BAZELE ACHIERII METALELOR I ALIAJELOR- Teorie i aplicaii -

CRAIOVA 2011

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

CuprinsPREFA NOIUNI INTRODUCTIVE AJUTATOARE MATERIALE UTILIZATE N INDUSTRIA CONSTRUCTOARE DE MAINI Noiuni generale. Clasificarea materialelor Aliaje fier - carbon Fierul i carbonul ca elemente de baz n componena aliajelor feroaseClasificarea aliajelor Fe-Fe3C

I 1.1. 1.1.1. 1.1.2. 1.1.2.1 . 1.1.2.2 . 1.1.2.3 . 1.1.2.4 . 1.1.2.5 . 1.1.3. 1.1.3.1 . 1.1.3.2 . 2 2.1. 2.2.1. 3. 3.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3. 3.1.4. 3.1.5. 3.2. 3.3. 3.3.1. 3.4. 3.4.1.

Elaborarea aliajelor feroase. Produse din oel i fonta Fonte Oeluri Modificarea structurii i a proprietilor oelurilor i fontelor prin deformare plastic i tratamente termice i termochimice Deformarea plastica Tratamente termice aplicate oelurilor i fontelor

BAZELE ACHIERII METALELOR I ALIAJELORPROCESUL DE ACHIERE Semifabricate utilizate la prelucrarea prin achiere

BAZELE ASCHIERII SI GENERARII SUPRAFETELORNOIUNI GENERALE DESPRE PRELUCRAREA PRIN ACHIERE Procesul de producie Procese tehnologice Procesul de achiere Achii Micri executate n procesul de achiere SEMIFABRICATE FOLOSITE LA PRELUCRAREA PRIN ACHIERE PRECIZIA DE PRELUCRARE Precizia piesei i precizia prelucrrii CALITATEA SUPRAFETELOR PRELUCRATE Factorii care influeneaz rugozitatea suprafeelor prelucrate prin2

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

achiere BIBLIOGRAFIE=

1NOIUNI INTRODUCTIVE AJUTTOARE1.1. MATERIALE UTILIZATE N INDUSTRIA CONSTRUCTOARE DE MAINI 1.1.1 Noiuni generale. Clasificarea materialelor Tot ceea ce ne nconjoar, ca o realitate obiectiv independent de contiina noastr, dar reflectat de aceasta, poart numele de materie. Totalitatea substanelor simple i compuse, care reprezint forme concrete i diverse de manifestare a materiei, constituie materialele. Materialele se clasific dup anumite criterii i anume: - dup gradul de prelucrare: materiale care se folosesc n forma n care se gsesc n natur sau cu prelucrri neeseniale i se numesc materii prime naturale sau materiale brute.Exemplu: lemnul brut dup tiere i curire, nisipul brut sau sortat, crbunele, ieiul, minereurile brute sau sortate, cauciucul natural, piele crude, mtasea natural, gazele naturale etc.

Materialele obinute prin transformarea materiilor prime prin procedee de prelucrare mai complicate sau prin reacii de sintez chimic ntre materialele brute se numesc materiale sau materii prime artificiale sau sintetice. Exemplu: varul ars obinut prin calcinarea calcarului, crbunele de lemn obinut prin gazeificarea parial a lemnului brut, produsele rezultate prin distilarea fracionat a ieiului, sticla, cimentul, cauciucul sintetic, materialele plastice, fibrele sintetice, mtasea artificial etc. - dup compoziia chimic: se clasific n materiale organice i anorganice sau minerale. Materialele organice au ca elemente chimice de baz carbonul, hidrogenul, oxigenul i azotul. Ca materiale naturale ele provin din regnul animal sau vegetal. Materialele anorganice sunt substane simple sau compuse de tipul oxizilor, srurilor, halogenurilor. In funcie de compoziia de baz , materialele artificiale pot fi organice sau anorganice. - n funcie de domeniul n care sunt utilizate, materialele se clasific n materiale de construcie, materiale de uz casnic, materiale pentru construcii de maini, materiale electrotehnice etc. - din punct de vedere fizico-chimice, materialele pot fi: metalice (metale i aliaje) i nemetalice.3

