aceste aspecte, proprietăţile de utilizare pot fi:

■ tehnologice■ de exploatare

În continuare, cu referire la materialele metalice, se vor prezenta doar acele proprietăţi care trebuie luate în considerare la stabilirea unui proces tehnologic de prelucrare. Unele dintre aceste proprietăţi sunt comune tuturor materialelor amintite, la ele putându-se însă adăuga atribute particulare ale anumitor tipuri de materiale.

Proprietăţi fizico-chimiceTemperatura de fuziune este temperatura la care un metal pur trece din starea de agregare

solidă în stare lichidă.

Page 7: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Este o constantă fizică, spre deosebire de temperatura de solidificare, care depinde de suprarăcire, fiind cu atât mai scăzută, pentru unul şi acelaşi metal, cu cât viteza de răcire este mai mare. Aliajele metalice, cu excepţia eutecticelor şi compuşilor chimici, se topesc într-un interval de temperaturi. Cel mai uşor fuzibil metal este Hg (-38,87 °C) şi cel mai greu fuzibil este W (3410 °C).

Conductibilitatea termică este proprietatea materialelor metalice de a conduce şi transmite căldura cu ajutorul electronilor liberi (gaz electronic). Se măsoară în W/m·K.

Cu cât coefientul de conductivitate termică este mai mare, cu atât transmiterea căldurii se face mai rapid. Această transmitere nu poate fi instantanee, deoarece este frânată de căldură şi densitate. Cea mai mică conductivitate o au bismutul şi mercurul, iar cea mai mare o are argintul, urmat în ordine descrescătoare de Cu, Al, W, Mg şi Be, etc.

Conductibilitatea electrică este proprietatea materialelor metalice de a conduce curentul electric prin intermediul electronilor liberi. Se caracterizează prin mărimea denumită conductivitate electrică σ, măsurată în Siemens pe metru (S/m). Conductivitatea electrică este inversul rezistivităţii şi scade continuu cu creşterea temperaturii, cauza fiind frânarea deplasării electronilor liberi prin ciocnirea lor de ionii din reţeaua cristalină, tot mai dezordonată la temperaturi tot mai mari. La scăderea temperaturii, conductivitatea electrică creşte, putând apărea supraconductibilitatea în preajma lui 0º K la unele metale (plumb). Metalele au întotdeauna conductivitatea electrică mai mare decât aliajele metalice, care în general sunt rezistoare. Alierea şi ecruisarea micşorează întotdeauna conductivitatea electrică. La temperatura ambiantă, cele mai bune conductoare electrice sunt: Ag, Cu, Au, Al, iar cele mai slabe sunt: Si, Sn, Mn, Hg, etc.

Atât conductibilitatea termică, cât şi cea electrică sunt parametrii ce trebuie luaţi în considerare la unele tipuri de procedee de prelucrare, cum ar fi tratamentele termice ce folosesc inducţia electromagnetică, deformarea plastică la rece prin impulsuri electromagnetice (magneto-dinamică), prelucrarea prin electroeroziune, etc.

Rezistenţa la coroziune, sau stabilitatea chimică, este proprietatea materialelor metalice de a se opune acţiunii distructive a agenţilor de mediu, denumită coroziune.

Când mediul coroziv este un electrolit (mediu cu ioni disociaţi capabili să primească ioni de metal), coroziunea este un proces electrochimic. Coroziunea se manifestă prin reducerea în greutate, modificarea structurii, compoziţiei chimice, dimensiunilor, culorii suprafeţei şi proprietăţilor fizice, mecanice şi tehnologice ale materialelor metalice.

Practic toate materialele metalice în prezenţa oxigenului se oxidează, însă rezistenţa lor la oxidare şi la coroziune depinde de calităţile peliculei de oxizi formată la suprafaţă. Când pelicula de oxizi este compactă, subţire şi aderentă la masa metalului, aceasta izolează metalul de agentul coroziv, iar rezistenţa la coroziune a acestuia este mare (cazul platinei, iridiului, aurului, cuprului, argintului, wolframului, zincului, plumbului, nichelului, cromului, molibdenului, titanului etc., care în mod natural nu corodează). Fenomenul se numeşte pasivizarea metalelor. Când pelicula de oxizi este poroasă şi neaderentă la masa materialului, aceasta permite contactul permanent dintre material şi agentul chimic, iar fenomenul de coroziune continuă până la distrugerea completă a materialului, cum este cazul fierului şi al aliajelor acestuia cu carbonul - oţelurile şi fontele.

Coroziunea poate fi micşorată prin evitarea contactului metal electropozitiv - metal electronegativ (de exemplu, aluminiul lângă cupru sau oţel aliat, bronzul lângă oţel etc.), prin aliere (de exemplu, oţelurile aliate cu peste 12% Cr, 5-25% Ni, aliate cu molibden, cupru etc., aliajele de Cu-Al, Cu-Be, Cu-Zn etc.) sau prin protecţie anticorozivă: galvanizare, metalizare, placare, tratamente termochimice, vopsire, lăcuire etc.

Refractaritatea sau stabilitatea la cald este proprietatea metalelor şi aliajelor de a-şi păstra rezistenţa mecanică, în special limita de curgere, de a nu se oxida puternic (formând ţunder sau arsură) şi de a nu creşte inacceptabil în volum în condiţii de temperaturi înalte. Pentru aceasta este necesar ca în masa materialelor metalice să nu se producă transformări secundare care pot micşora rezistenţa mecanică. Aceste materiale metalice se numesc refractare sau termostabile şi sunt caracterizate prin limită de curgere mare şi rezistenţă de durată la temperaturi înalte.

Proprietăţi mecaniceAceste proprietăţi determină comportarea materialelor metalice la acţiunea solicitărilor

mecanice statice şi dinamice de întindere, compresiune, încovoiere, forfecare, răsucire, penetrare etc.Din punctul de vedere al alegerii şi utilizării materialelor metalice pentru industrie, aceste

proprietăţi au rol preponderent întrucât ele determină comportarea materialelor metalice în procesele de prelucrare şi mai ales în exploatare.

Page 8: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Rezistenţa la rupere (Rm), denumită şi rezistenţă mecanică, reprezintă proprietatea materialelor metalice de a se opune deformării şi ruperii sub acţiunea unor forţe interne sau externe. Rezistenţa la rupere este cea mai importantă proprietate a materialelor, fiind definită ca efortul maxim care poate fi suportat de material fără ca acesta să se rupă.

Limita de curgere (Rc) reprezintă acea valoare a efortului unitar aplicat materialului la care deformaţia va creşte fără ca efortul unitar să se mărească sensibil. Acest fenomen poartă denumirea de "curgere" a materialului. Se consideră prin convenţie ca limită tehnică de curgere, acea valoare a efortului unitar care produce o deformaţie remanentă de 0,2%. Această valoare se notează cu Rr 0,2.

În acest context se poate defini fluajul, numit şi curgere lentă sau curgere plastică, care este proprietatea materialelor metalice de a se deforma lent, continuu şi progresiv in timp, sub acţiunea unei sarcini constante. Fluajul se accentuează cu creşterea temperaturii.

Elasticitatea este proprietatea materialelor metalice de a se deforma sub acţiunea solicitărilor interne şi externe şi de a reveni la forma şi dimensiunile iniţiale după eliminarea solicitărilor. Valoarea efortului unitar ce poate fi preluat fără a apare deformaţii plastice se numeşte limită de elasticitate (notată cu Re) şi, prin convenţie, se consideră limită elastică acea valoare a efortului unitar care, după îndepărtarea sarcinii exterioare, duce la o deformaţie remanentă de 0,01%. Dincolo de această valoare a efortului unitar, după îndepărtarea sarcinii exterioare, corpul nu mai revine la dimensiunile iniţiale, deformaţiile fiind remanente (numindu-se deformaţii plastice).

Fenomenul de anulare a deformaţiilor elastice la încetarea acţiunii forţelor de deformare (denumit şi fenomen de revenire elastică sau arcuire elastică) duce la modificarea dimensiunilor şi formei piesei prelucrate. Acest fenomen trebuie luat obligatoriu în considerare la procedeele de prelucrare prin deformare plastică la rece, dar nu este exclus nici la prelucrările prin aşchiere, întrucât afectează precizia de execuţie a pieselor.

Atât rezistenţa la rupere Rm, cât şi limita de elasticitate Re, respectiv limita de curgere Rc se măsoară în MPa (megapascali) şi se determină în urma unui test de întindere simplă, prin trasarea curbei lui Hooke.

Plasticitatea este proprietatea materialelor metalice de a se deforma la volum constant fără producere de fisuri. Se caracterizează prin alungirea la rupere. Foarte plastice sunt: plumbul, cuprul, aluminiul, aurul, argintul, nichelul, fierul, oţelul moale, alama şi bronzurile monofazice etc., toate fiind materiale cristalizate în sistemul c.f.c.

Superplasticitatea unor materiale metalice este capacitatea acestora de a se deforma plastic foarte mult şi uniform fără să se rupă. Aceste materiale prezintă alungiri mai mari de 2000%, deformându-se la eforturi mici, fără a se ecruisa (durifica).

Tenacitatea este proprietatea materialelor metalice de a absorbi energie prin deformare plastică, adică de a se deforma mult înainte de rupere. Implică atât rezistenţă mecanică, cât şi plasticitate. Tenace sunt: cuprul, aluminiul, oţelul moale, alamele şi bronzurile bifazice, etc.

Fragilitatea este proprietatea materialelor metalice de a se rupe brusc sub acţiunea solicitărilor, fără a suferi în prealabil deformaţii plastice. Fragilitatea este o caracteristică relativă, ea fiind funcţie de temperatura la care are loc solicitarea. Astfel, sunt materialele fragile la temperatura ambiantă şi plastice la temperaturi înalte (wolframul, oţelul dur, alamele şi bronzurile bifazice etc). În general, sunt fragile materialele cu duritate mare şi rezilienţă mică (fonta albă şi cenuşie, oţelurile călite, siluminurile etc.). Materialele fragile nu prezintă fenomenul de curgere şi nici de gâtuire.

Rezilienţa (KCU, KCV) caracterizează comportarea materialelor metalice la sarcini încovoietoare dinamice (aplicate prin şoc). Rezilienţa este o măsură a tenacităţii şi fragilităţii materialelor metalice; o rezilienţă mică înseamnă material fragil, iar mare înseamnă material tenace. Prezintă importanţă deosebită în special pentru materialele metalice utilizate la temperaturi ambiante şi scăzute.

Duritatea reprezintă rezistenţa opusă de materiale la pătrunderea în suprafaţa lor a unor corpuri mai tari şi nedeformabile (penetratoare). Dă indicaţii despre posibilitatea materialelor de a rezista la deformaţii superficiale şi la uzare. Este proprietatea care se determină cel mai rapid şi cel mai frecvent în practica industrială, evidenţiind efectul tratamentelor termice, termochimice, termomecanice, mecanice etc. asupra materialelor respective. În funcţie de metodele de încercare, duritatea poate fi: Brinell (HB), Rockwell (HRC), Vickers (HV), microduritatea sau duritatea Vickers eu microsarcini MHV, Shore (HS), etc.

Rezistenţa la oboseală este proprietatea materialelor metalice de a rezista la solicitări repetate şi variabile în timp (ciclice sau alternative). Se apreciază prin efortul maxim pe care îl poate suporta

Page 9: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

materialul la un număr foarte mare (106…108) de solicitări ciclice, fără a se distruge (rupe). Se determină pe aşa-zisele curbe Wohler.

Rezistenţa la oboseală este putemic influenţată de prezenţa în material a:- defectelor interioare (sufluri – goluri de mici dimensiuni, de formă rotundă, sferică sau

alungită, care pot apare sub formă izolată, în cuib sau în grup; pori, incluziuni, microretasuri, fisuri etc.),

- defectelor de suprafaţă (rugozităţi, rizuri, decarburări superficiale, pori deschişi),- concentratorilor de tensiune (crestături, funduri de filet ascuţite, treceri bruşte fără racordări

de la o secţiune la alta, efecte ale coroziunii etc.). Toate aceste defecte şi concentratori de tensiune (eforturi) sunt surse de amorsare a fisurilor ce

se dezvoltă progresiv în timp, până când secţiunea portantă scade mult şi materialul se rupe brusc. Rezistenţa la oboseală este de asemenea influenţată de:- factori constructivi şi tehnologici (forma şi mărimea piesei, modul de asamblare şi calitatea

suprafeţei), - modul de exploatare (felul şi frecvenţa solicitării variabile, gradul de simetrie al ciclului,

temperatura etc.), - factori metalurgici (natura, structura, compoziţia chimică a materialului, prezenţa

defectelor, etc.).Ecruisarea sau durificarea sub efort reprezintă proprietatea materialelor metalice de a-şi mări

rezistenţa mecanică şi duritatea prin deformare plastică la rece. Aceasta se manifestă prin necesitatea creşterii continue a forţei de deformare pe măsură ce gradul de deformare plastică al piesei creşte. Forţa necesară continuării deformării poate deveni la un moment dat atât de mare încât deformarea să devină imposibilă. Reducerea sau eliminarea ecruisării şi, implicit, refacerea capacităţii de deformare se face prin încălzirea materialelor metalice peste pragul de recristalizare (recoacere de recristalizare).

Proprietăţi tehnologiceIndică capacitatea de prelucrare şi modul de comportare a materialelor metalice la diferite

procese tehnologice de fabricaţie la rece sau la cald, cum sunt: deformarea plastică, turnarea, aşchierea, sudarea, călirea etc. Cele mai importante proprietăţi tehnologice sunt: deformabilitatea plastică, turnabilitatea, sudabilitatea, aşchiabilitatea, susceptibilitatea la supraîncălzire şi susceptibilitatea la deformare şi fisurare.

Deformabilitatea plastică (la rece sau la cald) este proprietatea materialelor metalice de a-şi modifica uşor şi remanent forma şi dimensiunile la volum constant, fără a se fisura sub acţiunea solicitărilor exterioare. Se caracterizează prin: maleabilitate, ductilitate şi forjabilitate.

