Capitolul 1. Argument In procesul de turnare a metalelor si aliajelor datorita numerosilor factori care influenteaza procesul , piesele pot rezulta cu defecte .Acestea se datoreaza fie unor proprietati specifice materialului turnat fie nerespectarii tehnologice de turnare ,fie din cauze accidentale .Defectele pieselor turnate sunt standardizate . Prin acest standard s-au stabilit: -denumirea defectelor,grupa si categoria din care ele fac parte. -simbolizarea lor -descrierea in vederea identificari 3
Transcript
Capitolul 1. Argument
In procesul de turnare a metalelor si aliajelor datorita numerosilor factori
care influenteaza procesul , piesele pot rezulta cu defecte .Acestea se
datoreaza fie unor proprietati specifice materialului turnat fie nerespectarii
tehnologice de turnare ,fie din cauze accidentale .Defectele pieselor turnate
sunt standardizate .
Prin acest standard s-au stabilit:
-denumirea defectelor,grupa si categoria din care ele fac parte.
-simbolizarea lor
-descrierea in vederea identificari
Principalele defecte ale pieselor turnate pot fi incadrate in urmatoarele grupe
:forma ,dimensiuni si mase necorespunzatoare ,defecte de suparafata ,
crapaturi , goluri incluziuni metalice sau nemetalice ,defecte de
structura ,defecte privind compozitia chimica sau caracteristice mecanice si
fizice .
Cunoasterea cauzelor care pot duce la aparitia defectelor asigura
preantampinarea acestora prin adaptarea unor masuri cu caracter
tehnologic constructiv .In cele ce urmeaza se vor descrie cateva din acuzele
aparitiei unor defecte foarte raspandite precum si masurile de prevedere
corespunzatoare .
3
Capitolul 2. Defecte cauzate de fenomenul de contractie
In decursul racirii metalelor si aliajelor acestea sufera fenomenul de
contractie .Acest fenomen se manifesta atat in stare solida cat si in stare
lichida a metalelor .In general contractia totala a unui metal sau aliaj CT
aflat in stare lichida si supus racirii pana la atingerea temperaturii mediului
ambiant ,se compune din :
CT=CL+CLS+CS±CF
In care : CL -este contractia in stare lichida in decursul
scaderii temperaturii de la temperatura de turnare T,
la temperatura de topire T top.
CLS - la trecerea din stare lochida in stare solida ;
CS –contractia in stare solida la scaderea
temperaturii de la temperatura de Tsol la
temperatura mediului ambiant To ;
CF -contractia(dilatarea) rezultata in decursul
transformarilor de faza produse in stare solida.
Dintre termenii din membrul 2 al reactiei o valoare insemnata o are CLS.
Principalele efecte rezultand din existenta fenomenului de contractie si care
pot provoca aparitia tensiunilor interne , aparitia crapaturilor ,aparitia
deformatiilor .
4
2.1. Formarea retasurilor si microretasurilor.
Retasura sau globul de contractie se produce ca urmare a contractiei
metalului sau aliajului la trecerea din stare lichida in stare solida .Daca intr-
un vas tronconic cu baza mare sus se suprapune racirii o cantitate oarecare
de metal lichid , in urma procesului de solidificare , ca urmare a faptului ca
volumul solidului rezultat este mai mic decat al lichidului din care a provenit
se formeaza in partea de sus un gol de contractie denumit retasura.Volumul
retasurii este cu atat mai mare cu cat coeficientul de contractie la
solidificare al metalului respectiv este mai mare .O altfel de solidificare ,
avand ca rezultat formarea unei retasuri in parea superioara a pisei turnate se
numeste solidificare dirijata .Daca se considera solidificarea unui cantitati de
lichid intr-un vas cilindric,din aceleasi motive ,solidificarea va avea ca
reprezentant formarea unei retasuri in partea centrala a piesei cu opozitie
axiala se numeste solidificarea simultana.
5
Solidificarea lichidului intr-un vas de forma tronconica cu baza mare jos
duce la formarea a doua retasuri : una principala in partea centrala si o alta
secundara in partea centrala a piesei .Formara retasurilor in timpul
solidificarii dirijate este dorit deoarece ele pot fi transferate in afara corpului
presei.
Golurile de contractie apar in acele piese care preznita fie grosime uniforma
a peretilor fie grosimi variabile care impiedica solidificarea dirijata de
exemplu portiune de piesa reprezentata in figura 2 neuniformitatilor grosimii
peretilor se va solidifica cu goluri interioare deoarece exista zone in care
acumulari de lichid L ce se vor solidifica mai tarziu decat restul piesei
formand goluri de contractie R .