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Metalele sunt solide la temperatura ambiant, sunt opace la lumin i reflect lumina pe suprafaa proaspt tiat, sunt ductile, maleabile i tenace, sunt bune conductoare de cldur i electricitate. Aliajele metalice sunt substane care se obin prin contopirea intim a dou sau mai multor elemente chimice, numite componentele aliajului. Elementul aflat n proporia cea mai mare n aliaj este totdeauna un metal i se numete component de baz iar celelalte elemente din compoziia aliajului se numesc componentele de adaos sau de aliere i pot fi metale sau nemetale. Materialele metalice se extrag din minereuri prin diferite procedee tehnologice, fie sub form de metale tehnice (impurificate cu diferite elemente nsoitoare), fie sub forma de aliaje metalice. Majoritatea produselor obinute prin metalurgie extractiv au forme simple i se numesc lingouri. In continuare lingourile pot fi prelucrate n dou moduri diferite: se retopesc i se toarn n forme speciale, obinndu-se piese turnate care apoi se prelucreaz prin achiere sau se deformeaz plastic prin procedee specifice metalurgiei prelucrtoare (laminare, forjare, trefilare, etc.) obinndu-se produse metalice utile (bare, profile, table, evi, srme) din care - prin alte procedee de prelucrare se obin piese componente pentru aparate, maini i utilaje. 1.1.2. Aliaje fier - carbon 1.1.2.1. Fierul i carbonul ca elemente de baz n componena aliajelor feroase Fierul este un metal de culoare cenuie, relativ greu (d=7 860 kg/m3),moale (duritate 60 .. .70 HB), cu rezisten mecanic medie (R=200...250 N/mm2), plasticitate bun (Aa=50%) i rezilien bun (KGU=200...250 J/cm2). Temperatura de topire a fierului este de 1539C si cea de fierbere de 2 880C. Carbonul este un element nemetalic. Se gsete n natur sub form cristalin, ca diamant (reea cubic complex) sau ca grafit (reea hexagonal). El se comport fa de fier n mod diferit, n funcie de temperaturi. n fierul lichid, carbonul se dizolv uor, formnd soluii lichide. n aliajele fier-carbon solidificate, carbonul se gsete fie dizolvat n fier (soluii solide), fie legat de acesta n compusul definit Fe3C numit cementit care are o reea cristalin complicat i corespunde aliajului cu 6,67% C, fie ca atare, sub form de grafit.

4

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Fig.1.1. Diagrama Fe-C.

Datorit faptului c n aliajele Fe-C carbonul se poate afla fie sub form de cementita, fie sub form de grafit, exist dou feluri de diagrame de echilibru pentru acest sistem de aliaje: - diagrama Fe-Fe3C, numit i diagrama echilibrului metastabil; - diagrama Fc-grafit, numit i diagrama echilibrului stabil. 1.1.2.2. Clasificarea aliajelor Fe-Fe3C Conform diagramei de echilibru, aliajele Fe-Fe3C se clasific n funcie de coninutul de carbon i de microstructur, n oeluri i fonte albe. Oelurile sunt aliajele ce conin pn la 2,14%C i se caracterizeaz prin faptul c pot fi deformate plastic la cald sau la rece, prin presare sau lovire, fr s se rup. Dup coninutul de carbon, oelurile se clasific n trei subgrupe: - oeluri hipoeutectoide, care conin pn la 0,77%C i au microstructura format din ferit i perlit - oeluri eutectoide, care conin n jur de 0,77%C i au structura format din perlit; - oeluri hipereutectoide, care conin ntre 0,77 i 2,14%C i au structura format din perlit i cementit secundar Fontele albe sunt aliaje care conin ntre 2,14 i 6,67%C i se caracterizeaz prin aceea c nu pot fi deformate plastic. Denumirea de fonte albe provine de la faptul c, n sprtur proaspt, aceste aliaje au cristale de culoare alb-argintie. Att culoarea n sprtur, ct i fragilitatea fontelor albe se datoresc prezenei cementitei primare n structura. Fontele albe se clasific astfel: - fonte albe hipoeutectice, care conin ntre 2,14 i 4,3%C i au structura format din perlit i ledeburita;5