Maleabilitatea este însuşirea materialelor metalice de a putea fî uşor transformate în foi subţiri; depinde de reţeaua cristalină, prezenţa impurităţilor, a elementelor de aliere etc. Se apreciază după valoarea alungirii specifice. Foarte maleabile sunt: staniul, aurul, aluminiul, cuprul, plumbul, argintul, alama, oţelul moale etc.

Ductilitatea este însuşirea materialelor metalice de a putea fi uşor trase în fire şi este condiţionată de coexistenţa tenacităţii şi a maleabilităţii (oţelul călit este tenace, dar nu este maleabil şi nici ductil, staniul şi plumbul sunt foarte maleabile, dar nu sunt tenace şi nici ductile). Atât maleabilitatea cât şi ductilitatea sunt proprietăţi intrinseci ale materialelor metalice strâns corelate cu proprietăţile mecanice ale acestora.

Forjabilitatea este proprietatea materialelor metalice de a se deforma plastic cu uşurinţă prin lovire sau presare, la temperaturi cât mai scăzute, fără a se rupe. La oţeluri, forjabilitatea depinde de conţinutul de carbon şi de incluziuni. Cu cât acestea sunt în cantităţi mai mari, cu atât forjabilitatea este mai redusă. Deformabilitatea la cald (Tdef > Trec) este superioară celei la rece (cu excepţia alamelor monofazice), deoarece limita de curgere a materialelor metalice scade cu creşterea temperaturii.

Turnabilitatea este proprietatea complexă a materialelor metalice de a se putea turna şi solidifica în forme. Cuprinde caracteristicile: fluiditate, contracţie şi segregaţie.

Fluiditatea este capacitatea materialelor metalice topite de a umple cât mai bine forma de turnare. Depinde de compoziţia chimică a materialului şi de temperatura de turnare.

Contracţia este însuşirea materialelor metalice (cu excepţia galiului şi bismutului) de a-şi micşora volumul la solidificare şi la răcirea ulterioară. Contracţia influenţează starea de tensiuni după solidificare şi răcire, putând duce la deformare şi chiar la fisurare. Contracţia de solidificare este şi cauza formării retasurilor - goluri de formă neregulată care apar la

Page 10: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

solidificarea aliajelor cu contractie mare, fie la suprafaţa piesei (retasură exterioară), fie în interiorul piesei (retasură interioară). Ea depinde. de temperatura de turnare, de viteza de răcire şi de compoziţia chimică a materialelor metalice.

Tendinţa de segregaţie reprezintă tendinţa impurităţilor sau elementelor de aliere de a se aglomera în anumite părţi ale materialului de bază. Fiecare element de aliere sau impuritate are un anumit coeficient de segregaţie care, cu cât este mai mic, cu atât elementul respectiv se va aglomera mai puternic.

Sudabilitatea este aptitudinea materialelor metalice de a se îmbina nedemontabil prin încălzire locală până la topire, cu sau fără adaos de alte materiale şi cu sau fără presiune mecanică. Sudabilitatea presupune luare în considerare a două aspecte: comportarea la sudare (posibilitatea obţinerii de îmbinări sudate fără defecte) şi siguranţa sudurii în exploatare (capacitatea unui material care a fost sudat de a-şi păstra caracteristicile tehnice în prezenţa unor solicitări). Sudabilitatea este influenţată de compoziţia chimică, de conductibilitatea termică, de viteza de răcire după sudare, etc.

Aşchiabilitatea este capacitatea materialelor metalice de a putea fi prelucrate prin aşchiere, cu consum cât mai redus de scule şi energie. Aşchiabilitatea este o proprietate complexă. Un material este cu atât mai prelucrabil prin aşchiere, cu cât: durabilitatea sculei este mai mare, timpul de aşchiere a aceleeaşi cantităţi de aşchii mai mic, calitatea suprafeţei mai bună, solicitarea mecanică şi energetică a maşinii-unelte mai mică, precizia de prelucrare mai mare şi aşchiile cu formă cât mai convenabilă. Aşchiabilitatea depinde de: natura şi tratamentul materialului de prelucrat, de tipul şi materialul sculei aşchietoare, de condiţiile de aşchiere (degroşare, finisare, strunjire, frezare, rabotare, alezare etc.), de tipul maşinii-unelte şi natura lichidului de răcire, etc.

Călibilitatea este proprietatea materialelor metalice (în special a oţelurilor şi fontelor) de a realiza o duritate minimă pe o adâncime mai mare sau mai mică; ea caracterizează adâncimea de pătrundere a călirii. Depinde de compoziţia chimică, de temperatura de încălzire în vederea călirii, de mărimea grăuntelui, de viteza de răcire, etc. Călibilitatea se deosebeşte de capacitatea de călire care reprezintă însuşirea materialelor metalice de a se durifica prin încălzire şi răcire bruscă (călire). Aceasta din urmă este dată de duritatea maximă obţinută după călire.

Susceptibilitatea la deformare şi fisurare se manifestă în special în timpul încălzirii şi răcirii materialelor metalice pentru tratamente termice şi este cauzată de acţiunea tensiunilor interne de natură termică şi structurală. Oţelurile, cu cât au conţinutul de carbon şi elemente de aliere mai mare, cu atât sunt mai susceptibile la deformare şi în special la fisurare.

Proprietăţi de exploatare Proprietăţile de exploatare indică comportarea materialelor metalice în timpul exploatării

organelor de maşini, a pieselor metalice şi a sculelor. Aceste proprietăţi sunt: rezistenţa la uzare, fiabilitatea organelor de maşini, durabilitatea sculelor şi designul.

Rezistenţa la uzare este proprietatea materialelor metalice de a rezista la acţiunea de distrugere a suprafeţelor acestora, prin frecare sau eroziune.

Uzura organelor de maşini aflate în contact şi în mişcare relativă poate fi: - mecanică (contact direct metal-metal); - abrazivă (prezenţa unor particule abrazive între suprafeţele de contact);- de aderenţă sau prin gripare (determinată de viteze şi presiuni de contact mari) - corosivă.Frecvent se întâlneşte uzura mecanică prin oboseală sau uzura Pitting (ciupire) la cuplele de

frecare cu contact liniar sau punctiform (rulmenţi, roti dinţate etc.).Rezistenţa la uzare creşte o dată cu: creşterea durităţii, creşterea calităţii suprafeţei,

îmbunătăţirea condiţiilor de ungere, micşorarea vitezei mişcării relative şi a presiunii de contact, etc. Rezistenţa la uzare a materialelor metalice depinde de: compoziţia chimică, structura metalografică, calitatea suprafeţelor, duritate, viteza relativă, presiunea de contact, calitatea ungerii, condiţiile de exploatare (temperatură, mediu de lucru, etc.).

Rezistenţa la uzare se poate îmbunătăţi prin aliere cu elemente care să formeze constituenţi cu duritate mare, prin tratamente termice, termochimice, termomecanice, acoperiri superficiale, etc.

Fiabilitatea reprezintă totalitatea însuşirilor care asigură buna funcţionare a unui produs (organ de maşină, mecanism, maşină, echipament, instalaţie etc.) în conformitate cu normele prescrise, chiar dincolo de termenul de garanţie. Ea este asigurată în bună parte de calitatea materialelor folosite.

Fiabilitatea este corelată şi definită de următoarele noţiuni:- defectarea, adică încetarea aptitudinii unui produs de a-şi îndeplini funcţia;

Page 11: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

- rata de defectare, adică raportul dintre numărul total de defectări şi durata totală de funcţionare;- timpul mediu până la defectare, care este inversul ratei de defectare într-o perioadă dată;- timpul mediu între defectări;- durata medie de viaţă, adică valoarea medie a timpilor până la defectare pentru toate produsele considerate, în condiţii date.Durabilitatea se referă la durata de viaţă a sculelor, fiind definită ca timpul de lucru efectiv

între două recondiţionări (ascuţiri) succesive ale unei scule. Ca şi fiabilitatea, durabilitatea este o caracteristică de exploatare complexă, care depinde de: natura materialului sculei, natura materialului de prelucrat, tratamentele termice şi termochimice aplicate sculelor, condiţiile concrete de lucru, etc. Frecvent, pentru estimarea acestei proprietăţi se foloseşte criteriul uzurii critice, când durabilitatea se exprimă în minute scurse până la apariţia uzurii catastrofale şi scoaterea din uz a sculei.

Designul produselor reprezintă totalitatea însuşirilor estetice care fac produsul plăcut şi pasibil de a fi încadrat perfect ambiental. Are importanţă deosebită în special pentru produsele destinate consumului (automobile, vehicule, aparatură de uz casnic, aparatură electronică audio-video etc.). Stă la baza uzurii morale a produselor şi este determinat de linia modei la un moment dat.

Procedee de elaborare din industria metalurgică

Metalurgia este disciplina care se ocupă cu studiul metalelor şi a procedeelor de extragere a acestora din minereuri, respectiv de obţinere a aliajelor.

Totalitatea operaţiilor necesare extragerii metalelor din minereuri în vederea obţinerii metalelor brute se numeşte elaborare primară.

Metalul brut obţinut prin elaborare primară prezintă o cantitate mare de impurităţi, neomogenitate structurală şi deci proprietăţi nesatisfăcătoare. Pentru ca metalul brut să poată fi utilizat în industrie şi să prezinte proprietăţi superioare, în majoritatea cazurilor el se prelucrează printr-o gamă specifică de operaţii ce formează obiectul elaborării secundare (fig.6).

Fig.6. Schema generală a elaborării metalelor

Minereul se defineşte ca un conglomerat de minerale în care unul sau mai multe metale se găsesc în cantităţi suficient de mari astfel încât să poată fi extrase economic.

Minereurile se compun dintr-o parte utilă şi o parte sterilă – sterilul (denumit şi gangă). Minereurile pot fi mono sau polimetalice, feroase sau neferoase. Pentru îndepărtarea sterilului din minereuri se folosesc materiale ajutătoare numite fondanţi, a căror natură chimică permite combinarea lor cu sterilul, formându-se zgura. Zgura formată reţine materialul steril, precum şi incluziunile nemetalice sau alte impurităţi, favorizând desfăşurarea proceselor fizico-chimice necesare procesului.

Prepararea minereurilor presupune parcurgerea următoarelor etape: preparare mecanică, concentrare, calcinare, aglomerare (fig.7).

Fig.7. Etapele preparării minereurilor

Page 12: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Prepararea mecanică presupune sfărâmarea minereului, astfel încât să ajungă la nişte dimensiuni impuse. După concasare, minereul este sortat cu scopul de a obţine cantităţi suficient de mari de minereu cu aceeaşi dimensiune. Omogenizarea este următoarea operaţie de preparare mecanică care este necesară atunci când se lucrează cu minereuri provenind din surse diferite, cu diferite concentraţii de mineral util. După omogenizare are loc măcinarea, deoarece dimensiunile diferitelor calităţi de minereu pot fi diferite.

Concentrarea este procesul prin care se urmăreşte creşterea concentraţiei utilului prin îndepărtarea forţată a sterilului.

Calcinarea se face în cuptoare specializate, unde sub acţiunea căldurii are loc eliminarea substanţelor volatile, precum şi evaporarea apei.

Aglomerarea este procesul de preparare a minereurilor în care o masă pulverulentă obţinută în etapele anterioare este adusă la anumite forme şi dimensiuni, precum şi o anumită rezistenţă mecanică, proprie proceselor de extracţie a metalului care urmează.

Procedeele aplicate pentru extragerea metalelor şi, ulterior, pentru obţinerea aliajelor se clasifică în trei mari grupe:

● procedee pirometalurgice, care se desfăşoară la temperaturi înalte, fiind însoţite de topirea totală sau parţială a minereului; căldura necesară este dezvoltată prin arderea combustibililor solizi, lichizi, gazoşi sau a elementelor combustibile aflate în componenţa minereului sau a deşeurilor şi subproduselor care alcătuiesc încărcătura agregatelor metalurgice;

● procedee hidrometalurgice, care au loc la temperaturi joase, în soluţii aflate la presiuni constante sau variabile. În cadrul acestor procedee, minereul se solubilizează, după care metalul este extras prin electroliză. Prin solubilizare, metalul trece în soluţie, sterilul rãmânând insolubil. Prin decantare sau filtrare sterilul se îndepărtează.

Fig.8. Schema tehnologicã a prelucrãrii hidrometalurgice

Deşi tehnologiile de prelucrare hidrometalurgicã sunt foarte diverse, oricare schemã tehnologicã de prelucrare de acest tip cuprinde în mod obligatoriu urmãtoarele trei operaţii (fig.8):

- solubilizarea (leşierea) - trecerea în faza lichidã a componentului util din minereu;- purificarea soluţiei;- separarea componentului util - sub formã de concentrat sau alt produs valorificabil.

● procedee electrometalurgice, în cadrul cărora separarea metalului se face prin folosirea curentului electric. Aceste procedee pot fi:

- electrotermice, curentul electric fiind utilizat pentru obţinerea temperaturilor înalte;- electrochimice, curentul electric fiind utilizat la electroliza soluţiilor sau topiturilor din

care se extrage metalul.După metalele care se elaborează metalurgia poate fi:

- metalurgia fierului (siderurgia): extractivă şi prelucrătoare;- metalurgia aliajelor neferoase: extractivă şi prelucrătoare.

Metalurgia fierului sau siderurgia include urmãtoarele operaţii principale:● elaborarea fontei brute şi speciale;● elaborarea oţelurilor;● elaborarea diferitelor aliaje de fier.Denumirea de ,,siderurgie,, provine de la cele douã cuvinte greceşti sideros - fier şi ergan -

lucru, lucrare.Procesele tehnologice din industria metalurgică sunt procese discontinue, bazate pe fenomene

fizico-chimice mari consumatoare de energie termică şi electrică, necesitând utilaje de mare capacitate care implică costuri mari.

SoluţiesterilăImpurităţi

Minereu Solubilizare

Steril (gangă)

Soluţie PurificareSoluţie

pură Separare Concentrat

Evacuare

Page 13: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Elaborarea fontei

Fonta este un aliaj al fierului cu carbonul, conţinutul de carbon fiind între 2,11…6,67%. Mai conţine şi alte elemente însoţitoare cum ar fi Mn, Si, P, S, iar în unele cazuri pot fi adăugate în compoziţie, cu scop bine definit, anumite elemente de aliere. Schema tehnologică a elaborării materialelor metalice feroase este redată în figura 9.