Aglomerarile de metal inscrise in cercuri ce nu pot fi rostogolite in sus prin
pereti piesei pana la partea superioara se numesc noduri termice Dealtfel ,
metoda cercurilor inscrise in alte portiuni ale peretilor piesei se folosesc pe
scara larga de indentificare a nodurilor termice .In afara retasurilor
concentrate la partea superioara sau in nodurile termice si a pozitie axiale
6
golul de solidificare poate aparea si sub forma de microretasuri sau
microporositati ca urmare a impiedicari patrunderi a metalului lichid intre
dendritele orientate arbritrar (fig. 3).Aceste defecte produc o micsorare
insemnata a proprietatilor mecanice si o pierdere a etanseitatii.Metalele pure
si aliajele eutectice produc numai retasura concentrata.
In general retasurile se produc la toate aliajele de turnatorie .In cazul
fontelor cenusii cu grafic lamelar , contractia la solidificare este partial sau
total compensata de cresterea volumului fontei la grafitizare .Ca urmare,
tendtina de formare a retasurilor concentrate sau microretasurilor este mica
2.2.Prevederea formari defectelor datorate golurilor de contractie
Mijloacele de prevedere a defectelor cauzate de golurile de contractie se
impart in masuri tehnologice si masuri constructive.
7
Masurile tehnologice constau din utilizarea meselor si a acceleratorilorr de
racire.
-Maselotele sunt rezervate de metal lichid dispuse sub forma unor
prelungiri ale piesei,in scopul transferarii retasurii din corpul piesei in afara
ei.Modul de actionare a maselotei este aratat in figura 4.
Fara existenta maselotei piesa ar fii prezentata dupa solidificarea retasura.1
prin solidificarea cu maselota,retasura este transferata in maselota,ocupand
pozitia 2.
Dupa dezbaterea piesei din forma,maselota se inlatura printr-un procedeu
oarecare(taiere mecanica,termica).
Maselotele amplasate deasupra piesei si care sunt cele mai folosite, se
numesc maselote directe.In practica se utilizeaza insa si maselotele aflate in
interiorul formelor in dreptul unor noduri termice.
8
Zona de actiune a unei maselote se intinde numai pe o anumita
distanta ;rezulta ca pentru o piesa de o anumita configuratie se prevad, de la
caz la caz,una sau mai multe maselote.De exemplu,pentru piesa inelara din
fig.4c s-au prevazut pentru maselote(M).
Distanta dintre doua maselote vecine se stabileste pe baza constatarii ca o
maselota isi exercita influenta sa pe o distanta egala cu 2 s ,in care s
reprezinta grosimea peretelui piesei pe care este amplasata maselota.Tinand
cont ca si capatul piesei contribuie la solidificarea dirijata a piesei,
exercitandu-si influenta pe o distanta de 2,5*s,rezulta ca o maselota se poate
amplasa la o distanta de 2*s+2,5*s=4,5*s de la capatul piesei fig.5.
Amplasarea unui racitor exterior pe capatul piesei sporeste aceasta distanta
cu circa 50 mm.Acceleratorii de racire denumiti si racitori sunt corpuri
metalice care servesc la accelerarea racirii si solidificarii modului
termic,inainte de solidificarea portiunilor invecinate.Racitorii sunt singurele
mijloace care fac posilbila prevenirea formarii retasurilor in nodurile termice
de la jonctiunea a doi pereti la colturile interioare ale pieselor.In practica se
folosesc doua tipuri de racitori :interior si exterior.
9
Racitorii interiori sunt corpuri metalice din aceiasi compozitie ca si metal
care se toarna si se introduc in nodul termic pentru a provoca prin absorbtie
de caldura solidificarea nodului,concomitent sau in inaintea peretilor subtiri
invecinati fig.6.
Racitorii interiori trebuie sa fie resorbiti in masa aliajului care se toarna
topindu-se sau sudandu-se de acesta.Ei au diferite forme ca de
exemplu :spirale de sarma,cuie,bare.
Racitorii exteriori sunt placi metalice de fonta sau de otel care se
incorporeaza in peretele formei in dreptul nodurilor termice fig.7.
10
Racitorii exteriori se pot folosii si in scopul accelerarii solidificarii unei
anumite parti a piesei pentru asigurarea solidificarii dirijate sau pentru a mari
zona de actiune a unei maselote.