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

- fonte albe eutectice, care conin n jur de 4,3%C i au structura format numai din ledeburita; - fonte albe hipereutectice care conin ntre 4,3 i 6,67%C i au structura format din cementit primar i ledeburit Aliajele feroase folosite n tehnic (oelurile i fontele tehnice) conin i alte elemente dect fierul i carbonul. Acestea se numesc elemente permanente nsoitoare ale fierului i carbonului i rmn n fonte i oeluri n urma proceselor de extragere i elaborare. Deci, aliajele tehnice sunt, de fapt, aliaje complexe cu mai mult de doi componeni. Principalele elemente permanente nsoitoare din fontele i oelurile tehnice sunt siliciul, manganul, fosforul i sulful. Ele sunt prezente n compoziia aliajelor feroase n proporii relativ mici (de ordinul sutimilor sau al zecimilor de procent), influennd ntr-o oarecare msur cristalizarea, structura i proprietile acestora. 1.1.2.3. Elaborarea aliajelor feroase. Produse din oel i fonta Aliajele feroase se obin din minereuri de fier, care conin fierul sub form de oxizi sau carbonai: hematitul i limonitul (Fe2O3), magnetitul (Fe3Q4), i sideritul (FeCQ3). Coninutul de fier n aceste minereuri este de 3060%, iar sterilul lor este silicos (Si02) sau silico-aluminos (Si02 - Al203). Procesul de baz n obinerea aliajelor l reprezint reducerea oxizilor de fier din minereu cu ajutorul cocsului i al oxidului de carbon, la temperaturi foarte nalte, ntr-un cuptor nalt de tip special numit furnal. In furnal se introduc: minereu (care conine fierul); cocs (care ndeplinete mai multe roluri: este combustibilul necesar obinerii temperaturilor nalte, contribuie la formarea oxidului de carbon care este agentul reductor de baz al oxizilor de fier, reduce direct o parte din oxizi i carbureaz fierul topit transformndu-1 n font topit); fondani (materiale auxiliare necesare pentru a uura topirea sterilului i a-1 ndeprta sub form de zgur; pentru sterilul silicios se folosete calcarul, iar pentru cel silico-aluminos calcarul i dolomita); aer nclzit n instalaii speciale numite caupere (necesar pentru arderea cocsului combustibil). In urma reaciilor care au loc n furnal ntre materialele ncrcate rezult urmtoarele produse: font topit (numit i font brut sau font de prim fuziune, care este produsul principal al furnalului); zgur topit; gaze de furnal (care se folosesc parial pentru prenclzirea aerului n caupere, parial n alte scopuri n cadrul combinatului siderurgic). Fonta brut lichid este utilizat n continuare la elaborarea oelului n cuptoare Siemens-Martin sau n convertizoare. Din agregatele de elaborare, oelul se toarn n forme metalice speciale (lingotiere), din care dup solidificare se obin lingourile. O parte din fonta brut se toarn n calupuri mici, care sunt expediate la ntreprinderile constructoare de maini (sau chiar n cadrul combinatului siderurgic) pentru a fi utilizate - prin retopire - la elaborarea fontei cenuii i a oelurilor6

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

destinate turnrii n piese. Lingourile din oel sunt expediate la seciile de laminare din combinatul siderurgic, unde se renclzesc i se transform, prin deformare plastic la cald, n produse laminate. Produsele obinute prin laminarea la cald sunt: blumurile, sleburile, aglele, platinele, profilele, tablele i evile. Primele patru produse sunt numite semifabricate i sunt destinate relaminrii la cald sau forjrii, iar celelalte sini. numite produse laminate finite.

Fig.1.2. Seciuni prin semifabricate din oeluri laminate la cald: 1 blum; 2 sleb; 3 agl ; 4 platin.