Fig.9. Elaborarea materialelor metalice feroase

Fonta se obţine prin elaborare primară, folosind procedeul pirometalurgic, într-un cuptor vertical înalt închis – furnalul. În procesul de elaborare a fontei în furnal, se obţin fonte brute numite şi fonte de prima fuziune. Acestea reprezintã produsul primar al combinatelor siderurgice şi servesc la fabricarea fontelor de turnãtorie şi a oţelurilor.

După elaborarea primară, fonta este supusă unui proces de afinare în care impurităţile sunt eliminate cu scopul de a obţine metalul industrial. Afinarea produce o purificare avansată şi conduce la obţinerea metalului pur.

Furnalul (fig.10 şi 11) este un cuptor vertical cu funcţionare continuă, de dimensiuni mari, circa 10 m diametru şi înălţimi de până la 35 m, din cărămidă refractară format din două trunchiuri de con. Acestea sunt numite cuvă şi etalaj, fiind unite printr-o zonă cilindrică cu înălţime mică faţă de diametru - pântecele furnalului. La partea inferioară furnalul prezintă o altă zonă cilindrică – creuzetul, unde se adună fonta topită. Creuzetul are prevãzut la partea de jos un orificiu de evacuare a fontei iar la 1,5 m mai sus şi decalat cu 180° un alt orificiu de evacuare a zgurei.

Minereul de fier este introdus în furnal împreună cu fondanţii, cocsul şi aer (comburant) şi este redus la fier pur care ulterior este carburat la Fe3C- cementită, conform reacţiilor:

3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 3 Fe + C = Fe3CCompusul Fe3C se dizolvã în fier, formând aliaj de fier cu carbon, cu temperaturã scãzutã de

topire. Acest aliaj, la temperatura din etalaj se topeşte şi picãturile formate se scurg spre creuzet.

Fig.10. Schema constructivă a furnalului1 – furnal; 2 – conducte pentru evacuarea gazelor; 3

– cale de rulare; 4 – buncăr; 5 - vagonet Fig.11. Schema constructivă a furnalului

Page 14: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Alături de fontă în furnal se produce zgura de furnal şi gazul de furnal - un gaz combustibil.Cocsul metalurgic este un combustibil cu capacitate calorică ridicată, care în urma arderii

produce o cantitate mică de cenuşă (max. 10%). Este un produs artificial rezultat din prelucrarea unor sorturi de cãrbune în absenţa aerului, în cuptoare speciale, la temperaturi de 900-1200°C.

Comburantul, respectiv oxigenul, necesar arderii cocsului se suflă în furnal prin nişte orificii numite guri de vânt, cu ajutorul unor turbosuflante.

Elaborarea oţelului

Oţelurile sunt aliaje ale fierului cu carbonul, carbonul fiind cuprins între 0,022…2,11%. Mai conţin şi alte elemente, unele naturale, provenind de la elaborare (Si, Mn, S, P, O, N), altele introduse ca elemente de aliere cu scopul îmbunătăţirii proprietăţilor (Ni, Cr, W, Mo, V, etc.). Prelucrabilitatea oţelurilor este superioară fontelor.

Există mai multe criterii de clasificare ale oţelurilor: după conţinutul de carbon, după compoziţia chimică, după destinaţie, după procedeul de elaborare, etc.

După conţinutul de carbon oţelurile sunt hipoeutectoide cu < 0,77% C, eutectoide cu 0,77% C şi hipereutectoide cu > 0,77% C.

După compoziţia chimică oţelurile se clasifică în oţeluri nealiate (sau oţeluri carbon) şi oţeluri aliate. Oţelurile cu ≤ 0,3% C se numesc oţeluri moi, cu 0,3-0,6% C se numesc oţeluri semidure, iar cele cu ≥ 0,8% C se numesc oţeluri dure. Oţelul carbon cu ≤ 0,08% C este cunoscut în practică sub denumirea de fier tehnic.

În funcţie de conţinutul total al elementelor de aliere, oţelurile aliate se clasifică în oţeluri slab aliate (≤ 5,0% E ), mediu aliate (5-10% E) şi oţeluri înalt aliate (cu ≥10% E).

După destinaţie, oţelurile se clasifică în oţeluri de uz general, oţeluri cu destinaţie precizată şi oţeluri pentru scule.

Materialele metalice de bază utilizate în procesul de elaborare a oţelului sunt fonta şi fierul vechi. Proporţia în încărcătură a acestora variază funcţie de procedeul de elaborare utilizat şi de calitatea oţelului.

Obţinerea oţelurilor se face prin două metode: - metoda pirometalurgică – elaborare în convertizoare - metoda electrometalurgică – elaborare în cuptoare electrice.Procesul complex de elaborare a oţelurilor cuprinde trei etape principale: 1. Afinarea - etapa tehnologică a obţinerii oţelului în care conţinutul de carbon, dar şi

conţinutul de elemente însoţitoare (Si, Mn, S, P, O, N), este redus până la anumite valori prescrise pentru marca de oţel care se elaborează. Procesul chimic principal la afinare este oxidarea.

2. Dezoxidarea – este necesară deoarece după terminarea afinării ( adică atunci când se atinge concentraţia prescrisă a carbonului), în baia de metal topit există o concentraţie mare de oxizi care dacă ar rămâne în compoziţia oţelului ar conduce la înrăutăţirea drastică a proprietăţilor acestuia.

Fig.12. Schema de funcţionare a cuptorului electric cu arc

Fig.13. Schema cuptorului cu arc

Page 15: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

3. Alierea – introducerea lor în topitură se face sub formă de feroaliaje şi ţine cont de aviditatea acestora faţă de oxigen. Astfel, unele elemente de aliere se introduc înainte de dezoxidare (Ni), altele după dezoxidare (Ti, V).

Cuptoarele electrice folosite sunt cele cu arc electric sau cu inducţie. Schema de funcţionare a unui cuptor electric cu arc este redată în figura 12 şi 13.

Topirea încărcăturii în vatra (5) a acestui cuptor se face datorită căldurii arcului electric care poate atinge temperaturi de 3500° C. Arcul electric se stabileşte între electrozii cuptorului (2) şi încărcătura (7).

Electrozii din grafit sunt alimentaţi prin nişte cabluri flexibile (1) de la un transformator trifazat. Cuptorul este alimentat prin uşa de lucru (8). Bolta (9) prezintă nişte orificii prin care electrozii pot fi coborâţi după încărcarea cuptorului. La sfârşitul elaborării topitura se basculează prin jgheabul (3) în oala (4) cu ajutorul unui sistem hidraulic (7), cuptorul fiind sprijinit pe o şină curbată (6).

Convertizoarele cu oxigen sunt nişte cuptoare basculante în care se obţine oţel plecând de la fontă lichidă, fără sursă exterioară de căldură. Căldura necesară desfăşurării proceselor este dată numai de reacţiile exoterme care au loc la afinare.

Elaborarea în convertizorul LD (Linz-Donawitz) se caracterizează prin afinarea fontei lichide cu oxigen tehnic de mare puritate (99,5-99,8%), insuflat în baia metalică pe partea superioară cu o presiune de 8-18 atm, cu ajutorul unei lănci răcită cu apă. Schema de principiu a convertizorului LD este prezentată în figura 14.

Capătul lăncii construit din cupru este prevăzut cu 3-9 duze (orificii) prin care se suflă oxigenul tehnic cu viteza dorită. Gazele rezultate din procesele de afinare sunt captate de hotă şi transportate la sistemul de epurare.

Datorită presiunii mari cu care jetul loveşte suprafaţa, se creează în baie o adâncitură, fonta din zona respectivă fiind împinsă în jos şi înspre pereţi. Se creează astfel o mişcare descendentă în mijlocul băii şi una ascendentă pe pereţi, deci se produce o amestecare puternică a băii care conduce la creşterea vitezei de reacţie şi la omogenizarea băii din punct de vedere al temperaturii şi al compoziţiei chimice.

Metode şi procedee de prelucrare dimensionalăTurnarea metalelor şi aliajelor metalice

Turnarea este procesul prin care un metal în stare lichidă, datorită forţei gravitaţionale sau a unei alte forţe, pătrunde într-o formă de turnare căpătând, după solidificare, configuraţia acesteia (fig.15).

Fig.15. Schema de principiu a turnării

Turnarea metalelor include turnarea semifabricatelor masive (lingou) şi turnarea pieselor.Avantajele turnării sunt:

Fig.14. Schema convertizorului LD1- convertizor, 2- lance; 3- hotă;4- orificiu de evacuare; 5- baie

metalică.

Page 16: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

‐ se pot realiza piese cu geometrie complicată, inclusiv geometrie interioară,

- prin unele procedee de turnare se obţin piese finite, care nu mai necesită prelucrări ulterioare; schema de principiu a unei astfel de forme de turnare este redată în figura 16.‐ se pot fabrica piese mari de ordinul zecilor şi chiar a sutelor de tone,‐ unele procedee de

turnare se pot adapta producţiei de serie mare şi masă.Lingourile sunt semifabricate masive obţinute prin solidificarea metalului lichid în nişte forme

metalice numite lingotiere. Lingourile sunt ulterior prelucrate prin forjare sau prin laminare, forma lingoului fiind diferită funcţie de procedeul de prelucrare pentru care este destinat.

Cea mai cunoscută clasificare a procedeelor de turnare este cea în funcţie de numărul de turnări realizate într-o formă. Se disting astfel următoarele procedee de turnare:

- în forme temporare – se utilizează la o singură turnare- în forme semipermanente – după căteva turnări forma necesită mici reparaţii- în forme permanente – se utilizează la sute sau mii de turnări.După solidificare piesa astfel obţinută se scoate din formă fie prin distrugerea formei (forme

temporare), fie prin desfacere, în cazul formelor semipemanente sau permanente metalice realizate din două sau mai multe părţi.

Formele temporare se realizeazä din amestecuri de formare obişnuite (nisip + argilă) sau speciale (nisip + lianţi speciali). Formele semipermanente se realizează din ciment, ipsos, etc. Formele permanente se realizează din fontă, oţel, aliaje neferoase.

Deşi formele metalice permanente au avantajul că se utilizează pentru mai multe turnări, ele sunt mai scumpe datorită prelucrărilor complexe pe care le necesită realizarea lor. De aceea procedeul de turnare cel mai utilizat este procedeul de turnare în forme temporare.

Prelucrarea materialelor metalice prin deformare plastică

În cadrul prelucrărilor prin deformare plastică, forma piesei se obţine prin redistribuirea parţială sau totală în spaţiu a volumului de material al semifabricatului. Se pot obţine semifabricate care ulterior vor fi supuse altor procedee de prelucrare mecanică în scopul obţinerii piesei finite sau se pot obţine direct piese finite, cu o precizie dimensională şi de formă geometrică ridicate, precum şi cu o bună calitate a suprafeţei.

Buna desfăşurare a procesului de deformare plastică este legată de necesitatea unei plasticităţi ridicate a materialului, tradusă într-o limită de curgere scăzută şi o ductilitate mare. Aceste proprietăţi sunt puternic dependente de temperatură. Astfel, în funcţie de intervalul de temperaturi la care are loc deformarea se disting următoarele procedee (fig.17):

- deformare plastică la rece, ea desfăşurându-se la temperaturi mai mici decât temperatura de recristalizare a materialului;

- deformarea plastică la semicald sau la cald, la temperaturi peste temperatura de recristalizare.

Fig.17. Tipuri de procedee de prelucrare prin deformare plastică

Fig.16. Principiul formei de turnare

Page 17: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

La deformarea plastică la rece, cu cât creşte gradul de deformare creşte, cu atât rezistenţa la rupere, respectiv limita de curgere şi duritatea materialului vor căpăta valori mai mari. Concomitent, alungirea la rupere şi gâtuirea la rupere scad. În consecinţă, cu cât materialul va fi deformat mai mult, cu atât mai mult el va deveni mai rezistent, mai puţin plastic şi se va opune mai mult deformării, mergând uneori până la rupere. Fenomenul se numeşte ecruisare. La deformarea plastică la cald, fenomenul ecruisării nu apare.

Refacerea capacităţii de deformare a materialului se face prin încălzire, adică prin tratamentul termic de recoacere de recristalizare, acesta anulând efectele nedorite ale ecruisării.

O altă clasificare a procedeelor de deformare plastică este bazată pe tipul semifabricatului de la care porneşte prelucrarea. Putem încadra procesele de deformare plastică în două mari categorii:

- procese de deformare plastică a semifabricatelor masive (deformări volumice); din această categorie fac parte barele, profilele, lingourile, calupurile, etc., adică semifabricate la care toate cele trei dimensiuni sunt semnificative. Dintre procesele de deformare plastică volumică amintim: laminarea, forjarea liberă şi în matriţă, extrudarea, tragerea şi trefilarea, etc.

- procese de deformare plastică a tablelor şi benzilor, semifabricate la care lungimea şi lăţimea sunt semnificativ mai mari decât grosimea. Din această categorie amintim: ştanţarea, îndoirea şi profilarea, ambutisarea, prelucrările prin fasonare, etc.

După viteza de deformare, aceste tipuri de procedee se pot împărţi în:- procedee de deformare cu viteze mici (v ˂ 10 m/s); - procedee de deformare cu viteze mari (v ˃ 10 m/s). Aici sunt cuprinse procedeele de

deformare ce folosesc tehnica impulsurilor purtătoare de mari energii (deformarea prin explozie, deformarea prin detonarea unei amestec de gaze combustibile, deformarea prin impulsuri magnetice, deformarea electrohidraulică, etc.).

Laminarea

Este procedeul de deformare plastică la cald sau la rece, realizat prin trecerea foţată a materialului printre doi cilindri care se rotesc în sensuri contrare sau în acelaşi sens. De obicei, pentru a obţine un anumit grad de deformare plastică, se realizează mai multe treceri succesive ale materialului printre cilindri. Schema de principiu este redată în figura 18.

Fig.18. Principiul laminării

Utilajul de lucru poartă denumirea de laminor, iar produsul rezultat - laminat. Prin laminare se obţin bare, profile simple, table, benzi, etc.