Prevenirea retasurilor din nordurile termice prin masuri contructive se
realizeaza prin proiectarea judicioasa a piesei sau daca acest lucru nu s-a
facut la timp, prin modificarea constructiva a piesei fara ca aceasta sa
dauneze razistentei si functionarii ei. La alegerea metodei de rezolvare a
nodurilor termice trebuie sa analizeze toate posibilitatile tehnologice sau
constructive si sa le aleaga metoda optima.(fig.8)
Combaterea formarii microretasurilor se face prin exercitare unei presiuni
asupra metalului in momentul solidificarii(turnarea sub
presiune ,centrifugala).
11
2.3Aparitia tensiunilor interne.
In cursul racirii in piesele turnate pot aparea 3 feluri de
tensiuni :termice ,fizice si de contractie. • Tensiunile termice se datoresc
racirii neuniforme a pieselor.Peretii subtiri si partile mai indepartate ale
punctului de intrare a metalului in forma se racesc mai repede si trece mai
devreme din zona de temperaturi in care metalul este este plastic in zona de
temperaturi in care deformarile sunt elastice.Rezulta ca la un anumit moment
o parte a piesei se afla in stare plastica si cealalalta in stare elastica.Cand si a
doua parte va atinge starea elastica ambele parti se vor contracta diferit,ceea
ce face ca in ele sa apara tensiuni de intindere sau compresiune in functie de
dimensiunile partii respective(in partile groase-tensiuni de intindere in
partile subtiri-tensiuni de compresiune.Pentru exemplificare se considera o
piesa turnata in forma de jug fig.9) cu doua bare si una groasa G unite la
capete prin doua traverse rigide.T
12
• In timpul racirii barele subtiri vor trece in stare elastica si
contractandu-se se va comprima bara groasa G aflata in stare plastica
scurtand-o.Atunci cand si aceasta va trece in stare plastica ea va continua sa
se contracte dar va fii impiedicata de barele laterale. Aceasta interactiune
duce la aparitia in bara centrala a unor tensiuni de intindere,iar in barele
laterale a unor tensiuni de compresiune.
• Tensiunile fizice apar ca urmare a faptului ca diferitele parti ale piesei
nu trec in acelasi timp prin transformarile de faza.Dupa cum se stie
transformarile de faza sunt insotite de modificari ale volumului specific ale
constituientilor structurali.Tensiunile produse pot provoca distrugerea piesei,
mai ales cand efectul lor se suprapune peste cel al tensiunilor termice.
Tensiunile de contractie se datoresc impiedicarii contractiei prin
rezistenta opusa ale forme sau miezului.Spre deosebire de celelalte categorii
de tensiuni acestea au caracter temporar si dispar in momentul inlaturarii
cauzei care provoaca franarea contractiei.Tensiunile de contractie sunt
intotdeauna tensiunii de intindere,fapt care le face deosebit de periculoase
mai ales ca la temperaturi ridicate rezistenta materialului este scazuta.
2.4Prevenire si combaterea tensiunilor intense.
Tensiunile termice pot fii reduse printr-o serie de masuri cu caracter
constructiv ca de exemplu evitarea unor diferite masuri intre grosimile
peretilor piesei sau prin masuri tehnologice ca:
-accelerarea racirii partilor groase cu ajutorul racitorilor
-racirea foarte inceata a pieselor cu grosime uniforma,evitandu-se diferentele
mari ale vitezei de racire intre centrul peretelui si suprafata.
13
-eliberarea partilor groase de formare imediat dupa solidificarea lor etc.
Tensiunile fizice se pot asigura asigurandu-se o racire a piesei incat
punctele de transformare sa fie traversate cu viteza mai mica.
Tensiunile de contractie se inlatura prin indepartarea cauzei care le-a
produs:rezistenta opusa de forma sau miezuri ceea ce reclama o scadere a
piesei din forma imediat dupa solidificare.
Piesele turnate grele si de forma complicata prezinta inlaturarea
tensiunii.Prin deformare o parte din tesiuni dispar prin relaxare. Daca insa
relaxarea se face dupa intrarea in exploatare a piesei respective masina isi
pierde din precizie putand fii neutilizabila.Pentru a se elimina tensiunile
interne din piesele turnate se aplica frecvent tratamentul termic de recoacere
de determinare.Adeseori piesele de otel turnat sufera de tensionare in timpul
recoacerii de omogenizare sau de normalizare la care sunt aceste piese
intotdeauna supuse,fie pentru imbunatatirea proprietatilor mecanice fie
pentru usurarea prelucrarii de omogenizare sau de normalizare la care sunt
aceste piese intotdeauna supuse,fie pentru imbunatatirea proprietatilor
mecanice fie pentru usurarea prelucrarii ulterioare prin aschiere.