Blumurile se obin prin laminarea la cald a lingourilor mari. Ele au seciune ptrat (a = 150...400 mm) i sunt destinate laminrii sau forjrii. Sleburile (bramele) se obin prin laminarea lingourilor. Au seciunea .dreptunghiular (a 70 mm) i se folosesc pentru relaminarea n table groase, platbenzi i platine. aglele sunt produse cu seciune ptrat (a =40...140mm), dreptunghiular (a= 140280 mm ; b =3570 mm) sau rotund i se folosesc pentru relaminarea n bare, benzi, evi sau pentru forjarea de piese, iar platinele sunt produse cu seciune dreptunghiular plat (a =200280 mm; b = 630 mm), care se folosesc exclusiv pentru relaminarea n table subiri. Profilele se clasific n profite simple sau bare i profite fasonate. Barele (fig. 1.3, a) au seciune de form simpl (rotund, ptrat, dreptunghiular etc), iar profilele fasonate (fig.1.3, b) au seciuni complexe (oel cornier, oel, oel U, ine etc). Tablele pot fi table groase i platbande (grosime 4 - 40 mm) i table subiri (grosime 0,20 - 4 mm). evile laminate la cald au diametrele cuprinse ntre 25 i 600 mm. Profilele simple (barele i tablele laminate la cald) se folosesc la fabricarea produselor laminate sau trase la rece sub form de bare cu seciuni simple, srme, evi cu diametre mici i perei subiri, table subiri i benzi. Ele pot fi utilizate i ca atare n ntreprinderile constructoare de maini, prin debitare i prelucrare mecanic ulterioar. De asemenea, pot fi supuse deformrii plastice prin forjare i, ulterior, prelucrrii n piese sau scule.

7

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Fig.1.3. Produse laminate profilate: 1- otel rotund; 2- otel ptrat; 3- hotel lat; 4- otel semirotund; 5otel corniere; 6-hotel I; 7- hotel U; 8 ina,

1.1.2.4. Fontea. Fonte brute. Fontele brute (sau de prim fuziune) sunt fonte care se obin n

furnal prin reducerea minereurilor de fier cu ajutorul cocsului. Fontele brute au circa 3,5 - 4,5%C i se clasific n fonte brute nealiate (n care elementele permanente nsoitoare - siliciu i mangan - nu depesc 5% fiecare) i fonte brute aliate (n care, coninutul fiecruia dintre aceste elemente depete 5%). De asemenea, fontele brute mai conin circa 0,06%S i 0,15-1,20%P. Fontele brute nealiate sunt folosite n dou scopuri principale: - pentru obinerea oelului n cuptoare Siemens-Martin, n cuptoare electrice sau n convertizoare i, n acest caz, se numesc fonte de afinare, fiind simbolizate prin simboluri FAK; - pentru retopire i turnare n piese (fonte brute de turntorie), simbolizate prin simbolul FK sau FX; fontele brute de turntorie se toarn n forme deschise sub form de calupuri care se marcheaz cu vopsea neagr (fontele FK) sau verde (fontele FX). b. Fonte turnate n piese. Fontele turnate n piese sunt aliaje industriale care se obin prin retopirea fontelor brute la turntorie n cubilouri sau n cuptoare rotative i sunt destinate turnrii n piese. Ele conin ntre 2,14 i 4,3% C, precum i proporii relativ mari de elemente nsoitoare, respectiv: 0,53,5% Si; 0,31,5% Mn; < 0,15%S i < 0,5%P. In funcie de coninutul n elementele nsoitoare i de condiiile de solidificare, fontele turnate n piese sunt: fonte albe, fonte pestrie i fonte cenuii. Fontele albe conin proporii mai mici de elemente nsoitoare (n special siliciu) i au carbonul legat de fier sub form de cementit. Datorit acestui fapt, ele au culoare alb n sprtur i sunt dure (400600 HB), fragile, nedeformabile i neprelucrabile prin achiere. Datorit fragilitii i dificultilor de prelucrare, fontele albe se folosesc n stare brut turnat la fabricarea de piese care trebuie s reziste la uzur, de exemplu8

