Partea a II Curs Compoz 100-170

7/28/2019 Partea a II Curs Compoz 100-170

1/94

CUPRINS

1. Introducere

Partea I

2. MATERIALE COMPOZITE RANFORSATE CU FIBRE2.1. Definiii, generaliti i forme de prezentare............................112.2. Sinergia fibre-matrice..............................................................122.3. Matrici....................................................................................132.4. Alegerea ranfortului.................................................................15

2.5. Structur.................................................................................152.6. Proprietile caracteristice.......................................................162.7. Ranforsarea cu fibre continui.................................................182.7.1. Legea amestecurilor................................................................182.7.2. Influena lungimii ranfortului..................................................222.7.3. Influena orientrii fibrelor......................................................242.7.4. Ranforsarea cu fibre scurte i whiskers...................................252.8. Tehnici de pregtire a preformelor de ranforsare.....................262.8.1. Aranjamentul liniar................................................................ 26

2.8.2. Aranjamentul de suprafa......................................................272.8.3. Aranjamentul multidirecional................................................282.9. Tehnici de infiltrare a ranfortului..302.9.1. Pultruziunea............................................................................ 312.9.2. Reomulajul..............................................................................322.9.3. Forjarea lichid.......................................................................352.10. Degradarea materialelor compozite..........................................37

3. MATERIALE PENTRU RANFORT

3.1. Fibre de sticl............................................................................ 403.1.1. Caracteristici generale..............................................................413.1.2. Fabricarea fibrelor de sticl......................................................413.1.3. Proprietile fibrelor de sticl...................................................433.1.4. Utilizarea fibrelor de sticl........................................................453.1.5. Fibre de silice i cuar...............................................................463.2. Fibre de carbon.........................................................................463.2.1. Caracteristici generale..............................................................463.2.2. Fabricarea fibrelor de carbon...................................................47


2/94

3.2.1...................................................................................................Structura fibrelor de carbon.................................................................... 513.2.2.................................................................................................... Pro

prietile mecanice, chimice i termice.................................................553.2.3...................................................................................................Msurarea proprietilor.........................................................................563.2.4..................................................................................................Utilizarea fbrelor de carbon .................................................................. ...583.2.5....................................................................................................Compozite carbon-carbon....................................................................... 593.3. Fibre de bor i carbur de siliciu...............................................613.3.1...................................................................................................Pre

zentare i fabricaie............................................................................613.3.2...................................................................................................Proprieti mecanice................................................................................ 643.3.3....................................................................................................Utilizarea fibrelor de bor i carbur de siliciu..........................................663.4. Fibre de aramid cu nalte performane mecanice.....................673.4.1...................................................................................................Prezentare i fabricaie............................................................................ 673.4.2...................................................................................................Pro

prietile fibrelor de aramid..............................................................683.4.3...................................................................................................Utilizarea fibrelor aramidice....................................................................713.5. Fibre sintetice cu nalte performane termice.............................723.5.1...................................................................................................Prezentare i fabricaie............................................................................ 723.5.2.................................................................................................... Fibre poliamide-imide i poliamide aromatice..........................................723.5.3.................................................................................................... Fibre fenolice........................................................................................... 75

3.5.4....................................................................................................Fibre PBI................................................................................................. 763.6. Fibre metalice. .......................................................................... 773.6.1...................................................................................................Prezentare i proprieti...........................................................................773.6.2......................................................................................... Fabricarea fibrelor metalice.......................................................................783.6.3....................................................................................................Utilizarea fibrelor metalice......................................................................79

3.7. Ultimele cercetri...80

EVALUAREA TEHNICILOR DE MBUNTIRE ALEGTURILOR DINTRE MATRICE I RANFORT


3/94

4.1. Subiecte controversate asupra umectrii824.1.1.................................................................................................... Unghiul de umectare (de contact)............................................................824.1.2....................................................................................................Co

ndiii necesare pentru umectarea metalelor.........................................844.1.3.................................................................................................... Noile observaii-filmul precursor.............................................................. 854.1.4.........................................................................................Condensarea dup dizolvri pariale ale solidului nlichid..................................................................................................874.1.5. Depunerea preferenial a vaporilor pe suprafee solidevecine bi metalice.............................................................................. 874.1.6. Concluzii asupra existenei filmului precursor i rolul

lui n mecanismul de umectare............................................................894.2. Tehnici de mbuntire a legturilor din interfa....................904.2.1....................................................................................................Consideraii generale............................................................................... 904.2.2...................................................................................................Utilizarea acoperirilor............................................................................. 924.2.3.................................................................................................... Adiia elementelor de aliere la metalul topit..............................................934.2.4...................................................................................................Sta

bilitatea interfeei................................................................................ 944.2.5. Controlul reaciilor din interfa.............96

Partea a II-a

COMPOZITE DURE SINTERIZATE DIN CARBURIMETALICE

5.1. Prezentarea general a compozitelor dure sinterizate..............100

5.2. Materii prime i tehnologii pentru producereacarburilor metalice...........................................................................1015.2.1. Wolfram-Carbur de wolfram................................................1035.2.2. Titan-Carbur de titan............................................................ 1055.2.3. Tantal, niobiu. Carbur de tantal-niobiu..................................1055.3. Formarea la rece a pieselor..1065.3.1. Preformarea, presarea n matri.............................................1065.4. Sintetizarea..1095.4.1. Mecanismul sinterizrii........................................................... 109

5.4.2. Parametrii tehnologici............................................................. 1095.4.3. Tipuri de sinterizare................................................................1105.4.4. Probleme deosebite ale sinterizrii..........................................1115.5. Prelucrarea pieselor din aliaje dure...111


4/94

5.5.1. Prelucrarea cu scule din materiale abrazive............................1115.5.2. Prelucrarea prin eroziune a aliajelor dure.......................... 1155.6. Produse din aliaje dure sinterizate............................................1195.6.1. Aliaje dure sinterizate utilizate pentru achierea metalelor......119

5.6.2. Aliaje dure sinterizate din carburi metalicerezistente la uzur.............................................................................. 1245.6.3. Consideraii asupra acoperirii CVDa plcuelor achietoare......................................................................129

COMPOZITE CERAMICE

6.1. Prezentare, generaliti..............................................................1316.2. Compozite ceramice tehnice.......................................................131

6.3. Factori ce influeneaz sudura grunilor...................................1336.4. Domenii de utilizare a compozitelor ceramice.............................1346.5. Tehnologii de formare a produselor ceramice.............................1356.6. Proprietile mecanice i fizice ale compozitelor ceramice..........144

COMPOZITE CU MATRICE ORGANICA7.1........................................................................................Prezentare igeneraliti.................................................................................1487.2........................................................................................Calitile iavantajele materialelor plastice...............................................1487.3.....................................................................................................Inconvenientele maselor plastice...............................................................1497.4.....................................................................................................Natura polimerilor.................................................................................... 1507.5.....................................................................................................Structura polimerilor............................................................................... 1517.5.1..................................................................................................Polimeri liniari.........................................................................................1517.5.2..................................................................................................Poli

meri ramificai i tridimensionali.......................................................1527.5.3..................................................................................................Polimeri cristalini.....................................................................................1547.6. Aditivii polimerilor................................................................ ...1557.6.1..................................................................................................Plastifiani i stabilizani............................................................................1567.6.2..................................................................................................Aditivi diferii............................................................................................ 1587.7. Proprietile matricilor plastice................................................159

7.7.1..................................................................................................Consideraii generale................................................................................. 1597.7.2..................................................................................................Proprieti mecanice instantanee............................................................... 160


5/94

7.7.3. Rezistena la oc i comportamentul maselor plastice la oc..1647.7.4..................................................................................................Proprietile i comportamentul pe termen lung.......................................169

7.7.5....................................................................................... Oboseala icomportamentul maselor plastice la oboseal..1717.8. Tehnologii de prelucrare a compozitelor cu matrice organic... .1727.8.1.................................................................................................Matriarea compozitelor cu matrice termoplstic.......................................1727.8.2..................................................................................................Matriarea compozitelor cu matrice termorigid.......................................179

Compozite din polimeri celulari 183

Partea a II-a

COMPOZITE DURE SINTERIZATE

DIN CARBURI METALICE

Prezentarea general a compozitelor dure sinterizate

Orice compozit dur sinterizat este utilizat datorit proprietilor sale deduritate ridicat, asociat frecvent cu stabilitatea proprietilor fizico-mecanice latemperaturi ridicate (800-2500C). La utilizarea i elaborarea lor s-a urmrit o ctmai bun rezolvare a corelaiei duritate-tenacitate, care n cazul unor valoriridicate pentru ambele proprieti conduce la o bun rezisten la uzur abrazivi la oc mecanic.

Aceste aliaje dure sunt realizate prin tehnici ale metalurgiei pulberilor prinsintetizarea unor carburi sau de materiale ceramice, boruri, nitruri, carbonitrurisau oxicarbonitruri.

Aliajul dur sinterizat clasic este un produs obinut prin mbinareaparticulelor fine de wolfram, rezistente prin duritatea lor mare la abraziune, culiantul de sinterizare tenace i relativ moale, cel mai frecvent utilizat fiind cobaltulmetalic.

Cobaltul care este lichid n timpul sinterizrii, ptrunde, difuzeaz inglobeaz toate particulele dure, formnd dup rcire o mas metalic compactcare se comport ca un monolit.

Principalele mrci de compozite dure sinterizate destinate sculelorachietoare precum i proprietile acestor materiale dure sunt prezentate n tabelul5.1. i respectiv n tabelul 5.2.

Pentru achierea metalelor, cele mai larg utilizate sunt n prezent aliajele


6/94

dure sinterizate pe baz de carburi i materiale ceramice.Materialul cu cea mai mare pondere de utilizare n construcia sculelor

achietoare, n prezent numit "metal dur" sau "amestec de carburisinterizate", are structura compact din cele trei faze tradiionale: carbura

complex de wolfram-titan sau wolfram-titan-tantal sau monocarbur de wolfram-cobalt (liant).

Tabelul 5.1. - Principalele mrci de compozite dure sinterizate destinate sculelorachietoare.

Denumirea aliajului Marca comercialData

fabricriiCarbur de wolfram

obinut prin topire- 1914

WC-Fe-Ti-Co (presat

la cald din topire

TIZIT 1917

WC-Co sinterizat WIDIA 1923Mo2C-TiC-Ni sinterizat TITANIT (CUTANIT) 1929

TaC-Ni sinterizat RAMET 1930WC-TaC-Co sinterizat CARBOLOY 1931WC-TaC-Co sinterizat WIDIA X 1931WC-TiC-TaC sinterizat FIRTHITE 1932

WC-TiC-Co sinterizat

n baie de Ni

KENNAMETAL 1937

TiC-Co (Ni)-Crsinterizat

WZ 1948

TiC-TaC-NbC-Co(Ni) KENTANIUM 1949Cr3C2-Ni CARBOLOY 1950

Pentru mbuntirea tehnologic a proprietilor acestor aliaje i pentrumrirea indicilor de productivitate a sculelor, productorii de carburi, acioneaz n

fabricaie pe urmtoarele direcii:- diversificarea gamei de carburi: TiC, WC, TaC, NbC, VC, HfC;- carburile complexe se nlocuiesc cu carbonitruri deoarece sunt mai

stabile


7/94

din punct de vedere chimic;- se tinde spre o granulaie structural ct mai fin;- se utilizeaz pulberi ct mai neoxidante.