Procedeele de laminare se împart în două categorii:- laminare longitudinală (fig.19) - laminare transversală sau elicoidală (fig.20)

Prin laminare longitudinală se prelucrează oţelurile nealiate şi slab aliate, pornindu-se de la lingouri sau semifabricate turnate continuu şi ajungându-se la semifabricate plane (tablă sau bandă) sau profile cu destinaţie generală şi specială, şine de cale ferată etc. Laminarea se poate efectua între cilindri netezi, în cazul produselor plate sau în canale inelare numite calibre, practicate în corpul cilindrului de lucru, în cazul profilelor. Pentru cazul cel mai răspândit al laminării longitudinale, cilindrii au sensuri diferite de rotaţie, axele cilindrilor fiind paralele între ele şi plasate în plan vertical. Etapele necesare obţinerii prin laminare a profilului I este redat în figura 21.

Page 18: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

În cazul laminării transversal - elicoidale, cilindrii bitronconici au acelaşi sens de rotaţie, axele fiind în plan orizontal decalate la un anumit unghi, pentru a asigura mişcarea de avans a semifabricatului. Se obţin ţevi laminate, laminorul purtând denumirea de laminor perforator de ţevi.

Fig.21. Etapele de realizare prin laminare a profilului I

Forjarea şi matriţarea

Forjarea reprezintă procesul de deformare plastică la cald prin care materialul este comprimat între două scule numite nicovale. Dacă sculele folosite nu restrâng în nici un fel curgerea materialului, procesul mai este denumit şi forjare liberă. Dacă sculele au forma unor plăci plane, procesul se mai numeşte şi turtire (fig.22).

Prin forjare liberă se obţin piese cu configuraţie relativ simplă şi precizie dimensională redusă precum: discuri, arbori, inele sau tuburi. Din punct de vedere principial, forjarea liberă se poate realiza:

a) cu plăci plan paralele (fig.23a);b) o placă plană şi una inelară (fig.23b);c) cu două plăci inelare (fig.23c).

Dacă forjarea se realizează între două scule profilate (denumite matriţe), materialul fiind obligat să copieze forma cavităţilor din sculele respective, procedeul poartă de denumirea de forjare în matriţă sau, altfel spus, matriţare (fig.23). Matriţarea conduce la realizarea de piese

Fig.19. Laminarea longitudinală

Fig.20. Laminare transversală-elicoidală1- cilindri de lucru bitronconici, 2 -

semifabricat, 3 - eboşă, 4 - dorn perforator, 5 -bara port dorn

Fig.22. Principiul turtirii

Page 19: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

finite de dimensiuni mici şi mijlocii, cu o configuraţie geometrică complexă, fiind un procedeu de mare productivitate.

În practică se întâlnesc două procedee de prelucrare mecanică prin matriţare (formare volumică), atât la cald cât şi la rece:

Matriţare în matriţe deschise. Caracteristica acestui procedeu este că se lucrează cu un mic surplus de material, care se expulzează din cavitatea utilă a plăcii active, formând o bavură în planul de separaţie dintre cele două semimatriţe (fig.24). Îndepărtarea bavurii implică existenţa unor operaţii suplimentare de prelucrare.

Matriţarea în matriţe închise. În acest caz se lucrează fără bavură la planul de separaţie, volumul semifabricatului trebuind să fie egal cu volumul piesei finite. Extrudarea şi ştamparea sunt două dintre procedeele ce aparţin acestei categorii.

Un avantaj al acestor procedee de deformare faţă de prelucrările prin aşchiere îl constituie continuitatea fibrajului piesei, ceea ce face ca rezistenţa mecanică a piesei finite să fie mai mare.

Ştamparea

Ştamparea este procedeul de deformare plastică locală a materialului, cu modificarea grosimii acestuia, pentru obţinerea unui relief pe suprafaţa piesei. Exemplele tipice sunt reprezentate de baterea monezilor, a medaliilor şi decoraţiilor sau de realizare a inscripţionărilor.

În general, ştamparea se execută în matriţe închise (fig.26). Deşi relieful poate fi de mică adâncime, presiunile necesare în proces sunt mari, datorită apariţiei fenomenului de turtire.

Extrudarea

Extrudarea este operaţia de deformare plastică în volum prin compresiune, desfăşurată pe baza curgerii plastice a materialului printr-

Fig.23. Tipuri de forjare liberă

Fig.25. Exemple de piese executate în matriţe deschise

Fig.24. Matriţarea în matriţă deschisă

Fig.26. Ştamparea

Page 20: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Procedeul de Schiţa de principiu pentruextrudare Profile pline Profile tubulare

Extrudaredirectă

Extrudareinversă

Extrudarecombinată

Extrudarelaterală

Fig.29. Tipuri de extrudare

un orificiu al plăcii active de extrudare sau prin spaţiul limitat al jocului dintre poanson şi placa de extrudare, piesa căpătând astfel o formă dorită a secţiunii transversale (fig,27). Se pot obţine piese cu configuraţii simple sau complexe (fig.28).

În funcţie de sensul curgerii materialului în raport cu sensul de acţiune al forţei (forţă transmisă prin poanson), extrudarea poate fi clasificată în (fig.29):

extrudare directă - o detaliere a acestui procedeu este redată în figura 30; extrudare inversă (indirectă); extrudare combinată; extrudare laterală.

Piesele cu configuraţie geometrică complexă se obţin, de regulă, în urma unei succesiuni de operaţii de extrudare, acestea putând fi însoţite şi de alte operaţii de formare volumică. Exemplificarea obţinerii unei piese printr-o succesiune de operaţii de extrudare este prezentată în figura 31.

Tragerea şi trefilarea

Tragerea este procesul prin care secţiunea transversală a unei bare se reduce la trecerea prin deschiderea unei scule numită matriţă de tragere (fig.32). Spre deosebire de extrudare, unde forţa de deformare era aplicată prin împingere, aici este aplicată prin tragere.

Fig.31. Extrudări succesive

Fig.27. Principiul extrudării

Fig.28. Piese extrudate

Fig.30. Extrudarea directă

Page 21: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Un caz special de tragere este trefilarea sârmelor. Diferenţa dintre tragere şi trefilare este dată de diametrul produselor care se procesează. Tragerea se referă la materiale cu diametru mare (bare), pe când tragerea sârmelor - trefilarea se aplică sârmelor cu diametru mic care sunt trase printr-o sculă numită filieră.

Pentru tragerea ţevilor, pe lângă matriţe, din sculele de tragere

mai fac parte dornurile, lungi sau scurte, fixe sau mobile (fig.33).

Pentru a rezista la uzura intensă din proces, matriţa sau filiera se realizează din materiale speciale, în general din carburi dure sinterizate dar, pentru aplicaţii speciale, se fac chiar din diamant.

Instalaţiile de tragere sau trefilare pot fi:

- singulare, conţinând o singură filieră, utilizate

pentru tragerea sârmelor groase; - multiple, pentru sârme cu diametru

mic, atunci când instalaţia este prevăzută cu două sau mai multe filiere prin care semifabricatul este tras succesiv, diametrul fiind astfel micşorat progresiv.

Prelucrarea pieselor masive prin rulare

Din gama prelucrărilor prin rulare prezintă o importanţă deosebită rularea filetelor (fig.34) şi a roţilor dinţate de modul mic.

Principalele avantaje ale deformării prin rulare, în comparaţie cu prelucrarea prin aşchiere, sunt: productivitate ridicată, rezistenţă mecanică şi la oboseală mai mare datorită ecruisării şi fibrajului continuu, precizie satisfăcătoare şi calităţi bune ale suprafeţelor prelucrate.

Prelucrarea prin rulare a filetelorFiletele se realizează prin deformarea plastică corespunzătoare a

straturilor de suprafaţă a semifabricatelor, pe baza imprimării profilului filetului prin rostogolirea (rularea) semifabricatului între două sau mai multe scule cu profil conjugat. Cele mai cunoscute variante tehnologice sunt cele cu role (fig.35).sau cu bacuri plane (fig.36)

Fig.32. Schema procesului de tragere

Fig.33. Tragerea ţevilor

Fig.34. Filete realizate prin rulare

Fig.34. Trefilare cu filiere multiple

Page 22: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Bacurile plane au forma unor plăci masive prismatice, acestea având pe feţele active un profil conjugat profilului care se rulează. Unul din bacuri este fix, iar celălalt mobil, deplasându-se cu viteza Vs (lucrându-se deci cu avans tangenţial).

La rularea filetelor cu ajutorul rolelor se poate adopta metoda rulării între două (fig.35a) sau între trei role (fig.35b). În primul caz, piesa este susţinută de o riglă, iar avansul radial Sr este asigurat de o singură rolă. În cel de-al doilea caz, avansul este asigurat simultan de către cele trei role sau numai de rola superioară.

Prelucrarea prin rulare a roţilor dinţate

Schemele tehnologice tipice întâlnite la prelucrarea prin rulare a roţilor dinţate sunt: cu role: cu două (fig.37) sau trei role (fig.38); cu scule tip cremalieră (fig.39);

Fig.35. Rularea filetelor cu role

Fig.36. Rularea filetelor cu bacuri

Page 23: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Prelucrarea între două role se utilizează în cazul roţilor dinţate de lăţime redusă, lucrându-se doar cu avans radial, în timp ce roţile dinţate de lăţime mare se prelucrează între trei role, cu avans axial. În timpul prelucrării, rolele sculă de rulare se angrenează fără joc cu semifabricatul, capul dintelui de pe scula de rulat formând piciorul dintelui la roata rulată, iar piciorul dintelui de pe sculă - capul dintelui pe semifabricat.

În cazul prelucrării cu scule tip cremalieră, se pot obţine roţi dinţate de modul mic precum şi caneluri.

Procedee de deformare plastică la rece a tablelor. Clasificare.

Prelucrările prin presare la rece sunt acelea care se execută prin deformarea plastică a materialului, cu sau fără detaşare de material, la temperaturi sub temperatura de recristalizare.

Procedeele de presare cu detaşare de material, totală sau parţială, prin forfecare, folosind o pereche de tăişuri asociate, poartă denumirea de procedee de tăiere.

Fig.38. Rularea roţilor dinţate cu trei role

Fig.37. Rularea roţilor dinţate cu două role

Fig.39. Rularea roţilor dinţate cu scule cremalieră

Page 24: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Dacă tăierea se efectuează pe utilaje de tipul foarfecelor, fără dispozitive speciale, tăişurile asociate (elementele active) fiind fixate direct pe suportul mobil şi respectiv fix al maşinii, atunci operaţia de tăiere poartă denumirea de debitare.

Dacă tăierea se efectuează pe utilaje de tipul preselor, cu ajutorul unor scule numite ştanţe, în componenţa cărora intră cele două tăişuri asociate ale elementelor active, atunci operaţia respectivă poartă denumirea de ştanţare.

O altă grupă de procedee de deformare plastică o constituie procedeele de matriţare. Acestea se caracterizează prin aceea că deformarea are loc fără detaşare de material, modificându-se forma şi dimensiunile semifabricatului prin redistribuirea totală sau parţială a volumului de material cu ajutorul unor scule numite matriţe.

O ultimă grupă de procedee o constituie procedeele de asamblare prin presare la care, prin tăierea şi deformarea materialului se realizează îmbinarea a două sau mai multe piese.

Cele mai importante procedeee din cele 3 categorii sunt redate în tabelele 1, 2 şi 3.Tabelul 1. Procedee de tăiere

Clasa de operaţii

Denumirea operaţiei

Schema prelucrării Definirea şi caracteristicile operaţiei

Debitarepe

foarfeci

Debitare

Tăiere după un contur deschis, cu ajutorul a două tăişuri asociate montate direct pe elementul fix şi respectiv, mobil, al unui utilaj de tipul foarfecelor.

ŞT

AN

ŢA

RE

Decupare - Perforare

Separarea completă a piesei sau deşeului de restul materialului (bandă sau individual) se face prin tăiere după un contur închis. Diferă doar prin ceea ce se consideră "deşeu" şi respectiv "piesă".

Şliţuire

Tăiere după un contur deschis, cu separarea completă a unei porţiuni de material aflată la marginea semifabricatului.

Tabelul 2. Procedee de deformare plasticăClasa de operaţii

Denumirea operaţiei

Schema prelucrării Definirea şi caracteristicile operaţiei

ÎND

OIR

E

Îndoire simplă

Modificarea formei unui semifabricat prin încovoiere în jurul unei axe de simetrie (numită linie de îndoire), cu o rază de curbură dată.

Profilare Îndoirea tablelor sau a benzilor după linii de îndoire paralele între ele şi paralele cu marginile iniţiale, în scopul obţinerii unor profile de lungime relativ mare.

AM

BU

TIS

AR

E Ambutisare Transformarea unui semifabricat plan într-o piesă cavă.

Page 25: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Tragere pe calapod

Transformarea unui semifabricat plan într-o piesă profilată, prin întindere şi tragere pe un calapod.

FA

SO

NA

RE

Reliefare

Formarea pe piesă a unui relief de mică adâncime, în vederea obţinerii unor inscripţii sau a măririi rigidităţii.

Bordurare Formarea la marginea unei piese cave a unei borduri semicirculare sau circulare în secţiune transversală.

Umflare Mărirea secţiunii transversale a unei piese cave sau tubulare, prin presare radială spre exterior.

Gâtuire Reducerea secţiunii transversale a unei piese cave sau tubulare, prin presare radială spre interior.

Filetare prin fasonare

Realizarea pe o piesă cavă sau tubulară a unui filet cu profil divers, prin reliefare de mică adâncime, cu sau fără modificarea intenţionată a grosimii materialului.

Tabelul 3. Procedee de asamblareClasa de operaţii

Denumirea operaţiei

Schema prelucrării Definirea şi caracteristicile operaţiei

AS

AM

BL

AR

E

Fălţuire Asamblarea capetelor a două semifabricate, prin îndoiri paralele cu muchia, cu sau fără bandă de adaos B.A.

Agrafare

Asamblarea a două semifabricate, prin îndoirea limbilor unuia peste orificiul celuilalt sau prin crestarea şi îndoirea simultană semifabricatelor.

Capsare

Asamblarea a două sau mai multe piese, prin deformarea unor capse sau a gulerului uneia dintre piese, care străbat orficiile executate în celelalte piese.