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

cilindri de laminor cu crust dur (din font alb) pentru laminarea tablelor, duze pentru instalaiile de sablaj cu nisip, piese pentru maini de sfrmat i mcinat. In cazurile citate, utilizarea fontelor albe este economic, datorit rezistenei mari la uzur i costului sczut. Un caz special de folosire a fontelor albe l constituie turnarea de piese, care ulterior sunt supuse unui tratament termic de maleabilizare, pentru a se obine fonte maleabile. Fontele cu grafit lamelar se numesc fonte cenuii obinuite, deoarece se obin prin retopirea simpl a fontei de prim fuziune. Fontele cu grafit nodular se obin prin retopirea fontei de prim fuziune, urmat de tratarea fontei lichide cu cantiti foarte mici de magneziu. Microstructura unei fonte cenuii este format dintr-o mas metalic de baz a crei structur este asemntoare cu aceea a unui oel hipoeutectoid sau eutectoid n care sunt prinse lamelele sau nodulele de grafit. Structura masei metalice de baz d i denumirea fontei cenuii: feritic, ferito-perlitic sau perlitic Proprietile mecanice ale fontelor cenuii depind de microstructura masei de baz i de forma, mrimea i distribuia grafitului. Cea mai bun rezisten mecanic o au fontele perlitice, iar cea mai sczut, fontele feritice. Grafitul acioneaz ca o incluziune nemetalic, reduce considerabil plasticitatea i reziliena masei de baz. Influena cea mai nefavorabil o are grafitul lamelar, care face ca fontele cenuii obinuite s fie casante, att la rece ct i la cald. Fontele cenuii obinuite (cu grafit lamelar) snt notate cu simboluri care indic rezistena minim de rupere. Simbolul unei fonte cenuii obinuite este format din literele Fc (font cenuie), urmate, de un grup de cifre, care indic rezistena minim la traciune, n N/mm2. De exemplu, Fc 100 este o font cu Rm >100 N/mm2 i are, de obicei, o mas de baz feritic. Fontele ferito-perlitice au rezistena cuprins ntre 150 i 200 N/mm2 (Fc 150, Fc 200), iar cele perlitice, ntre 200 i 300 N/mm2.

a) b) c) Fig.1.4. Microstructuri caracteristice aliajelor cu peste 2% C Rezistena fontelor cenuii obinuite se obine n urma tratamentului de

modificare, care const n tratarea fontei lichide cu adaosuri mici de ferosiliciu, silicocalciu, aluminiu etc. Proporia de adaosuri modificatoare este de 0,3 - 0,8% din masa fontei lichide. Rezistena fontelor modificate (Fc35, Fc40) atinge valori de ordinul a 350 400 N/mm2. O utilizare mai bun a proprietilor masei de baz se obine n cazul fontelor cu grafit nodular. Forma rotunjit a grafitului asigur acestora o rezisten la traciune de 2 - 3 ori mai mare dect a fontei cenuii cu grafit lamelar i cu aceeai9

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

mas de baz. De asemenea, prezena feritei n structur mbuntete plasticitatea i asigur i o oarecare reziliena. Fontele cu grafit nodular (STAS 6071-82) se noteaz cu literate Fgn (font cu grafit nodular), urmate de dou numere, dintre care primul indic rezistena minim la traciune, iar cellalt, alungirea la rupere. De exemplu, Fgn 400 10 nseamn o font cu grafit nodular cu Rm >400 N/mm2 i A >10% ; aceast font are masa de baz feritic i reziliena de 30 J/cm2. Pe msura apariiei i creterii proporiei de perlit n masa de baz crete rezistena fontei, ns scad alungirea i reziliena. Astfel, fonta Fgn 450 5 este ferito-perlitic i are reziliena 20 J/cm2, iar fonta Fgn 600 2 este perlitic i are reziliena de numai 15 J/cm2. Duritatea fontelor cenuii depinde, n cea mai mare msur, de structura masei de baz; fontele feritice au cea mai mic duritate (110120 HB), cele ferito-perlitice au duriti intermediare (130180 HB), iar cele perlitice, duriti maxime (200-250 HB). O proprietate important a fontelor cenuii este capacitatea lor de a amortiza vibraiile. De asemenea, fontele cenuii perlitice sunt.rezistente la uzur, datorit, pe de o parte, duritii mari a cementitei din perlit, iar pe de alt parte, efectului de autoungere pe care l asigur grafitul : ele sunt utilizate i ca fonte antifriciune. Proprietile fizice ale fontelor cenuii sunt determinate, ca i cele mecanice, de structura masei de baz i de prezena grafitului. Astfel, grafitul, care este foarte uor, reduce densitatea masei de baz, fontele cenuii feritice avnd densitatea mai mic (6,6 6,8 g/cm3) dect cele perlitice (7,27,4 g/cm3). Grafitul reduce i coeficientul de dilatare liniar al fontelor cenui. In schimb grafitul mrete puin conductibilitatea termic i reduce foarte mult conductibilitatea electric a fontelor cenuii. Fontele cenuii sunt feromagnetice, proprietate pe care o pierd prin nclzire la 770C, cnd devin paramagnetice. Proprietile tehnologice ale fontelor cenuii sunt fuzibilitatea i fluiditatea foarte bune, permind turnarea lor n piese cu perei destul de subiri. Fluiditatea fontelor crete cu creterea coninutului de fosfor i este maxim la coninut de carbon eutectic ~ 4,3% C. Prelucrabilitatea prin achiere a fontelor este, de asemenea foarte bun, deoarece grafitul uureaz ruperea achiilor. Fontele sunt greu sudabile (numai la cald i asigurndu-se msuri speciale) i, practic, neforjabile. Fontele cenuii se utilizeaz pe scar larg la turnare de piese cu configuraii simple sau complicate, n construcia de maini (batiuri de maini-unelte, chiulase de motoare, rotoare de pompe de ap, carcase de maini electrice etc). Datorit rezistenei lor sporite, fontele modificate se utilizeaz la turnarea de, piese mai importante: cilindri pentru maini cu abur, cilindri pentru motoare cu ardere intern etc. Fontele cu grafit nodular, avnd rezisten mrit i totodat i rezilien, se utilizeaz la turnarea pieselor cu importan mare n construcia de autovehicule (arbori cotii, axe cu came), n construcia de maini grele i de utilaj metalurgic10