5.2. Materii prime i tehnologia producerii carburilor metalicePentru realizarea unor produse finale cu multiple utiliti, se acord o mare

importan, naturii i calitii materiei prime precum i tehnologiei de producere acarburii metalice.

Principalele materii prime utilizate de tehnicile clasice pentruproducerea aliajelor dure sinterizate sunt:

- tiroxidul de wolfram (WO3);- acidul wolframic (H2WO4);- paratungstatul de amoniu (5(NH4)2O.12WO3xH2O);- wolfram metalic (W);- bioxid de titan (TiO2);- pulbere de tantal (Ta);- pulbere de cobalt;- negru de fum.Carburile sunt produse direct din oxizi, sau din pulberi metalice i sunt

amestecate fie sub form individual, fie sub form de soluii cu pulberea de cobalt.Amestecurile sunt mcinate umed pentru completa dispariie a componentelor ntreele ct i a cobaltului respectiv n masa de carburi.

Tabelu l 5.2.- Principalele proprieti ale celor mai uzuale materiale dure.

Formula

S

tructuracristalin

Rensitateag/cm

3

PunctdefuziuneC

Microduritate

Vickersla20Ccu

sarcin50g

Moduldeelasticit

ate

la20CkN/mm2

Coeficientdedilat

are

termicpnla

1200C

xioYc

TiC Cubic 4,92 3067 30 460 7,7ZrC Cubic 6,66 3420 28 350 6,7HfC Cubic 12,67 3950 28 359 6,6VC Cubic 5,48 2700 21 430 7,2

NbC Cubic 7,82 3600 20 345 6,5TaC Cubic 14,4 4000 17 291 6,3Cr3C2 Rombic 6,74 1895 13,5 380 11,7Mo2C h.c. 9,17 2486 15 544 6,4WC H.c 15,77 2776 17 710 4,8SiC c.c, h.c. 3,22 2827 33,4 481 5,2B4C Romboedric 3,52 2350 49,5 434 5,5


8/94


9/94

Fig. 5.1.- Schema fluxului tehnologic clasic de producere a pulberilor de carburi metalice.

5.2.1. Wolframul - carbura de wolfram

n general sunt disponibile sursele n care coninutul de wolfram este relativmic (20-30%W). Minereurile cele mai rspndite sunt wolframita Fe(Mn)WO4 ischeelita (CaWO4) cu aprox. 70%W.

Prima etap este trecerea de la scheelita la tioxid de wolfram prinurmtoarele operaii clasice:

- atacul cu acid clorhidric al minereului sfrmat pentru obinereaunui acid wolframic (WO3H2O) impur care este separat de clorurile formaten momentul atacului i de excesul de acid clorhidric prin splare;

- acidul wolframic este pus n soluie ntr-un exces de amoniac pentruformarea wolframului de amoniu WO3(NH4)2O. Prin evaporare controlatrezult paratungstatul de amoniu, care n urma calcinrii, d trioxidul dewolfram sau anhidrida wolframic (WO3).

n a doua etap, prin reducere cu hidrogen a anhidridei wolframice la 900Cse obine wolframul metalic pulbere.


10/94

Fig. 5.2.- Etapele tehnologice ale fabricaiei prin procedee hidrometalurgice ale pulberii de

wolfram (la firma Eurotungstene Frana).

Carbura de wolfram este produs n general prin carburarea pulberii dewolfram. De remarcat este faptul c unii productori, pornesc n producereacarburii de wolfram de Ia minereu. Mai recent cunoscut i utilizat industrial,

procedeul "Macro", desfurat pe baza unor reacii de tip aluminotermic latemperaturi nalte (cea. 2500C), permite transformarea direct a minereurilor i

materiilor prime n carbur de wolfram de nalt puritate. Aceast cale tehnologiceste economic numai acolo unde rezultatele secundare ale procesului respectiv potfi utilizate n oelrii.

Carburarea pulberii de wolfram se face cu negru de fum la temperaturide cea. 1375-1650C n funcie de mrimea particulei dorite. Sunt luate precauiisuplimentare pentru meninerea la valori ct mai sczute a coninutului carbonuluiliber, oxigenului i azotului. Este considerat corespunztoare o carbur careconine %Ctotai = 6,18-6,22 din care 0,05-0,1% este carbon liber.

n prezent are tot mai mult importan metoda direct de producere a

carburii de wolfram prin procedeul numit "Macro Process" brevetat de firmaKennametal Inc. din S.U.A. n acest procedeu, un amestec de minereu dewolfram, deeuri de piese sinterizate i oxid de fier este redus prinaluminotermie i simultan carburat prin utilizarea carburii de calciu i acarbonului. Reactivii sunt dozai proporional pentru a dezvolta reaciaexotermic autosusinut pn Ia cea. 2500C. Procedeul este rapid, are timp dereacie foarte scurt i produce o complet carburare a wolframului fr a pstracarbon liber.

5.2.2. Titanul - Carbura de titan

Producerea carburii de titan pornete aproape n exclusivitate de la oxid,ntruct pulberea de titan metalic este relativ scump. Amestecul de oxid de titan icarbon (68,5-69%Ti), se prepar prin amestecare uscat, ori prin mcinare umed


11/94

n utilaje speciale, se usuc i se bricheteaz, iar n final este carburat la 2100-2300C.

Din punct de vedere tehnic, carbura de titan se obine uzual cu un coninuttotal de carbon de 19-20,5% din care 0,5-2% se prezint sub form de carbon

liber. Corespunztor dezechilibrului balanei de carbon, coninuturile deoxigen i azot sunt relativ ridicate.

5.2.3. Tantalul, niobiul. Carbura de tantal-niobiu

Pulberea metalic se obine prin reducerea alcali-metalelor sau prinelectroliza topiturii acestei duble fluoruri. Odat obinut pulberea de tantalrespectiv tantal-niobiu, aceasta constituie materia prim preferat pentru producereacarburii.

Producerea carburii de tantal-niobiu din pulbere metalic este analoagproducerii carburii de wolfram. Totui, n timp ce pulberea de tantal este relativscump, este preferabil s se porneasc de la pentaoxid de tantal. Se carbureazamestecurile de pentaoxid de tantal i carbon, utilizndu-se un cuptor continuutubular din grafit sau nclzit cu rezistene de molibden.

n mod satisfctor, carbura de tantal poate fi obinut prin nclzireaamestecurilor de pentaoxid de carbon la 1540C timp de 4 ore, urmat de odezagregare, cernere i recarburare. De obicei tratamentul de recarburare poate firepetat pn ce coninutul de carbon liber atinge valori mai sczute dect 0,05%C.

5.3. Formarea la rece a pieselor

5.3.1. Preformarea, presarea n matri

Tehnica presrii pulberilor urmrete obinerea unor semifabricate de formstabil (ce permit cel puin o manipulare sigur) i cu o porozitate precis.

Tehnologia presrii - presarea pulberilor n matrie cuprinde: -dozareapulberilor, presarea i extragerea semifabricatului din matri.

Dozarea - tehnica dozrii cunoate metodele: - gravimetric,volumetric i prin timp de umplere.

a. Dozarea gravimetric- cantitatea G de pulberi necesare unei piese sedetermin cu relaia:

G =VP .pm. CpKp/100

Vp - volumul presatului;pm - densitatea real a materialului;

Cp - capacitatea n procente;Kp - coeficient (1,01 -1,02)

Dozarea volumetric - Vn . pn = G = S.hn.pn


12/94

Dozarea prin reglarea timpului de umplere - se bazeaz pe cunoatereafluiditii:

KptFlG =

G greutatea pulberii n grame;Fl fluiditatea (g/s);t timp (s);Kt 1,01 1,02.

Nu se utilizeaz frecvent din cauza fluiditii variabile i a umpleriineuniforme a matriei.

Presarea se face la viteze mici pentru ca aerul nchis s poat fi evacuat.La ndeprtarea forei de presare aerul nchis i comprimat se poate relaxa i

provoca fisurarea presatului. Meninerea forei de presare la sfritul fazei, timp de30 secunde d rgaz att la evacuarea aerului nclus, ct i la egalizarea tensiunilorinterioare contribuind la o mai mare omogenizare a presatului. Reproductibilitatea

presatelor nu poate fi asigurat dect dac se menin constante caracteristicilepulberii, cantitatea de pulbere dozat i presiunea.

Scoaterea presatului din matri se realizeaz printr-o micare n sens inversdireciei de presare sau prin utilizarea de matrie demontabile.

Pe msura prsirii matriei, piesa se relaxeaz. Determinnd o mrire adimensiunilor att n direcia preasrii ct i perpendicular pe ea.

Extragerea, indiferent de metod, se efectueaz printr-o micare continui cu vitez mic, similar cu cea de presare. Orice oprire n cursul presrii, saumrirea vitezei de scoatere poate provoca apariia unor fisuri circulare etajate sauexfolieri.

n general, densitatea comprimatelor realizate din aceste amestecuri Iao presiune dat depinde de:

- granulaia carburilor componente;- coninutul de cobalt ca liant de sinterizare;- coninutul de liant de presare:

Efectul presiunii de compactizare (la acelai coninut de cobalt) asupradensitii comprimatului este dat n diagrama din fig. 5.3.


13/94

ntruct sinterizarea se produce n prezena unei faze lichide, densitateacomprimatului are o influen mic asupra densitii finale dup sinteizare, precumi asupra proprietilor fzico-mecanice respective. Densitatea comprimatului arens o mare influen asupra contraciei dup sinterizare.

Cunoscnd densitatea teoretic a aliajului sinterizat s i densitateacomprimatului p se poate calcula contracia liniar C folosind relaia:

C= (( 100/121 sp

Sculele, cu care se realizeaz formarea comprimatelor, sunt numite matrie ipoansoane i au formele constructive i gradul de complexitate strns legate deformele pieselor de realizat.

n fabricaia de piese din carburi metalice sunt utilizate mai mult preselemecanice, pentru repere cu abateri admisibile dimensionale mari i prese hidraulice,

pentru repere cu abateri dimensionale admisibile mici i precizie mare.Referitor la mecanismul presrii izostatice, n comparaie cu presarea n

matri, se remarc unele diferene eseniale. La presarea izostatic forele de

compresiune acioneaz din toate direciile n acelai timp, ceea ce conduce la odeplasare liniar mai mic a unei importante pri a masei de pulbere. Aerul dinpulbere este comprimat ntre particule i influeneaz raportul presiune/volum alpulberii i de asemenea al comprimatului obinut. Cunoaterea mecanismului debaz al comprimrii pulberii la presarea izostatic, precum i comportarea pulberiin acest caz, influneeaz major calitatea optim a produselor.

Printre principalii factori care trebuie cunoscui sunt:- mrimea presiunii aplicate;- granulometria pulberilor;

- procentul de umiditate sau ali liani;- timpul de meninere la presiune;- viteza i caracteristicile de decompresiune;- evacuarea aerului.