Sertizare Asamblarea a două piese prin strângerea paralelă a materialului uneia din piese în jurul celeilalte, în scopul rigidizării lor.

Ştemuire Etanşarea unei asamblări, prin îndesarea materialului la locul de îmbinare.

Page 26: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Prelucrări prin ştanţarePrelucrările prin tăiere constituie o grupă de procedee de deformare plastică la rece la care are

loc separarea materialului, totală sau parţială, după un contur închis sau deschis, sub acţiunea unor perechi de tăişuri asociate (muchii tăietoare). Tăierea se poate efectua pe utilaje de tipul foarfecelor (debitare) sau cu dispozitive speciale numite ştanţe, pe utilaje de tipul preselor (ştanţare). Cele două tăişuri aparţin elementelor active ale sculei, adică poansonului şi plăcii active (fig.40). Câteva forme de poansoane şi plăci active sunt prezentate în figura 44.

O variantă tehnologică utilizată pentru obţinerea unor piese cu o precizie dimensională şi de formă geometrică mult mai bună este ştanţarea de precizie. Ea se execută pe ştanţe speciale, echipate cu elemente ce crează o stare de compresiune spaţială în material, uniform distribuită de-a lungul conturului de tăiere, încă înainte de începerea tăierii propriu-zise. Această stare se menţine pe toată durata desfăşurării procesului de tăiere (fig.41). Diferenţa de calitate dintre cele două suprafeţe

rezultate în urma ştanţării

normale şi respectiv a ştanţării de precizie este prezentată în figura 42.

Îndoirea şi profilarea

Îndoirea este operaţia de deformare plastică prin care se realizează modificarea formei unui semifabricat prin încovoiere plană, în jurul unei muchii rectilinii, denumită linie de îndoire. Câteva scheme de principiu ale operaţiei de îndoire sunt prezentate în figura 45.

Fig.45. Diferite scheme de îndoire

Îndoirea poate fi aplicată pieselor individuale (folosind matriţe cu forme specifice pieselor ce urmează a fi obţinute) sau poate fi

utilizată pentru obţinerea profilelor de lungimi mari din fâşii de tablă sau din semifabricate continue de tip bandă (profilare). Profilarea poate fi realizată pe prese speciale de îndoit de tip abkant (fig.46) sau

Fig.43. Tipuri de piese obţinute prin ştanţare de precizie

Fig.40. Schema de principiu a ştanţăriiFig.41. Decuparea de precizie

Fig.42. Piese obţinute prin ştanţare

Fig.44. Folosirea muchiilor înclinate

Page 27: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

pe maşini speciale de profilat cu role (fig.47), în acest din urmă caz materialul fiind deformat la trecerea succesivă prin mai multe perechi de role.

Profilele formate la rece rezultate prin profilarea tablelor şi benzilor din oţel sau sau din alte metale şi aliaje deformabile la rece sunt produse de calitate superioară, de mare precizie dimensională, grosime constantă şi greutate minimă la o

anumită rezistenţă mecanică a profilului, fiind posibilă astfel realizarea unor construcţii uşoare, cu linie simplă şi estetică.

Îndoirea poate fi aplicată şi semifabricatelor tubulare (ţevilor), în scopul obţinerii diferitelor configuraţii spaţiale. Îndoirea ţevilor se execută cu ajutorul unor maşini speciale de îndoit ţevi sau a unor dispozitive prevăzute cu role, aşa cum se vede în figura 48. La acest dispozitiv rolele au un profil semicircular, funcţie de diametrul ţevii. Pentru a evita deformarea secţiunii, ţeava se umple cu nisip, alice de plumb sau apă, introducându - se dopuri la capete sau se folosesc dornuri flexibile interioare.

Fig.48. Variante de îndoire a ţevilor

Ambutisarea

Ambutisarea este operaţia de deformare plastică prin care un semifabricat plan este transformat într-o piesă cavă (fig.49a) sau prin care se continuă deformarea unui semifabricat cav în scopul creşterii adâncimii şi, implicit, a micşorării secţiunii transversale a acestuia (fig.49b). Continuarea deformării unui semifabricat cav se poate face fără subţierea pereţilor piesei (fig.49b) sau cu subţierea intenţionată a pereţilor piesei (fig.49c, în care grosimea după ambutisare g1 g).

Ambutisarea este un procedeu complex, modul de desfăşurare a acesteia depinzând de forma geometrică şi materialul piesei ambutisate, de tehnologia de deformare utilizată, de construcţia matriţelor de ambutisare, de utilajele de presare folosite, de tipul de lubrifiant utilizat, etc.

După forma geometrică, piesele obţinute prin ambutisare se pot grupa în următoarele categorii:

Fig.46. Profilarea pe prese de tip abkant

Fig.47. Profilarea pe maşini cu role

Page 28: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

piese cu forme de revoluţie;

piese paralelipipedice (de tip cutie); piese complexe şi asimetrice (caroserii de automobile sau elemente de caroserie).Ambutisarea se realizează cu matriţe de ambutisat (fig.50a). În funcţie de complexitatea piesei,

ambutisarea se realizează în una sau mai multe faze succesive.

Fig.50. Ambutisarea

Schema de principiu a realizării prin ambutisare a pieselor cave cilindrice pe scule cu elemente active rigide este prezentată în figurile 50b şi 51.

Deformarea semifabricatului plan începe odată cu apăsarea poansonului asupra părţii centrale a materialului, semifabricatul fiind tras treptat în spaţiul jocului dintre poanson şi placa de ambutisare. Se formează astfel pereţii laterali cilindrici ai piesei ambutisate.

Ambutisarea cu subţierea intenţionată a pereţilor (fig. 52) este caracterizată de un grad mare de deformare, fiind utilizată la obţinerea unor piese cu raport mare între înălţime şi diametru. La aceste piese, grosimea fundului piesei este mai mare decât cea a pereţilor. Ambutisarea cu subţierea pereţilor se face de obicei într-o succesiune de operaţii, pornind de la un semifabricat cav, realizat printr-o primă operaţie de ambutisare obişnuită. Subţierea pereţilor este determinată de trecerea forţată a semifabricatului printr-un joc mai mic decât grosimea acestuia.

Ambutisarea se poate realiza şi cu scule care au un singur element activ rigid, celălalt element fiind înlocuit de un mediu fluid sub presiune (ambutisare hidraulică). Sub acţiunea presiunii

Fig.49. Ambutisarea

Fig.51. Schema de principiu a ambutisării

Fig.52. Schema ambutisării cu subţierea

pereţilor

Fig.53. Schema ambutisării hidraulice

Page 29: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

hidrostatice exercitate de către fluid semifabricatul se deformează, preluând forma elementului activ rigid. Cazul utilizării plăcii active rigide este prezentat în figura 53, transmiterea presiunii realizându-se prin intermediul unei membrane de cauciuc, cu scop de etanşare.

Acest procedeu are avantajul exercitării unei presiuni uniforme pe suprafaţa semifabricatului, ceea ce duce la egalizarea solicitărilor din material şi, implicit, la creşterea gradului de deformare posibil de realizat. Un alt avantaj îl reprezintă simplificarea construcţiei sculei, mai ales pentru piesele mari, asimetrice şi de formă complexă.

Procedee de prelucrare prin aşchiereGeneralităţi

Prelucrarea prin aşchiere este o metodă tehnologică de obţinere a pieselor finite prin îndepărtarea succesivă de material sub formă de aşchii, de pe un semifabricat, cu ajutorul unei scule aşchietoare, folosind un utilaj denumit maşină-unealtă. Piesa finală va fi generată prin modificarea succesivă a formei şi dimensiunilor semifabricatului.

Semifabricatele supuse prelucrării prin aşchiere se obţin prin turnare, laminare, forjare, matriţare. Indiferent de modul de obţinere, semifabricatul SF prezintă, faţă de piesa finală P, un surplus de material (adaosul de prelucrare AP), care trebuie îndepărtat în cadrul prelucrării prin aşchiere (fig.54). Este important, din punct de vedere economic, ca acest adaos să fie cât mai mic, mărimea lui influenţând direct productivitatea procedeului de

aşchiere.Alegerea tipului de semifabricat se face pe baza unui studiu tehnico-economic, urmărind un

cost minim de obţinere a piesei.Pentru formarea şi desprinderea aşchiilor de pe semifabricat, între acesta şi scula aşchietoare

trebuie să existe o mişcare relativă, determinată de maşina unealtă. Această mişcare este reprezentată de mişcarea de aşchiere, mişcare ce are două componente:

- mişcarea de aşchiere principală, prin care are loc desprinderea aşchiilor de pe suprafaţa semifabricatului; viteza cu care se execută se numeşte viteză de aşchiere;

- mişcarea de aşchiere secundară, denumită şi mişcare de avans, prin care noi straturi de material sunt aduse sub acţiunea tăişului sculei aşchietoare; viteza cu care se execută se numeşte viteză de avans sau, mai simplu, avans.

Aceste mişcări pot fi circulare sau rectilinii, continue sau discontinue.Adaosul de prelucrare poate fi îndepărtat în una sau mai multe treceri, în cadrul uneia sau mai

multor operaţii şi faze. Mărimea stratului de material îndepărtat de pe suprafaţa semifabricatului la o singură trecere se numeşte adâncime de aşchiere. Viteza de aşchiere, avansul şi adâncimea de aşchiere formează parametrii unui regim de aşchiere.

Orice prelucrare prin aşchiere se efectuează în două faze:

- degroşare, în decursul căreia se elimină cea mai mare parte din adaosul de prelucrare, piesa apropiindu-se de forma şi dimensiunile finale;

- finisare, în decursul căreia se elimină restul adaosului de prelucrare atingându-se cotele finale, în condiţiile de precizie dimensională şi de formă prescrise.

Se cunosc mai multe procedee de prelucrare prin aşchiere care se deosebesc între ele, în primul rând, prin scula aşchietoare şi prin cinematica procesului de aşchiere.

Fig.54. Adaosul de prelucrare la aşchiere

Fig.55. Principiul strunjirii

Page 30: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Principalele procedee de prelucrare prin aşchiere sunt: strunjirea, rabotarea, frezarea, burghierea, broşarea, rectificarea, etc. Pentru fiecare procedeu de prelucrare prin aşchiere există un sistem tehnologic specific.

Strunjirea

Strunjirea este prelucrarea prin aşchiere executată cu cuţitul de strunjit, pe maşini-unelte denumite strunguri. Reprezintă procedeul de prelucrare prin aşchiere cu cea mai frecventă utilizare, fiind metoda de bază pentru obţinerea corpurilor de revoluţie.

Strunjirea unei suprafeţe cilindrice de revoluţie este cel mai simplu exemplu de prelucrare prin strunjire (fig.55). În cazul în care scula execută o mişcare de avans complexă, cu componente atât pe direcţie longitudinală cât şi pe cea transversală (perpendiculară pe axa piesei), se pot prelucra suprafeţe mai complicate precum suprafeţele conice, profilate sau chiar suprafeţe poligonale (fig.56 şi 57).

La strunjire, mişcarea de rotaţie (mişcarea principală) este executată de piesă, cuţitul realizând o mişcare rectilinie – de avans longitudinal, transversal sau combinat.

Frezarea

Frezarea este operaţia de aşchiere la care îndepărtarea adaosului de prelucrare se face cu ajutorul unei scule cu mai mulţi dinţi numită freză (fig.58), care execută mişcarea principală de rotaţie, mişcarea de avans (pe direcţie perpendiculară pe axa de rotaţie) fiind executată, în general, de semifabricat. La această operaţie dinţii nu sunt în contact permanent cu semifabricatul astfel că vom avea o detaşare discontinuă a aşchiei. Discontinuitatea aşchierii se reflectă în apariţia vibraţiilor, care însoţesc de regulă procesul de frezare.

Frezarea este un procedeu de prelucrare de mare universalitate, caracterizat printr-o productivitate ridicată, motiv pentru care se poate utiliza cu succes în producţia de unicate, dar şi de serie. Se pot prelucra suprafeţe de forme variate: plane, profilate, suprafeţe de revoluţie, filete, danturi.

Fig.56. Tipuri de strunjire

Fig.57. Tipuri de strunjire

Fig.58. Freză frontală

Page 31: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Productivitatea operaţiei de frezare este mai ridicată decât la alte operaţii unde aşchierea se produce cu un singur dinte, cum este strunjirea.

Page 32: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Frezarea este de mai multe tipuri, în funcţie de dispunerea tăişurilor faţă de corpul sculei:

Page 33: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

● cilindrică – dacă tăişurile sunt pe partea cilindrică, dinţii fiind realizaţi fie direct din corpul

Fig.62. Suprafeţe obţinute prin frezare

Page 34: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Fig.59. Frezarea cilindrică

Fig.60. Frezarea cilindro-frontală

Fig.61. Suprafeţe obţinute prin frezare

Page 35: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

• alezare (fig. 65); • lamare (fig.65); • superfinisare: honuire, lepuire, rodare.

Lărgirea este operaţia de mărire a diametrului unui alezaj pe întreaga sa lungime.Operaţia de adâncire este asemănătoare cu cea de lărgire şi de multe ori confundată cu aceasta.

Pentru o mai bună distingere între cele două operaţii se defineşte adâncirea ca fiind prelucrarea unui alezaj existent prin mărirea diametrului acestuia numai pe o anumită lungime a lui (la capăt).

Lamarea este operaţia de prelucrare prin aşchiere a unei suprafeţe plane la capătul unui alezaj. Denumirea operaţiei vine de la numele sculei, lamator, care constă dintr-o lamă introdusă într-un corp de rotaţie.

Operaţia de alezare constã din finisarea unei găuri cilindrice (sau conice), prelucrată în prealabil cu burghiul sau lărgitorul. Alezarea prelucrează cu precizie ridicată şi la o rugozitate a suprafeţei corespunzătoare finisării: Ra = 0.8- 1,6 μm.

Rabotarea şi mortezarea

Rabotarea este un procedeu de prelucrare prin aşchiere la care scula (cuţitul de rabotat) execută în plan orizontal o mişcare rectilinie alternativă, ca mişcare principală, iar piesa execută mişcarea de avans intermitent în timpul cursei în gol a sculei. Direcţiile celor două mişcări sunt perpendiculare una pe alta. Este posibilă şi varianta în care mişcarea de avans este executată de cuţit, cea principală fiind efectuată de piesa fixată pe masa maşinii unelte (fig.66).