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

(sabote de ciocane pentru forjare, traverse pentru prese, cilindri de laminoare etc), n industria chimic (pompe, ventile etc). n ultimii ani, ferita cu grafit nodular a nlocuit oelul turnat (i chiar pe cel laminat) n construcia unor organe de maini, realizndu-se astfel importante economii). Fontele maleabile se obin din fonte albe prin tratamentul termic numit recoacere de maleabilizare. Tratamentul se bazeaz pe faptul c cementita din fontele albe fiind un constituent metastabil, prin nclzire la temperaturi nalte se descompune, formndu-se grafitul (constituentul stabil), dup reacia urmtoare: Fe3C = 3 Fe +C (grafit de recoacere) (1.1)

Pentru a se obine piese din font maleabil, acestea se toarn mai nti din font alb hipoeutectic cu coninut redus de carbon i de siliciu ; o compoziie tipic este urmtoarea: 2,5 3% C; 0,5 1,5% Si; 0,3-0,8% Mn; 0,05-0,10% S; 0,10-0,20% P. Piesele turnate din font alb se supun apoi unui tratament termic de durat mare (50 100 h), numit recoacere de maleabilizare. Structura fontelor maleabile este constituit din grafit de recoacere (in cuiburi), inclus ntr-o mas metalic de baz ce difer n funcie de modul n care se realizeaz recoacerea. Dac se descompune toat cementita, fonta are o mas de baz complet feritic; n sprtur, aceast font are culoare neagr (datorit grafitului), fiind denumit i font maleabil neagr. Dac se descompune numai cementita primar, masa de baz a fontei este complet perlitic; n sprtur, aceast font are culoarea albarginitie (din cauza perlitei), fiind denumit i font maleabil alb n sfrit, dac se descompune toat cementita primar i numai o parte din cea secundar, fonta are o mas de baz ferito-perlitic cu o coloraie gri-cenuie n sprtur. Fontele maleabile (STAS 569-79) se noteaz cu simbolul Fm (font maleabil), urmat de un numr constituit din trei cifre, care reprezint rezistena minim la rupere prin traciune, i de o liter, care reprezint caracterul sprturii (n neagr, a alb; de exemplu, Fm 300n nseamn font maleabil cu R >300 N/mm2 i cu sprtur neagr). Fontele maleabile au alungire satisfctoare (A = 6...12%, pentru fontele feritice, i 2 6% pentru fontele perlitice), putndu-se ndoi la rece pn la unghiuri de 3045, fr s se rup. Fontele maleabile se folosesc la fabricarea pieselor care funcioneaz n condiii de ocuri i vibraii (cartere de reductoare, flane, mufe, aibe, crlige, cleme, bride etc). 1.1.2.5. Oeluri Oelurile se obin prin afinarea fontei n cuptoare Siemens-Martin, n convertizoare i n cuptoare, electrice. Afinarea const n oxidarea (arderea) unei pri a carbonului, a fosforului i a sulfului din fonta brut, cu ajutorii} minereului de fier, al aerului sau al oxigenului. n funcie de. procedeul de elaborare, otelurile tehnice mai conin 0,050,35%Si; 0,050,80%Mn; 0,01 0,06%S i 0,01-0,06%P.11