14/94

Operaiile de baz ale presrii izostatice sunt n ordine urmtoarele:- msurarea sau cntrirea cantitii de pulbere din care se

confecioneaz piesa;- verificarea formei n care urmeaz s se efectueze presarea;

- umplerea formei cu pulbere i nchiderea ei etan;- ntoarcerea formei n camera de presiune i nchiderea acesteia;- vidarea interiorului formei, dac este necesar;- punerea i meninerea sub presiune a vasului de presiune;decomprimarea;- deschiderea camerei de presiune i scoaterea formei presate.

5.4. Sinterizarea

5.4.1. Mecanismul sintetizrii

Ca operaie tehnologic, sinterizarea este un tratament termic ce se aplic unuisemifabricat din pulberi n scopul mbuntirii proprietilor fizico - mecanice derezisten, utilizndu-se o temperatur suficient de mare, dar sub punctul de topire acomponentului principal.

Elementul caracteristic al sinterizrii, care o distinge de alte tratamente la cald,este majorarea rezistentei mecanice a seciunilor de contact dintre granule. Corpulsinterizat nceteaz de a mai fi considerat un conglomerat de particule individuale

ntruct noilor proprieti le revine un corp unic.Forele ce cauzeaz aceast legtur dintre vechile particule individuale,

sunt analoge forelor care stau la baza coeziunii atomilor i a moleculelor materialelormetalice.


15/94

Fig. 5.4.- Legturile-punte dintre gruni.

Corpul sinterizat avnd o structur metalic, legturile care se stabilesc

prin sinterizare ntre granulele pulberii trebuie explicate prin forele interatomice pecare se bazeaz constituia cristalin a metalelor.

Prin nclzire, ntr-un sinterizat pot avea loc reacii chimice, transformrialotropice i n toate cazurile are loc dilatarea termic. Fiecare din acesteainflueneaz mecanismul sinterizrii.

5.4.2. Parametrii tehnologici (temperatur, durat, mediu protector ipresiunea).

Toate fenomenele ce provoac mecanismul sinterizrii cresc n intensitate

n funcie de temperatur, se desvresc n timp i pot fi influenate prinpresiune. n plus, mediul protector (gaze sau vid) le poate modifica intensitatea sauchiar altera efectele.

Temperatura - temperatura de sinterizare trebuie s fie superioar sau cel puinegal cu temperatura de recristalizare, practic ntre 2/3 i 4/5 din temperatura absolutde topire a componentului principal.

Drept criteriu pentru aprecierea temperaturii de nceput a sinterizrii seconsider temperatura minim la care se poate constata existena unui efect deadeziune ntre dou particule fr a fi presate n prealabil.

Durata sinterizrii - se stabilete n funcie de proprietile finale alesinterizatului. Are o valoare exclusiv experimental.Mediul protector - poate fi reductor, oxidant, neutru sau carburant. De obicei

se folosesc medii gazoase, asigurndu-se a alimentare continu a spaiului de sinterizarecu gaz proaspt i evacuarea celui impurificat.

Sinterizarea n vid, se prefer n cazul marilor pretenii de puritate, pentrumateriale sensibile la oxigen sau la alte gaze. Vidul favorizeaz evacuarea gazelor ia substanelor volatilizate. Sinterizarea n vid nu elimin nici ea porozitatea rezidual,chiar dac se aplic cele mai riguroase msuri de compactizare.

Sinterizarea sub presiune - are loc atunci cnd prin presare la cald se atingtemperaturi corespunztoare sinterizrii metalului respectiv. Procesul de sinterizarese desfoar cu preponderen n ultima faz a operaiei, aceea de meninere latemperatura maxim specific.


16/94

Presiunea accelereaz creterea suprafeelor de contact, rspndirea fazeilichide, reducerea porilor i evacuarea gazelor, iar temperatura favorizeazdetensionarea reelei, difuziunea, recristalizarea, curgerea vscoas i reducereaoxizilor.

5.4.3. Tipuri de sinterizare

Tipul I - cuprinde sinterizarea de m.p., s.s. sau c.c. omogenizate din punct devedere structural. Are caracteristic:

- nu se formeaz faz lichid;- compoziia chimic nu se modific;- nu se formeaz faze noi;- sinterizarea este nsoit de contracie;- cresc dimensiunile cristalitelor.Tipul II - cuprinde sinterizarea de a.m. a doi sau mai muli componeni total

insolubili n stare solid. Fiecare component reduce posibilitatea de contact pentrugranulele celuilalt, astfel nct sinterizarea celuilalt este frnat. Contactul intimdintre granulele de natur diferit asigur totui o sinterizare prin adeziune, ea fiindindependent de natura atomilor. Exemplul clasic este materialul SAP, pe baz de Al iA12O3 n diferite procentaje.

Tipul III - cuprinde sinterizarea de amestecuri mecanice a doi sau mai mulicomponeni total sau parial solubili n stare solid, fr a fi necesar o faz lichid.Exemplu :

- aliajele termorefractare Ni - Co - Al - Ti, n care Al i Ti formeaz cuelementele de baz Ni i Co aliaje clibile. Pulberea omogenizat 30 minute se preseazcu 3 tf/cm2 i se sinterizeaz 5 ore n H2 la 1280 C. Materialul se prelucreaz ncontinuare prin deformare la cald i se trateaz termic la 800 C cu rcire lent pentrudurificare. Materialele respective se utilizeaz la fabricarea rachetelor i a turbinelorcu gaz.

Tipul IV - reprezint cazurile de sinterizare cu faz lichid, indiferent deraporturile reciproce ale componenilor. Componentul solid este insolubil sau parialsolubil n faz lichid. Sistemul rmne dup sinterizare cu o structur eterogen.

Exemplu - plcuele WIDIA sau impregnarea cu material lichid a unui corp poros.

5.4.4. Probleme deosebite ale sinterizrii

n urmrirea i controlul sinterizrii este foarte important bilanul de carbon alaliajului sinterizat.

O prim cale de a stpni acest bilan, este neutralizarea tuturor reaciilor cepot avea loc n timpul sinterizrii. n acest caz, i distribuia carbonului n interiorul

piesei sinterizate va rmne uniform sau tot att de uniform ct a fost n amestec.A doua cale, este cunoaterea din timp a pierderilor de carbon i a limitelor ncare vor varia. Pe aceast cale, o simpl nlocuire a acestor pierderi n timpuloperaiei finale de sinterizare va reechilibra bilanul deficitar.


17/94

O alt problem a creterii potenialului carbonului este legat de gradientul decarbon n interiorul piesei sinterizate. Absorbia de carbon are Ioc n principal naintes se produc contracia i densificarea comprimatelor, astfel nct toate muchiile saucolurile se mbogesc n carbon. Aceste variaii ale coninutului de carbon n interiorul

piesei pot produce distorsiuni i pot deteriora forma piesei.

5.5.Prelucrarea pieselor din aliaje dure

5.5.1. Prelucrarea cu scule din materiale abrazive

Parametrii care influeneaz prelucrrile prin rectificare a pieselor din aliajedure sunt: - materialul i forma piesei de prelucrat, scula utilizat, maina-unalt pecare se face prelucrarea. Lichidul de ungere i rcire.

Astfel, forma i dimensiunile suprafeelor piesei prelucrate determin alegereaformei sculei i a mainii-unelt; materialul piesei prelucrate determin tipul de materialabraziv al sculei, prtecizia i rugozitatea suptafeei prelucrate determin alegerea

parametrilor constructivi ai sculei abrazive, forma i mrimea granulelor abraziveutilizate etc.

Sculele pentru rectificare - sunt de tip disc abraziv. Pentru diferite prelucrri,se folosesc i alte tipuri de scule, cum sunt: corpuri abrazive, materiale abrazive pe

suport (hrtie, pnze, paste etc.) i pulberi abrazive libere.Corpurile abrazive se difereniaz dup: calitata abrazivului , granulaie,

felul liantului, duritate, structur, form i dimensiuni.

Materiale abrazive - Pentru prelucrarea pieselor din aliaje dure, cele maiutilizate abrazive sunt carbura de siliciu i diamantul. La ascuirea tiurilor sculelori lepuirea cu granule libere, se folosete carbura de bor, iar n ultimul timp, nitruracubic de bor. Pentru rectificarea corpurilor din oel ale sculelor cu aliaje dure seutilizeaz corindonul. Diamantele naturale pregtite se folosesc ca granule dediamant libere, n paste de lefuire i polizare, sau combinate, n form de discuriabrazive, tifturi abrazive i pile din diamant.

Cu rezultate bune este utilizat nitrura cubic de bor, NCB, cu diverse denumiricomerciale ca: Borazon, Elbor, Cubonit etc, realizat la scar comercial sub form decristale metalizate sau nemetalizate, policristale sau aglomerate.

Granulatia materialelor abrazive - Prin granulaie se nelege coninutul ngranule de diferite mrimi, exprimat n procente de greutate. La granulele de materialabraziv raportul dimensiunii maxime fa de cea minim nu trebuie s depeascvaloarea 5:1 pentru 60% din numrul granulelor.

Natura liantului - Lianii pentru corpurile abrazive sunt materiale care leaggranulele de abrazivi, obinndu-se astfel corpuri de forma i dimensiunile dorite.

Pentru rectificarea aliajelor dure cu materiale abrazive clasice se folosescuzual liani anorganici (liani ceramici, minerali-silicoi sau magnezieni, metalici


18/94

sinterizai cu bronz poros, cu bronz dens, cu oel etc.) i n cazuri speciale, lianiorganici (rini sintetice, lacuri, liani pe baz de cauciuc natural sau sintetic.

Duritatea corpurilor abrazive - Duritatea corpurilor abrazive depinde ngeneral de structura corpului i de liantul utilizat. Duritatea unui disc abraziv este

dat de rezistena opus de mulimea granulelor abrazive fa de fora de smulgere alor din masa liantului n timpul achierii. Ea arat tria legturii intre liant igranule i nu duritatea propriu-zis a granulelor abrazive.

Duritatea unui abraziv este proprietatea acestuia de a rezista uzurii mecanice in special aciunii unui corp ascuit care tinde s ptrund n masa abrazivului. Cavalori pentru duritatea unui abraziv se iau valori comparate cu scara Mohs (tabelul5.3.). Duritatea pietrelor abrazive se noteaz cu litere, fiecare liter reprezentnd oduritate mai mare dect litera precedent.

Tabelul 5.3. - Scara de duritate Mohs.

l-Talc; 2-Ghips; 3-Calcit; 4-Fluorin; 5-Apatit; 6-Feldspat; 7-Cuar; 8-Topaz;9-Corindon; 10-Diamant.

Forma sculelor abrazive - Sculele abrazive utilizate pentru rectificare sunt detipul discuri abrazive. Discul se compune dintr-o parte activ (stratul de abraziv) i uncorp pe care este fixat abrazivul. Forma constructiv a discului abraziv este impusde necesitile de utilizare. Partea activ a discului este inelar, cu seciunedreptunghiular sau profilat. Dispunerea stratului abraziv pe corp se poate face pe

periferie sau pe prile frontale ale acestuia. Formele i dimensiunile discurilor

abrazive sunt stabilite n ara noastr n diverse standarde dimensionale (STAS601/1 ;2;3-84 pentru pietre cilindrice).