2.5. Aparitia deformatiilor
Ca o consecinta a existentei tensiunilor interne piesa turnata se
deformeaza, functie de configuratia ei. Stiind ca tensiunile termice sunt
de intindere in partile groase si de compresiune in partile subtiri, rezulta
ca, partile groase ale piesei au tendinta, de a-si reduce lungimea, iar cele
subtiri de a si-o mari. Cunoscand aceste lucruri se poate prevedea forta pe
care o va capata piesa deformata. Astfel pentru o grinda turnata cu
sectiune in forma de T, deformatia ei depinde de dimensiunile sectiunii
14
(fig 10 a si b).
Cunoasterea modului de deformare permite realizarea unor piese
care sa nu sufere deformatii (fig. 10. c).
Atunci cand nu este posibila obtinerea unei piese turnate
nedeformabile, se poate prevedea executia unui model cu deformatie
contrara celei pe care o va primi piesa turnata.
2.6. Aparitia crapaturilor
Dupa temperatura la care se produc, crapaturile pieselor turnate
pot fi crapaturi la rece sau la cald.
-Crapaturi la rece , ce apar in piesele turnate la temperaturea
ambianta sau la temperaturi joase , sub 500°C- deci in domeniul elastic
de temperatura- se datoresc faptului ca tensiunile de turnare- insumate,
depasesc rezistenta de rupere a materialului. Ele sunt drepte, putin
deschise, uneori abia perceptibile, au intindere mare, cu tendinta de a
se propaga in continuare.
15
Ruptura este intracristalina de culoare metalica deschisa sau usor colorata
din cauza uni film de oxizi .
Crapaturile la rece se produc fie la dezbatere ,fie ulterior la temperatura
ambianta .
-Crapaturile la cald se produc numai la racirea in forma , au un traseu
intracristalin ,sunt mai largi,de intindere mica serpuite si fara tendinta de a se
propaga in continuare ;ele sunt puternic colorate in negru ca urmare a unei
oxidari puternice .Crapaturile la cald se produc la temperaturi inalte ,deci in
domeniul plastic .Tensiunile care pot aparea in acest domeniu sunt tensiuni
de contractie deci crapaturile la cald se datoresc acestor tensiuni.In cazul
otelului peste aceste tensiuni se pot suprapune tensiuni fizice ,datorita
contractiei de volum produsa la transformare .In fig.11.a.este aratat modul
de producere a unor crapaturi datorita impidicarii contractiei piesei de
catre forma . La racirea corpului piesei se produce contractia 1 care este
impiedicata de catre peretele formei ce apasa asupra flansei 2 provocand
aparitia unei crapaturi in zona de maxima solicitare .3.Crapaturile la cald se
produc mai mult in piesele de otel turnat si constitue alaturi de retasuri cel
mai frecvent defect de turnare.
16
2.7Prevenirea aparitilor crapaturilor la cald.
Crapaturile la cald pot fi prevenite prin masuri tehnologice si
constructive .Dintre masurile tehnologice se pot enumera :
-asigurarea unei compresibilitati aparte formei si miezului
- folosirea racitorilor exteriori in locurile in care se prevede aparitia
crapaturilor la cald, in scopul maririi rezistentei portiunii respective prin
scaderea temperaturi ei .
Dintre masurile constructive fac parte :
-intarirea zonei periclitate cu nervuri de contractie fig.11b.sau ingroseri fig
12.
-inlocuirea peretilor plani cu pereti curbi fig.13
- evitarea partilor iesite , amplasarea la distanta mare.
17
Capitolul 3. Defecte cauzate de fenomenul de segregare.
Fenomenul de segregare se poate manifesta atat la scara cristalelor cat si la
scara peretilor piesei.
Sefregarea minora consta in aparitia diferentelor de concentratie intr-un
anumit element , in cazul unei faze in curs de solidificare .Dupa cum se
cunoaste la temperatura t, (fig.14) faza separata are concentratia C1 la
tempetatuta T2 , concentratie C2 si asa mai departe .Un cristal separat liber
in masa lichidului va avea deci zona axiala mai bogata in component A ,
iar zona marginala mai bogata in component B.Prin procesul de difuzie
ulterioara aceasta eterogenitate chimica se atenueaza intr-o anumita masura
daca exista conditia favorabila mentinerii indelungate a temperaturii ridicate
Fig.14.
18
Segregatia majora consta in existenta diferentei de concentratie echimica
intre diferitele zone ale peretelui piesei turnate
In cazul aliajelor fieroase , primele cristale in primul strat solidificat in
contact cu peretele formei sunt mai sarace in elemente solubile :C,SI,P ca
zona centrala a piesei .Se observa ca incluziunile de timpul suflurilor ,
oxizilor ,silicatilor din cauza punctului lor de topire scazut , segrega si se
acumuleaza in zona centrala a pieselor si in special in zona invecinata
retasurii.