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

a. Clasificarea oelurilor. Oelurile se pot clasifica dup mai multe criterii, n funcie de compoziia chimic, oelurile se clasific n: - oeluri nealiate (numite i oeluri carbon), care conin numai fier, carbon i elemente nsoitoare. n coninuturi obinuite ; - oeluri aliate, care, pe lng fier, carbon i elemente nsoitoare, conin i elemente adugate n mod voit, numite elemente de aliere (Cr, Ni, W, Mo, V, Ti etc). Dup destinaie, oelurile se clasific n: - oeluri pentru construcii, destinate construciilor metalice (poduri vase, vagoane etc.) i construciilor de maini (arbori, roi etc); - oeluri pentru scule; - oeluri cu destinaie special (arcuri, rulmeni, pile, oeluri pentru tabl silicioas, oeluri inoxidabile i anticorosive etc). In funcie de starea de livrare, oelurile se clasific n : - oeluri laminate la cald i oeluri forjate (deformate plastic la cald) - oeluri turnate n piese. b. Oeluri carbon deformate plastic la cald Proprieti fizice, mecanice i tehnologice. Proprietile oelurilor carbon (nealiate) depind, n cea mai mare msur, de coninutul de carbon care determin i structura lor. Densitatea oelurilor scade uor cu creterea coninutului de carbon astfel, oelul cu 0,06% C are d = 7,871 g/cm3, iar oelul cu 0,44%C are d = 7,843 g/cm3. Cldura specific crete, iar conductivitatea termic i coeficientul de dilatare liniar scad, pe msur ce coninutul de carbon crete. Rezistivitatea electric a oelurilor crete puternic cu coninutul de carbon.Tab.1.1 Caracteristicile termice l electrice ale oelurilor carbon

%C In oel Fier pur 0,06 0,42 0,80

Cldura specific kJ/kg-C 0,470 4 0,483 0

Conductivitatea termic W/m-C 233,52 215,4 187,65 180,18

Dilataia liniar m/m-C 0,0000125 0,0000122 0,0000112 -

Rezistivitatea electrica Q'Cm 10,0 13,2 17,1 18,0

Datorit influenei carbonului asupra duritii, oelurile se mai pot clasifica n : - oeluri moi (370 N/mm2; OL50, un oel carbon obinuit cu Rm > 500 N/mm2 etc). Oelurile carbon obinuite cu coninut sczut de carbon (sub 0,25%C) se folosesc, n special, pentru construcii metalice sudate (mantale,capace, batiuri, tirani, oel beton etc), iar cele cu coninut mai mare de carbon, pentru piese de importan mai mic n construcia de maini (uruburi, piulie, antretoaze, rondele, bride, pene etc). La oelurile carbon de calitate se garanteaz compoziia chimic i proprietile mecanice de baz.(limita de curgere , rezistena la rupere Rm, alungirea A5, gtuirea Z i reziliena KCU), ns numai n stare de tratament termic, deoarece oelurile carbon de calitate nu se utilizeaz n stare de livrare. Ele se noteaz prin simbolul OLC (oel laminat la cald de calitate), urmat de un grup de cifre, care reprezint coninutul mediu de carbon, n sutimi de procent; de exemplu, OLC35 reprezint un oel carbon de calitate avnd, n medie, un coninut de 0,35%C, OLC60 cu 0,60%C etc. Spre deosebire de oelurile carbon obinuite, la oelurile carbon de calitate coninutul13