Condiii de rectificare a pieselor din aliaje dure - La rectificarea pieselordin aliaje dure, rinile, sculele i condiiile de lucru trebuie s fie alese corect, ndeplin concordan, pentru ca rectificarea s aib rezultate bune.

Rezultatul operaiei de rectificare este caracterizat prin capacitatea de achiere adiscului abraziv, calitatea suprafeei obinute i stabilitatea dimensional i a formeisuprafeei prelucrate. Se admite o capacitate mare de achiere la prelucrrile dedegroare, deoarece calitatea rectificat este diminuat. Tipurile destinate prelucrrilor

de precizie impun o atenie mai mare la rectificare dect cele mai tenace pentruachierea de finisare i de degroare (tabelul 5.4.).Tehnologii de ascuire a sculelor aschietoare armate cu plcue din aliaje

dure -Ascuirea sculelor aschietoare armate cu plcue din aliaje dure este necesaratt la fabricarea lor ct i la reascuire. Ascuirea i netezirea (superfinisarea)trebuie s asigure:

- geometria dat a elementelor de achiere ale sculei;- rugozitatea corespunztoare a suprafeelor active i a muchiilor achietoare

(suprafeele ascuite au n general Rmax = 1,6...3,2 m, iar dup netezire

Rmax = 0,2... 0,5 m).Tabelul 5.4. - Posibilitile de rectificare ale aliajelor dure.


19/94

Tipuri de aliaje dure dingrupele de utilizare pentru

achierePrelucrabilitatea la achiere

P01

P05

KOI

K05 Necesit atenie specialP10 M50 K10 Necesit atenieP20P25P30

M20M30

K20 Se rectific bine

P40P50

M40K30K40

Se rectific foarte bine

n practic, ascuirea se realizeaz prin trei grupe de procedee:- ascuirea cu abrazivi (abrazivi convenionali, diamant, NCB etc);- ascuirea prin procedee de prelucrare prin eroziune (ofer caliate

superioar suprafeei prelucrate i economii de manoper i materialeabrazive, dar instalaii speciale sunt scumpe);

- rectificarea chimico-mecanic a plcuelor din aliaje dure.n general, plcuele din aliaje dure pot fi ascuite utiliznd discuri abrazive

cu abrazivi convenionali sau cu diamant, iar netezirea se poate face prin procedeul delepuire clasic cu paste abrazive convenionale sau cu paste diamantate.

Defectele ascuirii pot fi ndeprtate prin: alegerea corect a tipului de abrazivi a celorlalte caracteristici ale pietrei utilizate; alegerea unei tehnologii deachiere corecte; alegerea regimului de achiere optim; aplicarea netezirii finale dupascuire, pentru corectarea microgeometriei suprafeelor prelucrate.

Lepuirea suprafeelor cu mater iale extradure - La netezireasuprafeelor actice ale sculelor prevzute cu plcue din aliaje dure, se utilizeazfrecvent lepuirea cu abrazivi convenionali. De asemenea la piesele din aliaje dure, lacare prin rectificarea de precizie nu se obine totui calitatea dorit a suprafeei, seaplic operaia de lepuire cu granule izolate de diamant (pudre) sau cu paste de

lepuit care dau o calitate deosebit suprafeei prelucrate. Lepuirea este utilizat nfoarte multe situaii ca: superfnisarea sculelor achietoare cu plcue din aliajedure, lustruirea diferitelor matrie din carburi metalice, lefuirea filierelor dincarburi metalice. Lepuirea cu diamant reprezint avantajul c granulele de diamanti pstreaz timp ndelungat proprietile achietoare. Pudrele de diamant suntmai puin utilizate, locul lor fiind luat de pastele de diamant, preferate datoritelementelor de umplutur din compoziia lor.

Operaiile de superfinisare cu pudre i paste de diamant se pot executa manualsau mecanic, pe maini clasice sau specializate. Mainile de lepuit au construciifoarte variate, funcie de destinaia lor, i sunt prevzute cu platouri de lefuitmetalice cu rizuri circulare. Se folosesc viteze de lucru de 2-5 m/s, presiuni de 50-150daN/cm2 i adaosuri de prelucrare de 10-25Dm.


20/94

5.5.2. Prelucrarea prin eroziune a aliajelor dure

Procedeul de eroziune este definit ca un proces de distrugere dirijat aintegritii straturilor de suprafa ale obiectului supus prelucrrii. Energia agentului

eroziv poate fi de natur electric, electromagnetic, electrochimic, chimic, termicsau mecanic. Energia agentului eroziv se transform n zona de interaciune nenergie de distrugere a straturilor de suprafa i trebuie sa fie suficient de mare ifavorabil repartizat nct s depeasc energia de legtur a particulelor piesei de

prelucrat.Funcie de natura sa, energia distructiv se poate manifesta prin urmtoarele

fenomene:- topire, vaporizare, sublimare a unor volume elementare de material;- ruperi de material din straturile de suprafa prin aciuni termice i

mecanice;- coroziune.

Prelucrarea prin eroziune electric a aliajelor dure

Prelucrarea prin eroziune electric are la baz efectul eroziv polarizat al unordescrcri electrice prin impuls, amorsate succesiv ntre un electrod i obiectul

prelucrat.Schema de principiu a unei prelucrri dimensionale prin eroziune electric

este prezentat n fig. 5.5.

Fig. 5.5. - Schema de principiu aprelucrrii prin eroziune electric:descrcare electric prin impuls;2-element de material; 3-mediu dielectric.

Se consider doi electrozi metalici conectai la o surs de energieelectric i separai printr-un dielectric. La o tensiune i o putere suficient asursei, ntre electrozi apare o descrcare electric care trece printr-o serie de stadiisuccesive; descrcare luminiscent, scnteie, scnteie-arc i arc. Cnd intensitateacmpului electric este superioar rigiditii dielectrice a mediului, apare odescrcare luminiscent caracterizat de o cdere mare de tensiune ntre electrozi,valori de curent mici i durat foarte redus (10 -810-7s) (poriunea AB adiagramei din fig. 5.6.).

Fig. 5.6. - Stadiile descrcrii electrice:


21/94

1-luminiscent (AB); 2-scnteie (BC);3-scnteie arc (CD); 4-arc (DE).

Fig. 5.7. Prelucrareaelectrochimic abraziv:

l-piesa de prelucrat;2-masa mainii;3-alimentarea cu electrolit;4-disc cu diamant;5-ax izolat electric

Amorsarea descrcrii const n distrugerea n salturi a rigiditii mediuluidielectric dintre diferite particule conductoare coninute n dielectric, n finalntreaga punte devenind conductoare.

Curentul trecnd prin punte i micoreaz rezistena i la un moment datpuntea explodeaz rmnnd un canal filiform, ionizat prin care trece un curentputernic. Are loc o descrcare prin scnteie ce dureaz 10 -6 s (zona BC). nstadiul urmtor, cderea de tensiune se micoreaz i arcul se prelungete la10-4 s. Stadiul de arc nestaionar ncepe la o cdere de tensiune de 30V dup 10-4...10-5 s de la nceputul descrcrii. Se stabilizeaz acum diametrul descrcrii i

intensitatea curentului (zona DE). Cmpul electric dintre electrozi determinfore care deplaseaz particulele din canalul filiform ionizat. Descrcrileelectrice n arc pot fi amorsate i prin ruperea unui contact electric parcurs decurent, ntre electrozi. Tehnologia de prelucrare prin eroziune elctric diferfuncie de particularitile fiecrei prelucrri n parte. Parametrii variabili ai

prelucrrii sunt: adncimea de eroziune, rugozitatea suprafeei obinute, debitulprelucrrii, uzura electrodului scul etc.

Prelucrarea prin eroziune electrochimic a aliajelor dure.

Principial, prelucrarea electrochimic a aliajelor dure se face ca i a altormateriale, bazndu-se pe fenomenul de dizolvare anodic, adic pe trecerea nsoluie a materialului de la anod. Pe suprafaa anodului se formeaz o pelicul

pasiv, care trebuie ndeprtat pentru ca procesul de dizolvare anodic scontinue.

Principial, prelucrarea electrochimic abraziv combinat cu aciunea deabraziune a unui disc diamantat este schematizat n fig. 5.7.

ndeprtarea peliculei pasive de pe anod (depasivare) poate fi natural sauartificial. Depasivarea natural este cea la care produsele eroziunii sunt

ndeprtate de forele rezultate prin degajarea de gaze n procesul de formare apeliculei pasive i prin dizolvarea peliculei n electrod. Depasivarea artificialse face n dou moduri:

- depasivare forat hidromecanic care este efectuat de ctre un


22/94

curent de electrolit sub presiune;- depasivare forat mecanic prin abraziune, la care pelicula este

ndeprtat prin aciunea mecanic de abraziune, cum este cazul ascuiriisculelor, n special a celor cu aliaje dure.

Avantajele metodei sunt:- la prelucrarea carburilor sau combinaiilor carburi-oel, nu aparfisuri pe suprafeele prelucrate sau tensiuni interne n sculele care se ascut;

- prelucrarea se face cu presiuni sczute;- viteza de rectificare poate fi mai mare;- calitatea suprafeei este bun (Ra = 0,2 - 0,05m).

Corpul discului de rectificat se confecioneaz din materiale buneconductoare de electricitate ca alam, bronz etc. Liantul discului abraziv estemetalic, din Cu cu Al sau Cu cu Sn.

Prelucrarea prin eroziune cu radiaii i prin eroziune abraziv n cmpultrasonic

Prelucrarea are loc ca urmare a surselor termice de temperaturi nalte ceapar la locul de interaciune. n practic, aliajele dure se prelucreaz cu fasciculede electroni i cu fascicule de fotoni care servesc n general la realizarea de gurifoarte mici.

n primul caz, prelucrarea se face cu fascicule din electroni cu densitate ienergii cinetice mari, accelerai, comandai i focalizai pe suprafaa obiectuluiaflat ntr-o incint vidat. Prin absorbia energiei cinetice a electronilor,materialul se nclzete pn la vaporizare (6000K), n timp ce la distan de lmmnu depete 600K. Materialul este expulzat de presiunea vaporilor formndu-secratere de eroziune, care se succed pn la strpungerea complet a obiectuluide prelucrat.

n al doilea caz, Ia utilizarea fasciculelor de fotoni, prelucrarea serealizeaz n generatoare cuantice cu radiaii, numite lasere. Principiul defuncionare al acestora se bazeaz pe absorbia de energie de ctre un mediu activ

i emiterea acesteia sub form de radiaie stimulat. n zona de interaciune afascicului de fotoni focalizai cu obiectul de prelucarat, materialul acestuia estetopit i vaporizat la temperaturi de aprox. 18000K.

Prelucrarea cu laser este economic la executarea orificiilor icanalelor cu dimensiuni sub 0,5 mm, cnd alte metode sunt scumpe i greu deaplicat.