Mortezarea este prelucrarea la care mişcarea principală de aşchiere (rectilinie-alternativă) se execută într-un plan vertical de către sculă, iar mişcarea de avans se execută intermitent de către

semifabricat.Prin aceste procedee se obţin suprafeţe

orizontale şi verticale, înclinate, profilate, canale, fiind folosite în producţia individuală, de serie mică sau mijlocie.

Maşinile unelte pe care se execută rabotarea se numesc maşini de rabotat:

- dacă mişcarea principală este efectuată de sculă, maşina se numeşte maşină de rabotat transversală sau şeping;

- dacă mişcarea principală este efectuată de piesă, maşina se numeşte maşină de rabotat longitudinală sau raboteză.

Broşarea

Fig.65. Lamarea şi alezarea

Fig.66. Rabotarea

Fig.67. Mortezarea

Page 36: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Broşarea este o operaţie de prelucrare prin aşchiere a suprafeţelor interioare şi exterioare, profilate sau nu, pentru o producţie de serie sau masă, rezultând o calitate a suprafeţei corespunzătoare finisărilor (Ra ≤ 0,8 μm) şi o precizie dimensională foarte mare, cu ajutorul unei scule numită broşă.

Aceasta este o sculă cu mai mulţi dinţi, modul de generare al suprafeţei rezultând din fig. 68, cu referire la prelucrarea unui canal de pană. Prelucrarea se realizează prin simpla tragere sau împingere a broşei cu viteza principală de aşchiere vz.

La broşarea interioară, broşa este poziţionată şi ghidată în timpul lucrului de către bucşa de ghidare, care se introduce în gaura iniţială existentă în piesă. Broşarea poate fi utilizată atât pentru suprafeţe interioare, cât şi exterioare.

Se remarcă faptul că la acest procedeu nu există decât mişcare principală, iar avansul este obţinut prin dispunerea relativă a dinţilor broşei. Broşa este o sculă cu mai mulţi dinţi, grupaţi în dinţi aşchietori şi dinţi de calibrare. Dinţii aşchietori, dispuşi în zona A-B, sunt supraînălţaţi succesiv unul faţă de celălalt cu supraînălţarea a, care reprezintă de fapt avansul pe dinte. Dinţii de calibrare, dispuşi în zona B-C, au supraînălţarea nulă, ei având doar rolul calibrării suprafeţei prelucrate de dinţii

aşchietori şi constituind totodată o rezervă pentru dinţii aşchietori, pe măsura uzării şi reascuţirii acestora. Din acest motiv cinematica maşinilor de broşat este foarte simplă neavând lanţ cinematic de avans (fig.69).

Îndepărtarea adaosului de prelucrare se realizează în mod obişnuit la o singură trecere a sculei în raport cu piesa, rezultând forma şi dimensiunile finale ale suprafeţei prelucrate (fig.70). Schema de principiu a broşării unui alezaj profilat din fig.70 este redată în figura 71. Evident, forma broşei este corelată cu forma alezajului ce urmează a fi prelucrat.

Având în vedere precizia şi complexitatea sculei aşchietoare, broşarea este o operaţie scumpă, acesta fiind şi motivul pentru care nu se foloseşte decât la producţia de serie mare sau masă unde

Fig. 68. Broşarea unui canal de pană interior

Fig.69. Broşarea pe maşină de broşat verticală

Fig.70. Tipuri de suprafeţe realizabile prin broşare Fig.71. Broşarea unui alezaj

1 – piesă; 2 – suport; 3 – dispozitiv prindere; 4 - broşă

Page 37: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

productivitatea foarte mare compensează preţul ridicat al operaţiei. Aici broşarea tinde să înlocuiască, tot mai frecvent, prelucrările prin rabotare, mortezare, frezare, strunjire, alezare şi chiar rectificare.

Filetarea prin aşchiere

Se aplică atât la alezaje (găuri) – filetare interioară, cât şi pieselor de tip arbore – filetare exterioară. Se folosesc scule de aşchiat cu forme conjugate celor ce trebuie să fie prelucrate.

Filetarea alezajelor se face cu tarodul, care prezintă pe suprafaţa exterioară un canal elicoidal identic cu filetul ce trebuie realizat având practicate, deasemenea, canale longitudinale pentru

evacuarea aşchiilor. Prelucrarea se poate face cu un singur tarod sau cu mai mulţi tarozi, în serie, ultima variantă fiind folosită mai ales la filetele de precizie.

Filetele exterioare se prelucrează cu filiere. Acestea au o construcţie inversă tarodului, dispunând de o suprafaţă aşchietoare cilindrică interioară cu o formă corelată cu a filetului ce trebuie prelucrat, incluzând şi canalele de evacuarea a aşchiilor.

Filetarea poate fi realizată şi prin strunjire, cu ajutorul cuţitelor profilate de filetat (fig.72), sau a bacurilor de filetare având profilul în funcţie de profilul filetului de realizat. Deasemenea, filetarea poate fi realizată şi prin frezare.

Rectificarea

Rectificarea este o prelucrare de finisare prin aşchiere executată cu corpuri abrazive, pe maşini de rectificat, urmărindu-se obţinerea unei calităţi superioare a suprafeţei şi a unei mari precizii dimensionale şi de formă. Se mai poate utiliza şi în cazul materialelor ce nu se pot prelucra prin alte procedee datorită durităţii foarte ridicate.

Scula utilizată – discul abraziv - este un corp de rotaţie ca şi freza, dar care, în locul dinţilor, posedă un număr foarte mare de tăişuri mici, formate din granule abrazive înglobate în corpul abraziv. La rectificarea materialelor foarte dure se utilizează granule abrazive din diamant.

Rectificarea este caracterizată de temperaturi mari în zona de aşchiere (900¸1200°C), deoarece granulele abrazive trec prin adaosul de prelucrare cu viteze foarte mari (15¸100 m/s) şi cu forţe de frecare mari. Din acest motiv aşchiile detaşate se obţin sub formă de scântei sau de picături incandescente.

Principalele procedee de rectificare, în funcţie de forma suprafeţei ce trebuie prelucrată, sunt: ● Plană (fig.73): cu periferia corpului abraziv – rectificare periferică;

cu partea frontală a acestuia – rectificare frontală; ● Cilindrică (fig.74): interioară;

exterioară; ● Profilată (fig.75) şi de copiere ● Suprafeţelor elicoidale ● Danturi roţi dinţate ● Fără vârfuri (fig.76) Tot operaţii de rectificare se consideră

şi şlefuirea cu bandă abrazivă sau prelucrarea cu granule libere sau semilibere (emulsii abrazive).

Fig.72. Filetare cu cutitul

Fig.74. Rectificare cilindrică1 – piesă; 2 – piatră abrazivă

Page 38: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Sculele abrazive sunt confecţionate din granule de material abraziv prinse cu ajutorul unui liant. Principalele materiale abrazive folosite la construcţia corpurilor abrazive sunt: electrocorindonul, carbura de siliciu, carbura de bor, nitrura cubică de bor şi diamantul.

Liantul este constituit dintr-un material mai moale decât granulele şi este solicitat atât mecanic cât şi termic. Cel mai utilizat liant este cel ceramic, urmat de răşini sintetice, lianţi minerali, organici şi metalici. Liantul are rolul să reţină granulele în corpul abraziv atât timp cât acestea nu sunt uzate şi să le permită dislocarea de către forţele de aşchiere mărite, atunci când s-au uzat. În această idee, prin duritatea sculelor abrazive se înţelege forţa de legare a granulelor în corpul abraziv şi este cu atât mai mare cu cât rezistenţa liantului este mai ridicată şi legăturile dintre granule sunt mai puternice.

Se recomandă ca la prelucrarea materialelor dure să se

folosească pietre abrazive moi şi invers, deoarece materialele dure uzează mai repede granulele şi acestea trebuie să fie mai uşor eliberate, în timp ce la aşchierea materialelor moi, granulele abrazive uzându-se mai încet, trebuie reţinute mai mult de liant.

Procedee de superfinisare

Obţinerea unei calităţi deosebite a suprafeţelor precum şi a unei precizii deosebite impune folosirea unor procedee speciale numite generic de suprafinisare sau superfinisare. Prin aceste procedee se obţine o rugozitate extrem de bună (Ra = 0,0125…0.02 μm) şi o precizie dimensională de ordinul micronilor, cu condiţia ca şi semifabricatul să aibă o precizie corespunzătoare (Ra = 0,4…1,6μm). Adaosurile de prelucrare la aceste procedee sunt foarte mici, scopul principal al acestora fiind obţinerea unei netezimi deosebite a suprafeţei.

Principalele procedee de suprafinisare sunt: lepuirea, honuirea, rodarea, superfinisarea.Lepuirea este procedeul de îndepărtare pe cale mecanică a unor particule de material de pe

suprafaţa piesei cu ajutorul unor granule abrazive sub formă de emulsii sau paste introduse între piesă şi sculele de lepuit - scule de forma unor discuri fabricate din materiale mai moi decât materialul de prelucrat (fontă moale, cupru, alamă, plumb, oţel moale etc).

Honuirea este operaţia de finisare prin abraziune a unor suprafeţe interioare sau exterioare cu ajutorul unor scule numite honuri. Acestea sunt prevăzute cu o serie de bare abrazive, montate elastic pe un corp de rotaţie pentru a se putea “umfla” ca urmare a mişcării de rotaţie şi prin forţa centrifugă să apese pe suprafaţa de honuit.

Mişcarea de rotaţie a honului este însoţită şi de o mişcare de translaţie, astfel că urmele de la operaţia de honuire au un aspect de reţea, având şi rolul de a reţine mai bine uleiul pentru ungere la cilindrii motoarelor cu ardere internă la care este specifică operaţia de honuire.

Fig.73. Rectificarea plană

Fig.75. Rectificare profilată Fig.76. Rectificare fără vârfuri

Page 39: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Superfinisarea numită şi vibronetezire este procedeul de netezire executat cu ajutorul unor bare abrazive de granulaţie foarte fină, cu mişcări de lucru foarte complexe (până la 12 mişcări combinate), cu viteze de aşchiere şi presiuni reduse, în prezenţa unui lubrifiant abundent. Schema de prelucrare prin superfinisare depinde de forma suprafeţei care trebuie prelucrate. Principiul prelucrării este ca o granulă abrazivă să execute cât mai multe mişcări distincte fără ca traiectoriile să se suprapună.

Rodarea constă în suprafinisarea unei îmbinări care trebuie să fie foarte precisă şi de obicei etanşă, prin introducerea unor granule abrazive între cele două piese şi aplicarea unei mişcări relative între piesele conjugate. Se aplică la robinete, supape de motoare cu ardere internă sau alte aplicaţii.

Din cele prezentate mai sus rezultă că pentru fiecare procedeu de prelucrare prin aşchiere există maşini-unelte şi scule specifice, care realizează performanţe maxime privind precizia şi productivitatea prelucrării. Trebuie menţionat însă că maşinile-unelte moderne, mai ales cele universale, prin echiparea lor cu dispozitive accesorii speciale permit realizarea de prelucrări şi prin alte procedee decât cel de bază, reducând prin aceasta cheltuielile de investiţii şi costul produselor.

Tehnologii neconvenţionale. Clasificare

Procedeele de prelucrare prin aşchiere prezentate anterior devin ineficiente din punct de vedere economic sau chiar imposibil de aplicat în anumite situaţii, cum ar fi:

- suprafeţele de prelucrat au configuraţii complexe;- prelucrarea unor piese confecţionate din metale şi aliaje cu proprietăţi deosebite;- obţinerea unei precizii dimensionale foarte ridicate şi a unei calităţi foarte bune a suprafeţelor

prelucrate;- realizarea unor alezaje microdimensionale.

Aceste limitări au determinat apariţia şi dezvoltarea unor metode de prelucrare noi care se numesc tehnologii neconvenţionale, la care îndepărtarea adaosului de prelucrare se face sub formă de microparticule, ca urmare a interacţiunii dintre piesă şi un agent eroziv. Agentul eroziv este un sistem fizico – chimic sau fizico – mecanic complex, care cedează piesei energie de natură electrică,

electromagnetică, electrochimică, termică, chimică, mecanică sau de radiaţie. Energia agentului eroziv distruge stratul superficial al piesei de prelucrat prin topire, vaporizare, sublimare, ruperi de material sub formă de microparticule sau prin coroziune. În toate cazurile, pentru erodarea stratului superficial al piesei de prelucrat, energia agentului eroziv trebuie să depăşească energia de legătură a particulelor de material. De asemenea, particulele erodate trebuie îndepărtate din spaţiul de lucru deoarece ele pot frâna sau chiar pot opri continuarea eroziunii.

În acelaşi timp, tehnologiile neconvenţionale au un cost de prelucrare mai ridicat, datorită valorii mari a utilajelor şi gradului avansat de automatizare. Procedeele clasice de prelucrare sunt mai eficiente la piesele cu prelucrabilitate uşoară şi

Fig.77. Clasificarea tehnologiilor neconvenţionale după natura agentului eroziv

Page 40: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

complexitate redusă, iar tehnologiile neconvenţionale sunt indicate la piesele cu prelucrabilitate dificilă şi complexitate ridicată.

Clasificarea procedeelor de prelucrare prin eroziune se face după mai multe criterii (natura energiei distructive, natura agentului eroziv, fenomenul fundamental, etc.). În fig.77 se prezintă o clasificare după natura agentului eroziv.

Prelucrarea prin electroeroziune

Prelucrarea prin electroeroziune se bazează pe efectele erozive complexe, discontinue şi localizate ale unor descărcări electrice prin impuls, amorsate repetat între electrodul – sculă 1 şi piesa de prelucrat 2 (fig. 78), care sunt conectate la sursa de curent U. Piesa şi electrodul – sculă sunt scufundate în dielectricul 3 şi între ele există un spaţiu S numit interstiţiu de prelucrare, în care au loc descărcările electrice. Acestea conduc la desprinderi de material atât din electrodul – sculă, cât mai ales din piesă.