Se considera deasemenea ca fiind segregare majora eterogenitatea chimica
rezultata din diferenta de densitate dintre primele cristale separate si
lichid , duce la punerea acestor cristale in zonele inferioare ale pieselor
Reprezentarea neuniforma a componentilor aliajelor in piesele turnate ca
urmare a procesului de segregare , exercita o influenta defavorabila asupra
proprietatilor fizice , chimice si mecanice ale acestora .Fenomenul de
segregare pote si combatut printr-o serie de masuri privind compozitia
aliajului turnat si tehnologia de turnare
Eterogenitatea chimica rezultata in urma fenomenului de segregare se
poate inlatura supunand piesele turnate ale unui tratament termic de
recoacere de omogenizare.
19
Capitolul 4.Defectele cauzate de patrunderea gazelor in aliajul lichid
In metale si aliaje gazele se pot gasi sub forma de sufluri, straturi de gaze
absorbite , solutii solide si combinati chimice .Incloziunile de gaze
constituie unul din cele mai raspandite defecte ale pieselor turnate.
Gazele dizolvate degajandu-se in solutii solide pot provoca crapaturi ce se
prezinta sub forme de numeroase fisuri cu aspect de pete de culoare deschisa
denumite fulgi
Suflurile sunt discontinuitati in piese care scad rezistenta materialului prin
micsorarea sectiuni si prin efectul lor de concentrare a tensiunilor
Sulfurile se deosebesc de retasuri prin aspectul de culoare a cavitati .Astfel
sulfurile prezinta o suprafata neteda , de obicei neoxidata , de culoare
argintie , in timp ce retasurile prezinta o suprafata neregulata de culoare
neagra din cauza oxizilor formati.
Suflurile se pot datora atat metalului turnat cat si formei .
Suflurile datorate metalului se obtin prin dizolvarea gazelor in metallichid
fenomen favorizat de existenta temperaturilor inalte .Gazele care pot difuza
in metalele si aliaje sunt:azotul ,hidrogenul, oxigenul .
Principalele surse de patrundere a gazelor datorate formei sunt :
-antrenarea aerului la curgerea metalului prin reteaua de turnare ;
-dislocarea de catre metal a aerului din cavitatea formei
-umiditatea si aerul sau gazele din porii amestecului de formare
-existenta unor componenti ai amestecului de formare care produc gaze.
Prevenirea apariilor sulfurilor se poate realiza prin adaptarea unor masuri
tehnologice corespunzatoare , care sa elimine sursele de aparitie a gazelor
in metal.
20
Capitolul 5 .Alte defecte
In afara defectelor amintite , in piesele turnate se intalnesc si alte defecte
cauzate de fenomene cum ar fi:
-eroziunea peretilor retelelor de turnare si a cavitati formei de catre metalul
lichid aflat in miscare;
-reactiile chimice produse intre peretii formei si metalul turnat
-cauze accidentale.
21
BIBLIOGRAFIE
1. Voicu M. s.a.- Studiul si tehnologia metalelor, E.D.P. 1975
2. Nanu A. – Tehnologia materialelor E.D.P. 1978
3. Manualul inginerului mechanic, Tehnologia constructiilor de masini,
Ed. Tehn. 1972.
4. Sofronie L. -Elaborarea si turnarea aliajelor E.D.P. 1975
5. Chira I. s.a.- Procedee speciale de turnare E.D.P. 1980
6. Buzila S. – Proiectarea si executarea formelor, E.D.P. 1976
7. Stefanescu Cl. s.a.-Tehnologia de executare a pieselor prin turnare,
Ed. Tehn. 1981
8. Popescu V.- Forjarea si extruziunea metalelor, E.D.P. 1978.
9. Badea S.- Forjarea metalelor, E.D.P. 1979.
10.Zgura Gh. s.a.- Tehnologia stantarii si matritarii la rece, E.D.P. 1979.
11.Salagean Tr.- Sudarea cu arcul electric , Ed. Facla, 1977.
12.Boarna C. s.a. –Procedee neconventionale de sudare, Ed. Facla, 1980.
13.Avram I, s.a. –Procedee conexe sudarii, Ed. Tehn. 1968.
14.Popescu N. s.a. –Tehnologia tratamentelor termice, Ed. tehn, 1974.
15.Enache St. s.a. –Proiectarea formei pieselor in constructia de masini,