Prelucrarea prin eroziune abraziv n cmp ultrasonic


23/94

Principiul prelucrrii este schematizat n fig. 5.8.Corpul ajutotr 1, care vibreaz cu frecven ultrasonic (10-30.103Hz) i

transmite enrgia cinetic particulelor abrazive 2 aflate n suspensie n mediullichid 5 supus prelucrrii. Particulele abrazive n numr mare (30.000-100.000/cm 2)

lucreaz cu ocuri repetate pe suprafaa obiectului de prelucrat, desprinznd din elparticulele 4.

n spaiul de lucru se mai produc i fenomene de cavitaie ultrasonic, care apardatorit variaiei rapide a presiunilor locale n lichid. n procesul de eroziuneabraziv ultrasonic, muchiile active ale granulelor se uzeaz, o parte din granule se

pot frmia i scade productivitatea prelucrrii. Ca urmare, suspensia abraziveste circulat n timpul prelucrrii i se nlocuiesc granulele abrazive uzate.Uzura corpului ajuttor se produce la transmiterea ocuri'or dinamice, cnd

granulele abrazive penetreaz i n materialul mai tenace al acestuia.

Fig. 5.8. - Principiul prelucrrii prineroziune abraziv ultrasonic: v-viteza devibraie (micarea principal); vs-viteza deavans; Fs-fora de avans; l-corp ajuttor(scul); 2-particule abrazive; 3-lichid care

poart n suspensie particulele 2; 4-particuldesprins din obiectul prelucrrii; 5-obiectul

prelucrrii.

n procesul de prelucrare, forma geometric a suprafeei erodate nobiectul prelucrrii corespunde formei corpului ajuttor (scul).

5.6. Produse din aliaje dure sinterizate

5.6.1. Aliaje dure sinterizate utilizate pentru achierea metalelor

Tipuri de carburi metalice sinterizate utilizate n construcia sculelor

achietoareLa alegerea sortimentului de carbur metalic se ine seama n

principal, de:- caracteristicile materialului de prelucrat i n primul rnd de tenacitatea

i duritatea acestuia;

- uniformitatea achiei piesei de prelucrat. n cazul unor achiineuniforme, sunt necesare sortimente de carburi metalice mai tenace dect ncazul unor achii uniforme;


24/94

- condiiile de prelucrare, n principal parametrii regimului deachiere: viteza de achiere, avansul i adncimea de achiere, care la rndullor depind de felul prelucrrii (de degroare, de semifinisare i finisare).

Sortimentele de carburi metalice pentru achiere au fost reunite printr-orecomandare ISO care stabilete trei grupe principale de utilizare, mprite n maimulte subgrupe.

Grupa P, cu subgrupele P01, P05, P10, P15, P20, P25, P30, P35, P40, P50este destinat materialelor ce dau achii lungi la prelucrare. Compoziia i

proprietile acestei grupe sunt date n tabelul 5.5., iar domeniile de utilizare ntabelul 5.6.

Grupa K, cu subgrupele KOI, K05, K10, K15, K20, K30, K40, K50 seutilizeaz pentru materialele ce dau achii scurte. Compoziia i proprietile

acestei grupe sunt date n tabelul 5.7., iar domeniile de utilizare n tabelul 5.8.Grupa M, cu subgrupele M10, M20, M30, M40 cuprinde sortimente decarburi multiscop. Compoziia i proprietile acestei grupe sunt date n tabelul5.9. Plcuele din grupa M se evideniaz printr-o suficient de mare rezisten amuchiei, astfel nct folosite att la prelucrarea materialelor cu achie lung, ct ia celor cu achie scurt.

Plcuele schimbabile pot fi executate cu sau fr orificiu central pentrufixare. Plcuele schimbabile reversibile pot fi utilizate pe ambele fee i suntconsiderate cele mai uzuale i economice plcue, beneficiarul nemaiexecutndoperaia de ascuire a acestora. Aceste plcue dispun de un anumit numr demuchii achietoare gata pregtite pentru utilizare. Numrul muchiilor este funciede forma geometric a plcuei.

Lipirea cu aliaje a plcuelor din carburi metalice sinterizate - Suntrecomandate prin ISO R 513-66 ca plcue brazabile cele din grupele P (P10, P20,P30) i K (K10, K20, K30) STAS 6373-80/79 dei pot fi brazate i plcue din grupaM.

Cea mai simpl i ieftin metod de confecionare a sculelor este lipireaplcuelor achietoare cu aliaje. Se utilizeaz aliaje adecvate care asigur o fixarefoarte bun a plcuei pe suportul din oel fr s se produc desprinderea sau

spargerea plcuei la achiere. Aliajele de lipit cele mai utilizate au proprietileindicate n tabelul 5.10.

Caracteristic pentru lipire este faptul c materialele care sunt legate prinlipire nu se topesc, ci se topete numai aliajul de lipit, care intr prin difuzie nmaterialele cu care este n contact.

Lipirea cu adezivi a plcuelor din carburi metalice sinterizate pe suportare rezultate numai acolo unde temperatura de achiere nu depete 120C i nuapar ncrcri difereniate ale tiului. Se utilizeaz la sculele cu grosime foarte mici lime mare.

Prinderea cu dispozitive de fixare (prindere mecanic) - Prindereamecanic permite o utilizare mai raional a plcuelor prin utilizarea tuturormuchiilor lor achietoare, acestea ajungnd la plcuele ptrate reversibile la optmuchii active, iar plcuele rotunde pot fi folosite la maximum prin rotirea lor


25/94

periodic cu o anumit valoare a unghiului. Se reduc de asemenea timpii deschimbare a sculelor uzate. Un avantaj l constituie durabilitatea mai mare a

plcuelor, deoarece ele nemaifiind nclzite la temperatura de lipire, i pstreazproprietile. n fig. 5.9. se prezint un sistem clasic de fixare pe suport a plcuei

schimbabile cu gaur.

Tabelul 5.5. - Compoziii i proprieti ale aliajelor WC-TiC-Co.Coninutul % Densitatea

g/cm3DuritateaVickers

daN/mm2

Rezistena lancovoieredaN/mm2

Rezistena lacompresiune

daN/mm2WC TiC Co

94 1 5 14,5-14,7 1500-1600 140-160 55787,5 2,5 10 14,0-14,2 1400-1500 160-178 458

84,5 2,5 13 13,7-13,8 1300-1400 178-200 44786 5 9 13,2-13,4 1450-1550 150-160 45882 5 13 12,8-13,0 1350-1450 160-178 -82 10 8 11,8-12,0 1500-1600 150-170 -78 14 8 11,1-11,3 1550-1650 130-140 41778 16 6 11,0-11,2 1600-1700 110-124 42776 16 8 10,9-11,1 1550-1650 120-130 _ 69 25 6 9,6-9,8 1650-1750 90-110 -61 32 7 8,7-9,0 1650-1750 79-100 40834 60 6 6,5-6,8 1750-1750 70-79 388

Tabelul 5.6. - Domeniul de utilizare a unor aliaje WC-TiC-Co.

Compoziia Domeniul de utilizare25-5%Ti 8-15%Co Rest%WC

Achierea oelului i a oelului turnat cu viteze deachiere mici i medii i avansuri mari-mai mari de3mm/rot. Achierea cu variaii mari ale adncimii detiere. Achiere ntrerupt.

12-14%TiC8-10%CoRest %WC

Achierea oelului i a oelului turnat cu viteze medii deachiere i avansuri medii-mai mari de 2mm/rot., ca iachierea cu achie ntrerupt sau adncime de tierevariabil.

16-18%TiC6-9%Co Rest%WC

Achierea oelului cu viteze mari de tiere iavansuri mici sau medii (mai mari de lmm/rot).

45-60%TiC6-8%Co Rest%WC

Achiere de finisare i gurirea oelului. Prelucrarea cuachii de seciune mic.


26/94

Tabelul 5.7. - Compoziii i proprieti ale aliajelor WC-Co.Compoziia

%WC/Co

Densitateag/cm3

DuritateaVickers

daN/mm2

Rezitena lancovoieredaN/mm2

Rezistena Iacompresiune

daN/mm2

100/1 15,7 92-94 30,0-50,0 29897/3 15,1-15,2 90-93 100-119 59095,5/4,5 15,0-15,1 90-92 119-140 577

91 14,5-14,7 89-91 149-189 48090 14,3-14,5 88,5-90 154-194 46989 14,0-14,3 88-90 159-200 45787 14,10-14,2 87-89 169-209 44885 13,8-14,0 86-88 180-219 38880 13,1-13,3 83-86 199-260 340

75 12,8-13,0 82-84 180-270 31870 12,3-12,5 80-82 -1/100 8,9 - -


27/94

Tabelul 5.8. Domeniul de utilizare al aliajelor WC-Co.Compoziia Domeniul de utilizare

Grupa I97%WC-3%Co

95,5%WC-4,5%Co

Achierea grafictului, ceramicii i a altor materialenemetalice. Degroare, gurire, gurire de precizie a

fontelor. Prelucrarea materialelor neferoase. Filiere detrefilat.Grupa II94,5%WC-5,5%Co93,5%WC-6,5%Co

Sortimente cu granulaie grob: Prelucrarea fonteiturnate (HB>200 daN/mm2), materiale neferoase ialiaje, materiale sintetice i plastice. Palpatori pentruinstrumente i piese rezistente la uzur, care nusolicit o mare tenacitate. Filiere de trefilat. Sortimentecu granulaie fin: Prelucrarea fontei cenuii(HB>200daN/mm2), font maleabil, oel cu

rezisten la rupere peste 175daN/mm2

, bronz, aliajede siliciu, sticl, porelan. Filiere de trefilat.

Grupa III91%WC-9%Co89%WC-ll%Co87%WC-13%Co

Prelucrarea lemnului, rinilor sintetice,materialelor fibroase. Prelucrri uoare ale oelului,degroarea alamei i bronzului. Prelucrarea sudurilor,a pieselor turnate centrifugal sau prin injecie. Plcue

pentru sape rotopercutante i elemente de uzur cereclam tenacitate nalt.

Grupa IV

85%WC-15%Co80%WC-20%Co75%WC-25%Co70%WC-30%Co

Piese rezistente la uzur care reclam tenacitate

ridicat (scule de tiere, matrie de ambutisare,cpuitoare la rece i la cald etc).

Tabelul 5.9. - Compoziii i proprieti ale aliajelor WC-TiC-Tac(NbC)-Co.