În canalele de descărcare se formează plasmă, care topeşte şi vaporizează rapid materialul piesei, fenomenul petrecându-se sub forma unor microexplozii care se aud şi se văd. Simultan apar şi unde de şoc mecanice care, împreună cu gazele care iau naştere, dilată canalele de plasmă şi conduc la apariţia unor bule de gaz în interstiţiul de lucru. Presiunea în aceste bule este foarte mare, astfel că ea asigură şi evacuarea particulelor erodate din microcraterele formate, evacuare la care mai contribuie şi circulaţia forţată a dielectricului.

Producerea unei descărcări este urmată de o creştere locală a interstiţiului, ceea ce determină ca următoarele descărcări să se amorseze în noi zone.

Fenomene erozive similare cu cele de pe suprafaţa piesei de prelucrat apar şi pe suprafaţa electrodului – sculă. Pentru o eroziune minimă a sa, electrodul – sculă se conectează la polul optim, în funcţie de stadiile descărcării şi se execută din materiale cu o bună conductibilitate termică sau cu o temperatură de topire ridicată (Al, Ag, Cr, Cu, Ni, W, Zr, grafit, etc.).

Reglarea interstiţiului de lucru dintre electrozi se face în mod automat, el trebuind să fie constant, pentru evitarea fenomenului de scurtcircuitare. Acest fenomen ar conduce la aparitia unor cavităţi mult mai mari decât în cazul descărcărilor normale şi la rebutarea pieselor. Interstiţiul de lucru este mai mare la degroşare şi mai redus la finisare.

Un rol important în procesul de prelucrare electroerozivă îl are dielectricul utilizat, adică lichidul în care are loc descărcarea electrică şi circulaţia lui, de care depinde în mare măsură

productivitatea prelucrării. Circulaţia dielectricului asigură îndepărtarea particulelor erodate care ar conduce la scurtcircuitarea interstiţiului de lucru. Ca dielectrici pentru prelucrarea prin electroeroziune se utilizează apa, uleiurile industriale şi petrolul. Cel mai bun dielectric este un amestec de 80% petrol, 18% păcură şi 2% pulbere de sulf, iar pentru desfăşurarea normală şi continuă a procesului de electroeroziune, dielectricul trebuie curăţat de reziduuri prin filtrare.

Fig. 78 Schema de principiu a prelucrării prin electroeroziune

Fig.79. Schema de principiu a maşinii universale de prelucrat prin electroeroziune

Page 41: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Prin electroeroziune pot fi prelucrate toate tipurile de materiale bune conducătoare de electricitate, fie că sunt moi, fie că sunt dure sau extradure. Ca urmare, alegerea materialului pentru electozii – sculă se face în funcţie de materialul care se prelucrează, astfel încat să se obţină o uzură minimă la o dislocare maximă de material de prelucrat. De asemenea, alegerea materialului electrodului – sculă se face în funcţie de numărul pieselor care se execută. Astfel, în producţie de unicate şi de serie mică, se alege un material mai ieftin (cupru, alamă, grafit), iar pentru producţia de serie mare se alege un material mai rezistent, dar mai scump (pulberi sinterizate de cupru – grafit, wolfram – cupru).

Schema de principiu a maşinii universale de prelucrat prin electroeroziune este prezentată în fig. 79: 1 – generator de impulsuri; 2 – regulator de avans; 3 – electrod – sculă; 4 – piesa de prelucrat; 5 – cuva cu dielectric de lucru; 6 – rezervor cu dielectric; PH – pompa hidraulică; F – filtru; 7 – radiator de răcire. Regulatorul de avans asigură un interstiţiu optim şi este alcătuit dintr-un motor electric de curent continuu şi un mecanism care transformă mişcarea de rotaţie a motorului într-o mişcare rectilinie – alternativă I. De asemenea, comanda servomecanismului de avans se poate realiza prin motoare pas cu pas, în acest caz deplasările fiind foarte precise, putând atinge câţiva microni.

Prelucrarea prin eroziune electrochimică

Prelucrarea prin eroziune electrochimică se bazează pe fenomenul dizolvării anodice, adică trecerea în soluţie a materialului din care este confecţionat anodul prin nişte reacţii chimice simple. Avantaje: productivitatea prelucrării este ridicată; precizie dimensională şi calitatea suprafeţelor prelucrate sunt foarte bune; prelucrarea nu conduce la modificări structurale sau tensiuni superficiale în piesele prelucrate; posibilitatea obţinerii unor piese la forma finală, fără prelucrări ulterioare. În acelaşi timp, procedeul necesită instalaţii costisitoare, iar controlul parametrilor de lucru este dificil.

În interstiţiul de lucru au loc o serie de fenomene fizico – mecanice şi chimice, datorită trecerii curentului electric prin electrolit, între electrodul – sculă şi piesă. Ionii pozitivi de la anod trec în soluţie şi reacţionează cu ionii negativi existenţi în electrolit, formând compuşi chimici (hidroxizi metalici) care se depun ca reziduuri în electrolit (fig.80). Simultan, la catod se degajă hidrogen, împreună cu săruri rezultate ca produse de reacţie (noxe). Din acest motiv cuvele trebuie închise şi prevăzute cu aerisire forţată. Productivitatea prelucrării electrochimice este cantitatea de material dizolvată chimic sub acţiunea curentului electric, în unitatea de timp.

În procesul de prelucrare electrochimică, electrolitul îndeplineşte următoarele funcţiuni: - asigură închiderea circuitului electric între electrodul – sculă şi piesă; - înlătură microparticulele din zona de prelucrare; - înlătură căldura produsă în procesul de lucru. Ca electroliţi se utilizează soluţie de 30% NaCl si KCl, 10% H2SO4, 5% NaOH, NaCl, NaNO3.Un exemplu tipic al prelucrării electrochimice îl constituie prelucrarea paletelor de turbină.La prelucrarea prin eroziune electrochimică, pe suprafaţa piesei de prelucrat se formează o

peliculă pasivă care împiedică desfăşurarea în continuare a eroziunii. După modul cum se înlătură această peliculă, există mai multe metode de prelucrare prin eroziune electrochimică:

Fig.80. Prelucrarea electrochimică

Page 42: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

● eroziunea electrochimică naturală - îndepărtarea produselor eroziunii se face cu ajutorul gazelor care se formează în procesul de prelucrare.

● eroziunea electrochimică hidrodinamică - îndepărtarea peliculei pasive se face prin acţiunea mecanică a electrolitului introdus cu presiune şi viteză mare între electrodul – sculă şi piesă (fig.81): 1 – sursa de curent continuu; 2 – regulator de avans; 3 – electrod – sculă; 4 – piesă; 5 – cuva cu electrolit; Rz – rezervor cu dielectric; PH – pompă hidraulică; F – filtru; 6 – instalaţie de răcire; I, II – mişcări ale electrodului – sculă.

Electrozii se confecţionează din oţel inoxidabil, alamă, bronz sau aliaje de aluminiu.

● eroziunea electrochimică abrazivă - se bazează pe desfăşurarea simultană a unei prelucrări electrochimice cu depasivizarea mecanică forţată prin intermediul unor granule abrazive înglobate în construcţia electrodului – sculă..

Prelucrarea prin eroziune chimică

Prelucrarea prin eroziune chimică se bazează pe atacul suprafeţei de prelucrat cu o substanţă chimică activă. Operaţia se realizează prin introducerea piesei de prelucrat în soluţii speciale, îndeosebi în soluţii sodice. Compoziţia acestora se alege în funcţie de natura metalului de prelucrat şi de cantitatea de material care se îndepărtează în unitatea de timp. Precizia de prelucrare este condiţionată de oprirea la timp a eroziunii chimice.

Tehnologia de prelucrare prin coroziune chimică se poate realiza pe întreaga suprafaţă a piesei sau numai pe anumite zone ale piesei. În al doilea caz, se realizează acoperirea zonelor care nu sunt supuse prelucrării cu o masă din material plastic rezistent la agenţii corozivi.

Prelucrarea prin eroziune cu plasmă

Plasma este o substanţă aflată într-o stare de agregare asemănătoare celei gazoase, puternic sau complet ionizată, alcătuită dintr-un amestec de molecule, ioni şi electroni. Are o bună conductibilitate electrică, o temperatură ridicată şi emite radiaţii electromagnetice şi lumină.

Temperatura plasmei variază în limite foarte largi, începând de la temperatura mediului ambiant (plasma din tuburile cu descărcări în gaze rarefiate), până la milioane de grade (plasma nucleară).

În industrie se foloseşte plasma apărută ca urmare a descompunerii atomilor unor gaze în electroni şi ioni, sub acţiunea temperaturilor înalte, numită plasmă termică. Ea apare cu precădere într-un arc electric produs între un electrod şi duza răcită cu apa şi are temperaturi de , realizându-se cu un generator numit plasmatron (fig.82).

Gazul plasmagen trebuie să asigure protecţia electrodului la oxidare, fiind neutru în raport cu materialul acestuia (W, grafit, zirconiu, hafniu). Această condiţie este îndeplinită în cea mai mare parte de gazele inerte monoatomice (Ar, He). S-ar putea utiliza şi unele gaze biatomice (N2, H2) care ar asigura transferul unei cantităţi mai mari de căldură, dar acestea nu sunt pure, conţinând urme de oxigen care

favorizează oxidarea şi uzarea rapidă a electrodului.

Fig.81. Schema de principiu a prelucrării prin eroziune electrochimică hidrodinamică

Fig.82. Schema de principiu a plasmatronului cu jet de plasmă

Page 43: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

După modul realizării arcului electric, avem doua variante de plasmatroane:- cu arc de plasmă, când arcul se produce între electrod şi piesă, piesa fiind

electroconducătoare;- cu jet de plasmă, când arcul se produce între electrod şi duza răcită cu apă, piesa fiind rea

conducătoare de electricitate, iar plasma este suflată în exterior de presiunea gazului, sub formă de jet.Aplicaţiile tehnologice ale prelucrării cu plasmă sunt legate de tăierea metalelor, prelucrări prin

aşchiere, metalizare şi sudarea cu plasmă.

Prelucrarea cu fascicul de electroni

Procedeul se bazează pe fenomenul de emisie termoelectronică, adică pe proprietatea unui catod încălzit de a emite un flux de electroni. Fasciculul de electroni cu densitate şi energie cinetică mare este accelerat şi focalizat asupra piesei de prelucrat într-un spaţiu vidat.

Energia cinetică a fluxului se transformă în căldură la impactul

electronilor cu piesa, conform schemei din fig. 83: a – formarea sursei termice; b – formarea craterului de eroziune; c – repetarea impulsului; 1 – fascicul de electroni; 2 – piesă; 3 – strat de material transparent pentru electroni; 4 – crater de eroziune; 5 – zonă lichidă; 6 – zonă solidificată.

Electronii pătrund prin stratul superficial şi ajung până la o anumită adâncime, unde energia lor cinetică se transformă în căldură, temperatura fiind de circa

. Materialul este vaporizat, formându-se un

crater din care este expulzat în exterior, după care operaţia se repetă. Fasciculul de electroni este transmis sub formă de impulsuri cu durata de s şi cu frecvenţa de Hz.

O instalaţie de prelucrare cu fascicul de electroni este prezentată în fig. 84: 1 – transformator coborâtor de tensiune; 2 – catod din W sau Ta, încălzit la ; 3 – grilă anodică; 4 – anod; 5 – bobine de focalizare; 6 – incită vidată; 7 – fascicul de electroni; 8 – piesă; 9 – dispozitiv binocular de urmărire şi control; 10, 11 –

sănii pentru deplasarea piesei în coordonate rectangulare (mişcările I şi II). Instalaţia se mai numeşte tun electronic. Vidul este destul de înaintat, pentru evitarea ciocnirii electronilor de moleculele de aer şi creşterea preciziei focalizării lor.

Prelucrarea cu fasciculul de electroni are aplicaţii în sudură (se pot suda materiale cu punte de fuziune ridicate sau incompatibile între ele), găurire (materiale dure şi extradure, orificii foarte mici, de ordinul zecilor de microni), topirea materialelor refractare.

Prelucrarea cu laser

Unul din cele mai noi procedee utilizate în construcţiile de maşini, electrotehnică, electronică, mecanică fină, aeronautică şi comunicaţii este cel cunoscut sub denumirea de LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation = Amplificarea luminii prin stimularea emisiei de radiaţii).

Laserele sunt dispozitive care amplifică lumina şi produc raze clare de lumină, ce trec rapid din infraroşu în ultraviolet. O rază de lumină este clară atunci când undele sau fotonii ei se propagă toate

a) b) c)Fig.83. Schema prelucrării cu fascicul de electroni

Fig.84. Instalație de prelucrare cu fascicul de electroni

Page 44: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

împreuna. De aceea, lumina laser poate fi: extrem de intensă, foarte direcţionată (sub forma unui fascicul) şi foarte pură în culoare (în frecvenţă).

Laserele forţează atomii să stocheze si să emită lumina într–un fascicul coerent. Electronii dintr -un atom, intr–un mediu laser sunt la început pompaţi (sau energizaţi), până la o limita de excitare, de către o sursă de curent electric. Ei sunt apoi „stimulaţi” cu fotoni externi să emită energia stocată tot sub formă de fotoni; acest proces este cunoscut sub denumirea de emisie stimulată.

Amplificarea luminii se face prin mişcarea fotonilor între două oglinzi paralele stimulându – se astfel emisia. Lumina monocromă, direcţionată şi foarte intensă, în final iese prin una dintre oglinzi, care este parţial argintată.

Părţile constituente ale unui laser sunt (fig.85):- mediul activ - este partea esenţială a unui dispozitiv

laser, adică un mediu în care se găsesc atomii aflaţi într-o stare energetică superioară celei de echilibru. În acest mediu activ se produce amplificarea radiaţiei luminoase. Acesta poate fi solid, lichid, gaz sau un material semiconductor care poate fi excitat la un nivel mai mare de energie;

- sistemul de excitare – este necesar pentru obţinerea de sisteme atomice cu mai mulţi atomi într-o stare energetică superioară. Exista mai multe moduri de a realiza excitarea atomilor din mediul activ, în funcţie de natura mediului. Acesta poate fi optic, chimic, electric. Se folosesc

descărcările electrice, excitarea RF externă, bombardamentul cu electroni sau o reacţie chimică. Dar descărcarea electrică este cea mai des folosită.