Compoziia % Densitateag/cm3

DuritateaVickers

daN/mm2

Rezistena lancovoieredaN/mm2

WC TiC TaC(NbC)

Co

85 4 1 10 13,2-13,4 1350-1450 170-19080,5 5 5,5 9 13,1-13,3 1400-1500 170-20077 6,5 9 7,5 12,5-12,7 1550-1650 140-16059 7 22 12 12,3-12,5 1300-1400 160-18076 7,5 6,5 10 12,0-12,2 1350-1450 170-200

73,5 10 8 8,5 11,8-12,0 1450-1550 140-16072,5 10 8 9,5 11,7-11,9 1400-1500 150-17571,5 10 8 10,5 11,7-11,8 1350-1450 160-19062 12 18 8 11,7-11,9 1600-1700 120-140

59 12 18 11 11,4-11,6 1400-1500 130-15069,5 12,5 8 10 11,2-11,4 1450-1550 140-17070,5 13,5 7,5 8,5 11,1-11,3 1500-1600 130-150


28/94

5.6.2. Aliaje dure sinterizate din carburi metalice, rezistente la uzur

Rezistena la uzur a aliajelor din carburi metalice sinterizatedepete rezistena celor mai bune oeluri. Astfel, rezistena carburilor

sinterizate la temperatura de 900C depete net rezistena oelurilor rapide, nnumeroase aplicaii, aliajele din carburi sinterizate trebuie s reziste la efectulcombinat al uzurii i al atacului coroziv.

Factorii care influeneaz rezistena la uzur a carburilor duresinterizate, sunt: duritatea, rezistena mecanic la temperatura ambiant i latemperaturi ridicate i rezistena la coroziune. n tabelul 5.11. sunt datecomparativ valorile principalelor proprieti ale aliajelor dure sinterizate dincarburi metalice i al altor materiale dure rezistene la uzur.

Tabelul 5.10.- Proprietile celor mai utilizate aliaje de lipit i fondantul utilizatpentru fiecare.

Aliajul

CupruNichel

Zinc

Cupru

electrolitic

Alam

Ag50Cd

Aliajmoale

Compoziia

chimic

68,7Cu

27,5Ni3,0ZnO,8A1

99,9Cu 60Cu

39,2Z n0,26Si

16,7Cu

50,2Ag16,9Cd25,9Zn

50Sn

50Pb

Temperatura detopire C

1170 1083 920 700 250

Rezistena la traciunela 20C (daN/mm2)

26 14,3 25 32

Alungirea la 20C(%) 7,8 16,5 8,5 22 -

Rezistena la traciune

la 500C (daN/mm2)

7,5 5,0 8,3 10,6

Contracia la 500C(%)

25 9,5 40 43 -

Microduritatea nstare turnat

150 118 172 168 15

Microduritatea nstare brazat

160 140 253 168 15

Domeniul de utilizare 1* 2* 3* 4* 5*Fondantul utilizat Borax

calcinat

Borax

calcinat

Borax

calcinat

Fondani

recomandaideproductor

ZnCl sau fondant

special


29/94

Domeniul de utilizare:1*- Pentru prelucrri cu sarcini mari i nclzirea prii achietoare pn Ia 900C;2*- Pentru prelucrri cu sarcini mari i nclzirea prii achietoare pn la 700C;3*- Pentru prelucrri cu sarcini mijlocii i nclzirea prii achietoare pn la

600C. Pentru a nu produce tensiuni mari se evit alama cu coninut mare de zinc;

4*- Pentru lipirea plcuelor sensibile cu coninut ridicat de titan;5*- Prelucrri cu sarcini mici i nclzirea prii achietoare pn la 400C. Lacuite pentru strunjire interioar de precizie, alezoare i piese deuzur. Plcuelese armesc nainte de lipire pentru o aderen mai bun.

Tabelul 5.11. - Principalele proprieti mecanice ale materialelor i aliajelor rezistentela uzur.

MaterialulDuritateaVickers

daN/mm2

Rezistena larupere prinncovoiere

daN/mm2

Rezistena lacompresiune

daN/mm2

Diamant 8000* 29,9 198,8Carbura de bor 3700* 29,8 178,5Carbura de siliciu 3500* 9,9 99,4Corindon sintetizat 2800* 29,8 298,2Carbura de wolfram sintetizat 2200* 29,8-39,8 298,2Aliaj WC-Co 94-6 granulaiegrob 1500-1600 39,8-49,7 497

Aliaj WC-Co 94-6 granulaie

fin1600-1700 159-178,9 546,7

Aliaj WC-Co 89-11 1300-1400 139,2-159 457,2Aliaj WC-Co 87-13 1250-1350 159-198,8 447,3Aliaj WC-Co 80-20 1050-1150 169-208,7 338Aliaj WC-Co 75-25 VUU-1UUU 198,8-238,6 318,1Aliaj WC-TiC-Co78-16-6 1600-1700 178,9-228,6 427,4Aliaj WC-TiC-Co78-14-8 1550-1650 129,2-139,2 417,5Aliaj WC-TiC-Co86-5-9 1450+1550 149,1-159 457,2

*Microduritate Vickers

5.6.2. Aliaje dure sinterizate din carburi metalice, rezistente lauzur

Rezistena Ia uzur a aliajelor din carburi metalice sinterizatedepete rezistena celor mai bune oeluri. Astfel, rezistena carburilorsinterizate la temperatura de 900C depete net rezistena oelurilor rapide. nnumeroase aplicaii, aliajele din carburi sinterizate trebuie s reziste la efectulcombinat al uzurii i al atacului coroziv.

Factorii care influeneaz rezistena la uzur a carburilor duresinterizate, sunt: duritatea, rezistena mecanic la temperatura ambiant i latemperaturi ridicate i rezistena la coroziune. n tabelul 5.11. sunt date comparativvalorile principalelor proprieti ale aliajelor dure sinterizate din carburi metalice i


30/94

al altor materiale dure rezistene la uzur.Principalele aplicaii ale aliajelor dure rezistente la uzur Aceste aliaje i

gsesc cu uurin aplicaii n trefilarea firelor sau a barelor, producia sculelorpentru minerit, n indusctria chimic i textil, n industria ceramic, metalurgia

pulberilor i alte numeroase aplicaii (tabelul 5.12.).Cele mai potrivite sortimente de aliaje dure utilizate n confecionareapieselor rezistente la uzur sunt aliajele WC-Co cu diferite coninuturi de cobalt iuneori cu mici adaosuri de TaC, TiC, NbC,VC etc. Piesele rezistente la uzur carenu sunt supuse la ocuri mecanice, nu au nevoie de mai mult de 6-9% cobalt ca liant.Carburile sinterizate cu 15-20%Co sau eventual 25%Co posed o rezistendeosebit la oc. Duritatea ca i rezistena la uzur descrete cu cretereaconinutului de cobalt.

Filiere si scule de treflare din carburi metalice sinterizate - Filierele i n

general sculele de trefilare i extrudare sunt produse prin tehnica presrii la cald sauprin tehnica presrii la rece urmat de o sinterizare a comprimatului. Amestecurilede pulberi WC-Co sunt compactizate n forme, iar piesele presinterizate i prelucratesunt n final sinterizate. Sintetizarea este realizat cel mai frecvent n vid pentruobinerea unei poroziti reziduale minime.

Aliajele utilizate pentru matrie de trefilare sunt formate dinamestecuri WC-Co cu un coninut de 3-13%Co. Aliajele cu 3%Co sunt totdeaunasinterizate prin tehnici de preare la cald, iar cele cu 6%Co sunt de regul sinterizatedup o prealabil compactizare la rece. n unele aplicaii, un anumit tip de uzurapare n gaura filierei, care este asemntoare cu uzura de crater observat la

plcuele achietoare. Mici adaosuri de TiC sau TaC-NbC n compoziia filiereireduce tendina de sudare a materialului tras n interiorul ei. Aliajele WC-TiC-Co custructura compoziiei: WC88%; TiC7%; Co5% respectiv WC88%; TiC9%; Co3%sau WC78%; TiC16%;Co6%, sunt utilizate n mod preferenial unde acest tip desudare este ntlnit.

n general, aliajele din carburi sinterizate sunt utilizate numai pentruconfecionarea prii active a filierelor care sunt supuse la efectul de uzur noperaia de trefilare.

Tabelul 5.12.- Aplicaii ale carburilor metalice sinterizate la piese rezistente lauzura.

Domeniul Aplicaii

Maini de trefilatsrm

Filiere de trefilat profile rotunde i profilate,filiere i mandrine pentru tragere de evi, blocuri detrefilare, piese de ghidare, matrie de deformare larece, cpuitoare, piese pentru foarfece.

Prelucrarea tablelor

Scule de ambutisat, scule de tiere, scule depoansonare, role de lrgire, role de ncovoiere, role

pentru deformare la rece, blocuri de rcire pentrupentru presarea lamelor de ras.


31/94

Construcii demaini

Vrfuri rotative pentru strunguri, saboo destrngere, buce de ghidare, lagre de precizie,

boluri, role de mandrinare, lagre pentru motoareputernice, duze de sablaj, duze de pulverizare,

matrie de extrudare sau injecie, contacte pentruechipamente de telecomunicaii, cochile de turnare.

Aparate de msurEtaloane de duritate, cale, caalibre filetate,

calibre de exterior, dornuri de calibrare.

Industria textilConductoare de fir pentru fibre sintetice i

naturale, ghidaje de rsucire, ace pentru textile.

Industria chimicVentile de nalt presiune, corpuri de ventile,

inele i locauri de valve pentru lichide corosive inoroiuri, duzue de nalt presiune, duze pentru

Industria minier Sape de foraj i tifturi, scule de perforare,concasoare pentru roci, ciocane, lame de tierepentru pietre.

Industria ceramic

Matrie pentru compactizarea maselorceramice, a crmizilor i blocurilor, matrie deextrudare, duze pentru suflat sticl, scule deemailare.

Metalurgiapulberilor

Matrie i poansoane pentru compactizare apulberilor metalice, matrie pentru imprimat i

poansonare, bile pentru mori cu bile.

Alte aplicaiiGhidaje ale dispozitivelor de bobinare, ace de

gravat, vrfuri i bile pentru pixuri cu past, ace depatefon.

Scule pentru minerit i industria extractiv - Sculele armate cu inserii dinaceste aliaje dure lucreaz mai mult ca piese rezistente la uzur.

Dup indicaiile literaturii de specialitate, pentru sparea rocilor cu sape

rotopercutante, sunt utilizate patru sortimente de aliaje dure sinterizate de tipWC.Co. Acestea sunt:-aliaje cu cea. 6%Co, utilizate pentru fore de impact de pn la

l,5daN;- aliaje cu 7,5-9%Co, utilizate pentru fore de impact de pn la 4daN;

aceste aliaje sunt recomandate n special la sparea rocilor omogene cucontrolarea riguroas a condiiilor de forare;

- aliaje cu 11-15% Co, utilizate la sparea rocilor dure, unde nu esteposibil controlul condiiilor de forare;

- aliaje cu cca.l5%Co, recomandate pentru condiii grele de forare cuciocane pneumatice.


32/94

5.6.3. Consideraii asupra acoperirii CVD a plcuelor achietoareDin ncercrile de determinare a performanelor la achiere a plcuelor

acoperite cu monostrat TiC i multistrat TiC/TiCN/TiN, n comparaie cu aceleaiplcue neacoperite, efectuate la Universitatea Politehnica Bucureti, de ctre

catedra "Tehnologia Construciilor de Maini" a rezultat superioritateaperformanelor plcuelor acoperite (fig. 5.11.).

Fig. 5.11.- Performanele plcuelor SPGN12.03.08-P20, fabricate de IMF Bucuretineacoperite i acoperite cu TiC respectiv multistrat TiC/TiCN/TiN, la strunjirea oelului OLC45.

Alt explicaie a extinderii utilizrii plcuelor achietoare n industriaprelucrtoare este legat de ntinderea domeniului lor de utilizare. Pentrurezolvarea ntregului domeniu necesar de achiere ale metalelor cu plcueachietoare clasice neacoperite, sunt necesare cea. 20 de tipuri de aliaje dure dincarburi metalice sinterizate.

Prin utilizarea a numai 3-4 mrci de plcue acoperite CVD suntsatisfcute exigenele achierii metalelor de la metale cu achie scurt pn la metalecu achie lung, de la finisare pn la degroare, de la regimuri intensive pn la

prelucrri cu regimuri obinuite.

Primele generaii de plcue acoperite, aprute pe pia n anii 1970, au avutsubstraTul din aliaje dure sinterizate din carburi dintre mrcile P20-P40 ISOrespectiv K10-K20 ISO cu cea. 5-6- microni grosime de strat de carbur de titan.Carbura de titan se caracterizeaz printr-o excelent duritate i rezisten lauzur, chiar i la temperaturi ridicate provocate de frecarea achiei.

Generaiile actuale de plcue acoperite cuprind straturi multiple a crorgrosime total este de aproximativ 10 microni i este compus din substraturifoarte subiri, fiecare avnd diferite funcii legate de caracetristicile lor.Acest pachet de straturi subiri constituite n stratul depus are ca performane orezultant a performanelor fiecrui substrat n parte. Astfel primul substrat estedin TiC i se aplic pentru o bun aderen cu stratul suport. Substratul urmtorare proprieti de dilatare termic identice cu cel anterior i este format din ctevaalternane din TiN cu alumina (Al2O3). Acesta asigur i rezistena mare la uzur.


33/94

Calitile care sunt asigurate la realizarea straturtilor de acoperire sunt nafar de rugozitatea bun a suprafeei i o bun puritate a stratului combinat cu omare uniformitate de granulaie a stratului.

6. COMPOZITE CERAMICE

6.1. Prezentare general

Compozitele ceramice sunt materiale nemetalice, de natur anorganic, greusolubile n ap, obinute pe cale natural sau artificial, la temperaturi i presiuniridicate. n general, cele mai multe materiale ceramice sunt amorfe, ns cea. 30%din totalul acestora au structur cristalin.

Dup domeniul de utilizare, materialele ceramice pot fi grupate n:-ceramice de uz casnic (oale, vase etc), sanitar (tuburi, rezervoare,

conducte, robinete etc.) i ornamental (farfurii decorative .a.);- ceramice pentru construcii (crmizi, igle, faian, conducte etc);- ceramice tehnice (filiere de trefilat, inele de etanare, duze pentru

turboreactoare, galerii pentru evacuarea gazelor fierbinirecipiente iagitatoare pentru chimie etc).

6.2. Compozite ceramice tehnice

Din punct de vedere al compoziiei chimice i al domeniului deutilizare, ceramicele tehnice pot fi grupate n;

- Ceramice silicioase sau vitroceramice sunt obinute princristalizarea dirijat a sticlelor cu ajutorul unor ageni de nucleaie (catalizatori)metalici, halogenuri sau compui oxidici. Prin desfurarea corespunztoarea tratamentului termic pot fi modificate microstructura materialuluivitroceramic i implicit, proprietile mecanice, termice, optice i electrice etc.Principalele materiale vitroceramice sunt constituite din elemente chimice de

forma: Li2O-Al2O3-SiO2; Na2-Al2O3-SiO2; MgO-Al2O3-SiO2; K2O-Al2O3-SiO2;Al2O3-SiO2; MgO-SiO2; PbO-ZnO-B2O3; i vitroceramice din bazalt A12O3-Fe2O3-FeO-MgO-CaO-SiO2 .a.

- Ceramice nemetalice - sunt caracterizate prin structuri metalograficecomplexe, realizabile prin presare la temperaturi mai mari de 1700C i

presiuni mai mari de 14MPa, obinndu-se produse cu densitate de 90-100%.De asemenea pot fi prelucrate i prin formare la rece, urmat de o sinterizare,caz n care, gradul de ndesare variaz ntre 70-90%. Principalele materialeaparinnd acestei categorii de ceramice sunt: nitrura de siliciu, Si3N4, carbura

de siliciu SiC, carbura de siliciu suprasaturat Si 2C, carbura de bor B4C,carbura de zirconiu Zr2C, nitrura cubic de bor CBN .a.- Ceramice metalice sau cermei - sunt cu structur metalografc

complex, foarte rezisteni la solicitri dinamice, temperaturi ridicate i


34/94

coroziune. Materialele specifice aparinnd acestei grupe sunt: cermei de tipwolfram-cobalt WC-Co, cermei cu mai multe carburi TiC-TaC-WC, cermeicu alumin AI2O3 i carburi de titan TiC sau nichel NiC, cermei cu alumin icrom Al2O3-Cr sau cu azot A12O3-N, cu crom-molibden Al2O3-Cr-Mo, cu

crom-wolfram Al2O3-Cr-W, cu siliciur de molibden Al203-MoSi2, sau cunitrur de titan Al2O3-TiN .a.- Ceramice oxidice - cele de forma alumin A12O3 n proporie de 99%: ZrO2,

SnO2, Fe2O3, ZnO, BeO, MgO, TiO2, ThO2, Y2O3, folosite la fabricareasemiconductorilor pentru termistori i varistori, ceasuri electronice,dispozitive miniaturizate de imprimat cu cerneal tipografic, micromotoarede antrenare etc. Tot din aceast categorie fac parte i ceramicele de forma:MgCr2O4-TiO2, ZnO-Cr2O3, BaTiO3, Pb(TiZr)O4, Al2TiO5, MnFe2O4, Fe3O4,ZrB2 - cu 20%SiC, MgO-A12O3-SiO2 etc. folosite la fabricarea

semiconductorilor ceramici, supraconductorilor de electricitate etc.- Ceramice magnetice - constituite din ferite de forma MFe2O4, n careFe este trivalent iar metalul M bivalent, reprezentnd Ni, Mn, Mg, Zn, Cu, Co.a. Tot din aceast categorie fac parte ferita granat de forma R3Fe5Oi2, undeFe i R sunt trivalente, R reprezentnd elemente din grupa pmnturilor rare(Y, La, Ac, Ga, In, Er). Materialele din aceast categorie de ceramice suntfolosite la fabricarea feritelor pentru memorii magnetice n construcia decalculatoare electronice de mare capacitate i vitez de reacie. De asemeneaau o larg utilizare la fabricarea de pachete i substraturi de circuite integrate,condensatori ceramici, detectori de umiditate sau gaze etc.

Compozitele ceramice-tehnice sunt caracterizate pentru proprieti fizico-mecanice superioare celor ale materialelor metalice dure i extradure prin: densitateredus, de cea. 1/3 din acea a materialelor metalice; duritate cuprins ntre 1500-2100HV; rezisten la uzur de 2-3 ori mai mare dect aceea a materialelormetalice; stabilitate dimensional i de form geometric pn la temperaturi decca.200C; rezilien cuprins ntre 32-117J/m 2; rezisten ridicat la fuaj etc.

Aceste proprieti fizico-mecanice depind att de compoziia chimic amaterialului ceramic, ct i de procedeul i tehnologia de obinere a diferitelor

produse.

Tabelul 6.1. - Caracteristicile fizico-mecanice ale unor materiale ceramice oxidice.

MATERIALE99,9%alumin

BeriliuZirconi

uMulite

Cordierite

Ceramicede litiu

Formula chimic A12O3 BeO ZrO2 3A12O32SiO2

2MgO2A12O35SiO2

Li2OA12O3SiO2


35/94

Densitate (g/cm3) 3,89 2,8-3,0 5,99 2,6 1,8-2,3 1,6Modulul luiYoung(xl04kg/mm2)

4 1,7 2,3-5,0

Rezistena lancovoiere(kg/mm2)

55 20-40 30-80 13-14 3,5-10.5

Rezistena lacompresiune(kg/mm2)

379 200-300

38-45 20-68 85

Duritatea(kg/mm2)

2300 - - - -

Coef. de dilatare

termic (xl0-6

/C)

0,02-17 0 8-11 4,4-4,6 1,3-2,5 0,15

Procent deabsorbie a apei(%)

0 0

6.3. Factori ce influeneaz sudura grunilor.Parametrii - temperatura are un rol principal. Modificnd energiile

de activare ale diferitelor fenomene (ex. difuzia la suprafa, la limitadintre gruni, n mas) se poate favoriza un mecanism precis.

Gazele prezente n timpul procesului se pot adsorbi i modificafenomenele de suprafa.

Defectele (lacunele, atomii interstiiali) i impuritile pot modifica vitezelediverselor tipuri de difuzie. Incluziunile pot inhiba micare limitelor de gruni.

Exemplu: rolul MgO asupra consolidrii pulberii de a-Al 2O3 ctre 1700C.La mai puin de 300 ppm, Mg creeaz lacune n AI2O3 i consolidarea este foarterapid. Peste 300 ppm, se formeaz un spinel MgAl2O3 dispersat care blocheazmicarea limitelor de grunte i inhib consolidarea pulberii.

Unele adaosuri (F adesea) cresc mobilitatea suprafeei iar alii foartenumeroi (F, alcalinii, etc.) provoac formarea unei cantiti mici de faz lichidce permite consolidarea pulberii dup alte mecanisme (depunere-disoluie).

Presiunea exercitat n timpul arderii (consolidrii pulberii) poate avea unefect foarte benefic.

Din mai multe motive, cei mai importani parametri sunt:- mrimea grunilor din pulberea de plecare (mrimea mic i

identic este de dorit);- forma grunilor (sferic);


36/94

- aranjarea regulat a grunilor n pulbere;- dispunerea regulat i omogen a grunilor de naturi diferite;- tasarea regulat.Din acest punct de vedere se acord importan defectelor de

consolidare n scopul suprimrii lor.

6.4. Domenii de utilizare a compozitelor ceramice

Datorit proprietilor mecanice i fizice deosebite pe care le au,compozitele ceramice au o larg utilizare, dup cum urmeaz:

- ta industria de construcii civile, materialele ceramice organice suntfolosite sub form de igl, crmid, faian, gresie, conducte i obiecte

pentru instalaii sanitare, vesel i vase de buctrie etc.

n construcia de maini, materialele ceramice au o larg utilizare ndomeniul fabricrii sculelor achietoare sub form de plcue de aliajesinterizate ca: Al2O3+ZrO2; Al2O3+TiC; Al2O3+Si4N3; Si4N3+ZrO2; Si3N4+TiN;Si3N4+SiC, sau sub form de strat de armare ori placare a zonelor active ale

burghielor, frezelor, tarozilor, discurilor abrazive etc. Aceast categorie descule se caracterizeaz prin rezistene ridicate la uzare i temperaturi pn la2000C, duritatea variind ntre 1500 i 2100HV. Sculele astfel obinute pot fiutilizate la achierea metalelor cu viteze cuprinse ntre 150 i 500 m/min i

temperaturi de 1000-1500C. De asemenea, materialele ceramice de tip AI2O3, ZrO2 iSi3N4 sunt folosite ia realizarea rulmenilor cu bile, filtrelor de trefilat, conductelor ielementelor constructive ale pompelor care lucreaz n medii corosive.