- rezonatorul optic – este un sistem de lentile şi oglinzi necesare pentru prelucrarea optică a radiaţiei emise. Deşi la ieşirea din mediul activ razele laser sunt aproape perfect paralele, rezonatorul optic este folosit pentru colimarea mult mai precisă, pentru concentrarea razelor într-un punct calculat, pentru dispersia razelor sau alte aplicaţii necesare.

Prelucrările cu ajutorul fasciculului laser se bazează pe efectele generate la contactul cu suprafaţa semifabricatului sau cu o substanţă aflată în vecinătatea semifabricatului al unui fascicul laser având caracteristici energetice şi spaţial – temporale adecvate, fascicul dirijat şi focalizat cu ajutorul unui sistem de lentile şi oglinzi optice.

Cu ajutorul laserului, se pot executa operaţii de:● debitare, găurire, gravare● obţinere de piese cu dimensiuni mici în materiale fragile, tenace, moi, dure, extradure,

materiale ceramice, sticlă, materiale semiconductoare şi macromoleculare, cauciuc, lemn, hârtie, ţesături, oţeluri, aliaje refractare şi rezistente la coroziune, aluminiu, titan, zirconiu, cupru, pietre preţioase şi semipreţioase, diamant tehnic

● sudare cu laser a oţelurilor inoxidabile.

Metalurgia pulberilor

Metalurgia pulberilor face parte din tehnologiile metalurgice neconvenţionale şi reprezintă ansamblul procedeelor utilizate pentru obţinerea de semifabricate şi produse finite folosind tehnologii de prelucrare prin agregare de pulberi metalice. Aceste tehnologii constă în obţinerea şi utilizarea pulberilor metalice, ca atare, sau sub forma unor produse compactizate şi sinterizate.

Pulberea este materialul alcătuit din particule (granule) de metale pure, aliaje, de compuşi intermetalici sau de amestecuri mecanice ale mai multor componenţi şi ale căror dimensiuni pot varia în limitele 0,1...1000 μm. Mărimea granulelor utilizate în agregarea pulberilor, pe scară industrială, este însă cuprinsă în limite mai restrânse (1...400 μm). Pulberile sunt fabricate prin diferite metode şi procedee care depind de natura materialului, volumul de producţie, caracteristicile urmărite, puritatea şi aplicaţiile lor.

Fig.85. Schema de principiu a unui dispozitiv laser cu mediu solid

1- rezonatorul optic; 2- mediul activ; 3- sursă de energie; 4- fascicul laser

Page 45: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Procesul de obţinere a pieselor prin agregare de pulberi cuprinde trei operaţii principale: amestecarea, formarea şi tratamentul termic de sinterizare (fig.86). În funcţie de cerinţele dimensionale şi de exploatare ale piesei sinterizate se stabileşte pulberea metalică şi aditivii (lubrifianţi, elemente de aliere, lianţi) ce urmează a fi folosiţi.

Formarea este a doua operaţie din procesul tehnologic de obţinere a pieselor sinterizate şi se poate desfăşura la rece sau la cald, în prezenţa sau absenţa presiunii.

Sinterizarea este un proces de sudare, densificare şi recristalizare prin încălzirea unor aglomerate de pulberi, proces ce se desfăşoară la o temperatură sub cea de topire a principalului component din amestecul de pulberi.

Avantajele tehnologiei sunt următoarele:- utilizarea completă a materiei prime în comparaţie cu alte procedee de fabricare;- obţinerea de piese cu forme complexe, de precizie ridicată şi calitate bună a suprafeţei,

eliminând astfel prelucrările mecanice ulterioare;- reproductibilitate ridicată, chiar şi în cazul pieselor complicate ca formă;- flexibilitate în proiectare şi în fabricare;- proprietăţi mecanice superioare: duritate ridicată, rezistenţa la rupere şi impact, rezistenţă la

oboseală;- structura fină şi controlată;- obţinerea unor proprietăţi noi, unice - aceste proprietăţi sunt legate de prezenţa porilor în

structură şi sunt reprezentate de capacitatea de autolubrifiere şi de filtrare;- cost scăzut pentru serii de fabricaţii mari.

Cel mai folosit procedeu este procedeul prin presare-sinterizare. În acest caz, pulberea sau amestecul de pulbere sunt presate în matriţe, confecţionate din oţeluri speciale, carburi metalice sau materiale ceramice, aplicându-se principiul presării unilaterale sau bilaterale (fig.87). În cel de-al doilea caz, se obţin piese cu omogenitate mai mare. Pentru presarea pulberilor în matriţă se utilizează prese mecanice şi hidraulice de mare putere.

Piesele formate prin presare se supun operaţiei de sinterizare, care se realizează prin încălzire la o temperatură egală sau superioară temperaturii de recristalizare, practic la 0,75...0,80 din temperatura de topire a componentului principal. În urma sinterizării, se măreşte rezistenţa mecanică prin formarea unei legături

continue în masa produsului. Se utilizează cuptoare speciale şi instalaţii anexe pentru prepararea mediilor protectoare.

Procedee de sudare

Sudarea este o metodă de îmbinare nedemontabilă a două corpuri solide prin stabilirea, în anumite condiţii de temperatură şi presiune, a unor forţe de legătură între atomii marginali aparţinând celor două corpuri de îmbinat. Procedeul se poate realiza cu sau fără material de adaos. Dacă îmbinarea este omogenă (metalul de adaos este de aceeaşi natură cu cel de bază) procedeul se numeşte sudare, iar dacă îmbinarea este eterogenă (materialul de adaos este de natură diferită faţă de cel de bază) atunci procedeul se numeşte lipire.

Sudabilitatea metalelor este o proprietate a acestora care defineşte capacitatea lor de a realiza imbinări nedemontabile care să corespundă condiţiilor impuse de exploatare. Pentru oţeluri, o

Fig.86. Obţinerea pieselor prin agregare de pulberi

Fig.87. Principiul presării unilaterale (a) şi bilaterale (b) :1 - manta; 2 –

poanson superior; 3 – poanson inferior; 4 – piesa presată; 5 - arc.

Page 46: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

sudabilitate bună se asigură pentru un conţinut de până la 0,4 – 0,5 % C. Dintre fonte, sunt sudabile numai cele cenuşii, luîndu-se însă unele măsuri speciale. Cuprul se sudează bine dacă nu conţine O 2

mai mult de 0.04 %. Alamele şi bronzurile se sudează greu deoarece conţin zinc, respectiv staniu, elemente uşor fuzibile. Aluminiul şi aliajele sale se sudează deasemenea greu, datorită oxidării metalului topit şi conductivităţii termice mari. Se sudează bine nichelul şi aliajele sale.

Procesele de sudare se pot împărţi în două grupuri principale: sudare prin topire şi sudare în stare solidă.

Sudarea prin topire foloseşte căldura pentru a topi local metalul de bază. În multe procese de sudare prin topire se aduce din exterior metal de adaos cu aport de volum dar şi de rezistenţă. Sudarea prin topire include următoarele grupuri generale:

- sudare cu arc electric – utilizează căldura arcului electric pentru topirea locală a pieselor de sudat. Marea majoritate a acestor procese folosesc material de adaos;

- sudare prin rezistenţă proprie sau prin presiune – căldura necesară procesului se obţine prin efectul termic al curentului electric care străbate suprafaţa de contact dintre cele două piese pe care este aplicată o presiune scăzută.

- sudare cu flacără – căldura se obţine prin arderea unui amestec de gaz combustibil, în general acetilenă şi oxigen.

Zona de îmbinare are, mai ales în cazul îmbinărilor sudate prin topire, o structură diferită de a materialelor care se sudează. După solidificare, în vecinătatea îmbinării sudate prin topire se observă zonele indicate în fig.88.

Sudarea în stare solidă se referă la îmbinarea care se obţine prin presare şi încălzire locală, de cele mai multe ori, dar sub temperatura de topire. Câteva procese reprezentative din această categorie:

- sudarea prin difuziune – combină o presiune joasă aplicată la nivelul suprafeţei de sudare cu temperatura;

- sudarea prin frecare – căldura necesară sudării apare prin frecarea celor două corpuri de îmbinat;

- sudare ultrasonică – se realizează prin aplicarea unei presiuni medii asupra corpurilor care se sudează şi o vibraţie cu frecvenţă ultrasonică, paralel cu suprafaţa de sudare. Combinarea dintre presiunea de contact şi mişcarea oscilatorie conduce la crearea de legături atomice între atomii marginali ai pieselor de asamblat.

Sunt cinci tipuri de îmbinări de bază pentru a integra două părţi în una singură, aşa cum se vede în figura 89.

Sudarea cu arc electric poate fi cu acţiune directă sau indirectă (fig.90). La metoda directă un electrod este chiar

piesa de sudat, iar cel de-al doilea electrod este bara metalică ce amorsează arcul electric. Varianta indirectă are la bază încălzirea prin radiaţie a piesei de la cei doi electrozi – bare metalice.

În cazul arcului direct materialul de adaos poate proveni din electrod, când acesta este fuzibil, sau se aduce din exterior atunci când se utilizează electrozi din wolfram, nefuzibili.

Arcul electric cu acţiune indirectă se stabileşte între doi electrozi din wolfram, topirea

Fig.89. Tipuri de îmbinări

Fig.88. Zone la sudarea prin topire

Fig.90. Sudarea cu arc electrica) arc electric direct - electrod fuzibil, b) arc electric direct –

electrod nefuzibil, c) arc electric cu acţiune indirectă

Page 47: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

materialului de adaos şi a materialului de bază realizându-se cu ajutorul căldurii dezvoltate de arcul electric.

Arcul electric cel mai utilizat este arcul electric în curent continuu cu acţiune directă şi electrod fuzibil. Conectarea electrodului la minusul sursei poartă numele de conexiune directă şi se recomandă la sudarea pieselor masive. Conexiunea inversă se utilizează la sudarea tablelor subţiri pentru a evita perforarea acestora, temperatura maximă dezvoltându-se pe electrod.

Sudarea sub strat de flux – arcul electric se formează între materialul de adaos – sârma electrod 4 şi materialul de bază 1 (fig.91). Datorită temperaturii mari a arcului electric, sârma electrod şi o parte a materialului de bază se topesc, formând o baie de metal topit 5 care se solidifică formând cordonul de sudură 8.

De asemenea stratul de flux 2 se topeşte formând o baie de zgură topită care se solidifică la suprafaţa cordonului de sudură 7. La sudarea sub strat de flux se degajă vapori de apă, gaze, care formează o cavitate, arcul electric fiind practic acoperit.

Procedeul presupune automatizarea, deoarece este imposibil ca sub stratul de flux să se asigure manual atât o viteză de avans a sârmei cât şi o viteză de înaintare în condiţiile păstrării constante a lungimii arcului electric. În acest sens avansul sârmei electrod este asigurat cu ajutorul unor capete de construcţie specială.

Sudarea în mediu de gaze protectoare - se caracterizează prin aceea că arcul electric este acoperit de o pătură de gaz care nu are nici o interacţiune chimică cu metalul topit, rolul său fiind acela de a proteja arcul electric. Cele mai utilizate gaze sunt argonul şi heliul. La sudarea în mediu de gaze protectoare deosebim două procedee (fig.92):

- procedeul de sudare cu electrod nefuzibil WIG, - procedeul de sudare cu electrod fuzibil MIG.Procedeul WIG – wolfram inert gaz. Arcul electric se formează între electrodul nefuzibil (W) şi

piesa de sudat 3, fiind protejat de o peliculă de gaz protector (Ar) care înveleşte arcul electric. Materialul de adaos 2 este topit indirect prin încălzire în arcul electric. Capul de sudare – pistolet 4 este răcit cu aer, cu ajutorul gazului care îl străbate sau cu apă. Procedeul este recomandat la sudarea aluminiului, cuprului sau a oţelurilor inoxidabile.

Procedeul de sudare MIG. Ca material de adaos la acest procedeu se utilizează o sârmă neînvelită 8 cu diametru între 0,6 – 2mm antrenată mecanic printr-un tub de cupru 6 cu rol de ghidaj şi de contact electric. În jurul electrodului se suflă o perdea circulară de gaz inert. Tehnologia sudurii în argon este asemănătoare de cea a sudării în arc electric obişnuit.

O variantă aparte a folosirii gazelor în procesul de sudare prin topire este sudarea în mediu de bioxid de carbon MAG – metal activ gaz. La acest procedeu gazul, care nu mai este inert, are un rol de protecţie dar şi un rol activ participând la anumite reacţii chimice în procesul de sudare. Schema de principiu este asemănătoare variantei MIG.

Fig.91. Sudarea sub strat de flux

Fig.92. Sudarea în mediu de gaze protectoarea. WIG- wolfram-inert-gas, b. MIG- metal-inert-gas

Page 48: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica

Sudarea prin presiune - este un proces de sudare utilizat pe scară largă în construcţia de autoturisme şi în industria bunurilor de larg consum. Procedeul se bazează pe trecerea unui curent electric de valori ridicate printr-un contact, încălzirea acestuia la temperaturi înalte şi răcirea sub presiune. Cunoscută şi ca sudare electrică prin rezistenţă de contact, procedeul prezintă trei variante (fig.93):

- sudare în puncte - sudarea cap la cap - sudarea în linie

Sudarea în puncte se realizează în principiu prin trecerea unui curent electric important furnizat de un transformator de sudură 3, prin piesele de sudat 2, presate cu o forţă F cu ajutorul unor electrozi din cupru 1. Contactul dintre piese se încălzeşte şi sub acţiunea forţei are loc o deformare plastică locală care aduce atomii în poziţii favorabile realizării de noi legături atomice. Sudarea cap la cap, utilizată mult în industria sârmei sau pentru sudarea profilelor laminate, foloseşte acelaşi principiu.

Sudarea în linie poate fi văzută tot ca o sudare în puncte la care punctele au o densitate mare şi se suprapun, electrozii fiind de data aceasta sub formă de role (fig.94)

.

Fig.93. Sudarea prin presiune şi rezistenţă electrică de contact

Fig.94. Sudarea în linie

Page 49: Tehnologia Materialelor Curs Politehnica