Inelele i bilele de rulmeni, executate din Al2O3+Si3N4 pot lucra fr ungerepn la temperatura de 800C, motiv pentru care rulmenii de acest tip sunt folosiicu precdere n construcia de motoare turboreactoare. Ceramica de tip nitrurcubic de bor CBN posed caliti excepionale de duritate i este utilizat laconfecionarea discurilor abrazive, alturi de cele de diamant.

Ceramicele de tip carbur de bor B4C sunt utilizate la executarea duzelor

pentru instalaii de debitat cu jet de ap i pulbere abraziv n suspensie precumi la extrudarea unor repere folosite n instalaiile chimice care lucreaz n medii

puternic oxidante. Carbura de bor B4C este utilizat n mod deosebit, n instalaiilenucleare ca elemente de reglare a reaciilor neutronice ale lentilelor termonucleare.

- n construcia de automobile, materialele ceramice de tipul oxiduluide aluminiu AI2O3 sau de zirconiu ZrO2 sunt utilizate la executarea corpului

bujiilor i respectiv, la placarea prghiilor basculante, iar cele de tip nitrurde siliciu Si3N4 se folosesc la executarea electrozilor bujiilor. Ceramicele de tiptitanat de aluminiu Al2TiO? sunt folosite la realizarea de cilindri, pistoane i

segmeni, precum i la executarea galeriei de evacuare a gazelor. Deoarecedensitatea titanatului de aluminiu este egal cu 1/3 din densitatea oelului, iarcomportarea sa la temperaturi nalte, uzur i coroziune este excelent, acestaeste folosit la executarea cptuelilor termoizolante i a rotoarelor de turbine.


37/94

- n industria chimic, ceramicele de tip nitrur de siliciu Si3N4,carbur de siliciu SiC, dioxidul de zirconiu Tx-iOi sunt folosite pentruexecutarea de instalaii chimice i armturi care lucreaz n condiii chimiceagresive (oxidante) i temperaturi ridicate. Ceramica de tip SiC este folosit n

construcia de lagre i ghidaje, precum i la realizarea segmenilor deetanare ale pompelor chimice, iar cea de tip ZrO2, la realizarea lagrelor ielementelor constructive ale ventilelor instalaiilor chimice care lucreaz nmediu puternic corosiv.

- n domeniul medicinei, ceramica de tip AI2O3 este folosit laconfecionarea de proteze dentare i articulaii sferice femurale i laimplantarea altor organe funcionale ale corpului uman (valve cardiace, zoneosoase etc).

6.5. Tehnologii de formare a produselor ceramiceDatorit prelucrabilitii reduse, produsele din compozite ceramice trebuie

executate n limitele unor precizii dimensionale, abateri de form geometric icalitate a suprafeelor astfel nct s se evite folosirea prelucrrilor mecaniceulterioare.

Spre deosebire de piesele din fonte sau oeluri, n cazul prelucrriiproduselor din compozite ceramice trebuie s se aib n vedere c: materialeleceramice sunt casante i predispuse la ruperi fragile sub aciunea solicitrilormecanice prin oc; sunt caracterizate prin valori reduse ale rezistenei la ncovoiere,

n raport cu cele de compresiune; dispersia caracteristicilor la solicitri mecanicedepinde n mod direct de particularitile materialului ceramic, felul procedeului i atehnologiei de obinere, precum i de compoziia iniial a materialului de baz.

Formarea manual - prezint un interes sczut pentru scopuri tehnice nraport cu celelalte metode de formare a produselor din ceramic.

Formarea prin rulare- a produselor din ceramic este folosit pe scar largla fabricarea obiectelor cu suprafee de revoluie. Procedeul permite realizarea unor

produse de tip farfurie, vaz, castron etc. i este specific industriei porelanului iolritului. Etapele procedeului de prelucrare constau n prepararea amestecului,

dozarea i plastifierea acestuia, modelarea cu ajutorul unui ablon a cruiconfiguraie reprezint negativul geometriei produsului de executat i tratareatermic (arderea).

Formarea prin laminare - se folosete n cazul fabricrii profilelor, tablelor,barelor, plcilor etc. din ceramic, folosindu-se n acest scopinstalaii specifice dedozare, amestecare, laminare i tratare termic a produselor laminate.

Formarea prin presare direct umed (crud ori verde) - secaracterizeaz prin faptul c amestecul ceramic de formare conine pn la 8-12%ap, iar presiunea de formare variaz ntre l-20MPa. Dac ns amestecul

respectiv nu depete 8% coninutul de ap (umiditate), presarea este direct-uscat. n acest caz, presiunea de formare n matri trebuie s depeasc 30MPa.Prin formarea direct (umed sau uscat) pot fi realizate produse cu configuraiicomplicate i precise dimensional.


38/94

Indiferent de gradul de umiditate al amestecului ceramic, datorit frecriiacestuia cu pereii cavitii cuibului de formare al matriei, presiunea de formarevariaz de-a lungul nlimii produsului i odat cu aceasta a gradului decompactare a produsului format.

n cazul produselor sub form de buce (fig. 6.1.), pentru ca acestea s fie decalitate, se impune ca raportul dintre lungimea L i grosimea g=(D-d)/2 sndeplineasc condiiile: L


39/94

Prin injecie nmatrie

Produse de mare precizie cuconfiguraii complicate cudimensiuni mici i medii, inele, duzede injecie, trefilare etc.

0,15

Prin turnare nform Produse cu configuraiirelativ complicate cu dimensiunimedii i mari (cilindri de piston etc).

0,15

n scopul evitrii concentratorilor de tensiuni remanente i obineriiunor produse din ceramic de bun calitate se impune ca trecerea de la oseciune mare la alta mic s se fac prin raze de racordare sau trunchi decon.

Fig. 6.1.- Corelaia dintrelungimea i grosimea pereilor idiametrul produselor realizate dinmateriale ceramice: a) L


40/94

specifice de extrudat n care se produce dozarea amestecului ceramic,plastifierea i refularea lui prin filiera de extrudat, dup care urmeaz aplicareatratamentului termic prescris. Procedeul permite obinerea de profile cuseciunea plin sau cu perei cu grosimi diferite i o gam larg de configuraii cerute

de domeniile de utilizare.

Formarea prin presare izostatic - este folosit cu rezultate deosebite ncazul fabricrii produselor de forma bucelor cu perei subiri (fig. 6.3.- a, b, c) saucu caviti cu configuraie complicat (fig. 6.3. - d, e), care nu pot fi realizate prin

presare direct, extrudare sau alte procedee.Spre deosebire de formarea prin presare direct, umed sau uscat, n cazul

formrii izostatice (fig. 6.4.) presiunea este exercitat uniform pe toate direciile in funcie de caracteristicile amestecului de ceramic i mrimea granulaiei, poatecpta valori de pn la 400MPa. n aceste condiii de formare, produsul rezultcu o compactare uniform de cca.80%. Formarea pieselor din ceramic prin

presare izostatic const n introducerea amestecului de ceramic I, dozat, nsacul de cauciuc 2 i fixarea acestuia pe poansonul 3 cu ajutorul urubului de flan4. Ansamblul astfel format se introduce n camera hidrostatic 5 nchis la parteasuperioar cu pistonul 6, prevzut cu garnitura de etanare 7 din cauciuc neoprenici ventilul 8 cu garnitur de plumb pentru nchiderea etan a canalului 9 deumplere cu fluid a camerei hidrostatice 5.


41/94

Dup umplerea camerei hidrostatice 5 cu fluid, pistonul 6 ncepe scoboare, determinnd ca sacul de cauciuc s se muleze dup configuraia

poansonului 3, ceea ce face ca amestecul de ceramic s se distribuie uniformpe conturul poansonului. Sub aciunea presiunii variabile pn la 400MPa,

compactarea granulelor de material ceramic este nsoit de o autodifuzieintergranular (semisinterizare), care contribuie la creterea calitii produsului.Procedeul de formare a produselor ceramice prin presare hidrostatic secaracterizeaz prin obinerea unor produse cu grosimi uniforme ale pereilor,lipsii de fisuri, crpturi, ciobituri, bavuri, iar suprafeele sunt foarte netede.

Formarea prin presare la cald - se bazeaz pe fenomenele combinate aleprocesului de formare prin sinterizare i presare, sub aciunea crora granulelereelei structurale sunt aduse n stare de difuzie inter- i intracristalin, nsoitde depuneri la limita de difuzie.

Prin presarea la cald, la temperaturi cuprinse ntre 500-1800C (n funcie defelul i caracteristicile materialului ceramic) i presiuni de pn la 170MPa, granulelese unesc ntre ele prin difuzie inter- i intragranular. Structura nou format secaracterizeaz printr-o legtur foarte puternic intermolecular determinat defora de coeziune.

Procesul de formare prin presare la cald a materialelor ceramice serealizeaz n matrie nclzite (fig. 6.6.), formate din poansonul 1 i contrapoansonul

2, care acioneaz asupra amestecului ceramic 3, din cavitatea matriei 4, nclzitprin inducie cu ajutorul bobinei 5. Att poansoanele 1 i 2, ct i matria 4 pot fiexecutate din grafit sau din oeluri speciale, atunci cnd formarea produselor are locla presiuni ridicate. Prin aciunea conjugat a temperaturii i presiunii, timpul de


42/94

sinterizare poate fi redus considerabil.

Formarea prin presare izostatica la temperaturi ridicate - se realizeaz cu oinstalaie asemntoare celei descrise anterior (fig. 6.4.). n acest caz, sacul n carese introduce amestecul ceramic este confecionat din metal sau sticl, iarcomprimarea are loc ntr-o autoclav. Ca agent de comprimare se folosete gazulnobil. Formarea are loc tot prin aciunea combinat a fenomenelor sinterizrii icomprimrii n condiii de temperatur ridicat de 1350C i presiuni de pn la150MPa. Prin acest procedeu pot fi obinute piese cu configuraii complicate i

precizie dimensional i de form geometric ridicate.Formarea prin injecie n matri - n acest caz amestecul de formare este

constituit din pulbere ceramic i un coninut de pn la 20% liant organic(termo- sau duroplastic). n scopul evitrii obinerii unor produse cu defecte(zgrieturi, fisuri, ciobituri etc), materialul plastic ce ndeplinete rolul de liant delegtur, dup injectare n cavitatea matriei, va fi supus unei nclziri, latemperaturi mari, nclzirea reaiizndu-se cu viteze foarte mici.

Fig. 6.7. - Fazele formriiprin injecie a produselorceramice.

faza 1 injectare

2 3

faza III-plastifiere+dozare b

faza IV desc faza IV-deschiderea matriei

5 7

Dup cum rezult din fig. 6

Date post:	03-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	casey-cole
View:	220 times
Download:	0 times

Partea a II Curs Compoz 100-170

Documents