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

impuritilor nocive este limitat (att sulful, ct i fosforul sunt limitate la maximum 0,040% fiecare). Oelurile carbon de calitate se folosesc n construcii de maini la fabricarea pieselor supuse unor solicitri mici i mijlocii. Astfel, oelurile OLC10 i OLC15 se folosesc la fabricarea pieselor care urmeaz a fi sudate sau matriate sau a pieselor care suport ocuri n miez i frecare la suprafa (de exemplu, bolurile); pentru aceasta, ele se supun unor tratamente termice speciale. Oelurile OLC25, OLC35 i OLC45 se folosesc pentru piese care necesit rezisten mai mare, ns i tenacitate bun (de exemplu, arbori cotii, roi dinate etc), iar oelul OLC60, pentru piese cu unele proprieti elastice (de exemplu, arcuri, buce extensibile) sau rezistente i la uzur (pene, excentrice, roi dinate, valuri etc). Oeluri carbon cu destinaie special. n afara oelurilor speciale i de calitate, standardele n vigoare n ara noastr cuprind i unele oeluri nealiate cu destinaie special. Oelurile-pentru prelucrare pe masini-unelte automate sunt oeluri moi sau semidure n care se prevede un coninut de sulf mai mare (0,080,30%S), cu scopul de a se obine o achie mai fragil, uor detaabil la prelucrarea prin achiere. Ele sunt notate prin simbolul AUT, urmat de un grup de dou cifre care reprezint coninutul mediu de carbon, n sutimi de procent (de exemplu, AUT 20 are 0,20%C). Intr-o categorie similar se ncadreaz i oelul fosforos pentru piulie, destinat matririi la cald sau la rece. El are un coninut mare de fosfor (0,200,40%P) i se prelucreaz uor prin achiere; se noteaz cu simbolul OLP (oel laminat la cald fosforos). Oelurile pentru construcia cazanelor i a recipientelor sub presiune, notate cu R sau K, sunt livrate sub form de table groase, din care se execut virole de cazane cu abur, tambure pentru recipiente sub presiune etc. i care se prelucreaz prin deformare la rece (ndoire, bordurare) i prin sudare, ntruct sunt oteluri moi avnd coninutul de carbon cuprins ntre 0,09 i 0,33%C . O parte dintre oelurile pentru evi laminate la cald (STAS 8183-80) sunt, de asemenea, oeluri carbon. Ele sunt notate cu simbolul OLT (oel laminat la cald pentru evi), urmat de un numr care indic rezistena minim la traciune; de exemplu, OLT35 reprezint oel pentru evi cu Rm > 350 N/mm2. Oeluri carbon pentru scule. Oelurile carbon pentru scule sunt dure i extradure. Datorit coninutului mare de carbon (0,7-1,4% C), aceste oeluri pot fi aduse n condiii de rezisten mare la uzare prin frecare. Oelurile carbon pentru scule se noteaz cu simbolul OSC, urmat de un numr alctuit din una sau doua cifre care indic Coninutul mediu de carbon, n zecimi de procent; de exemplu, OSC 8 reprezint un oel pentru scule cu 0,8%C; OSC 12, oel pentru scule cu 1,2%C etc. Deoarece i aceste oeluri se supun unor operaii de tratamente termice, compoziia lor chimic este garantat n anumite limite restrnse, coninutul, de elemente nocive fiind limitat la maximum 0,030% P, respectiv 0,025%S. Oelurile cu coninut sczut de carbon (OSC7, OSC8, OSC9) se folosesc la fabricarea sculelor pentru prelucrarea prin achiere a materialelor nemetalice (lemn, hrtie) sau a metalelor i a aliajelor neferoase, precum i a sculelor pentru prelucrarea14

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

prin presare, lovire i tiere la rece fr achiere(poansoane, matrie, filiere, scule de ndoire i rsucire etc). Oelurile hipereutectoide (OSC10, OSC12, OSC13)se folosesc la fabricarea sculelor (cuite, burghie, freze) pentru achierea materialelor cu duriti mici (alame, bronzuri, fonte cenuii, oeluri moi), a dlilor etc. Oeluri cu destinaie special exist i n grupa oelurilor carbon pentru scule. Astfel, pentru fabricarea pilelor se folosesc oeluri semidure (pentru pilirea materialelor nemetalice) i oeluri dure i extradure (pentru pilirea materialelor metalice). Aceste oeluri se noteaz (conform STAS 1669-85) cu simbolul OSP (oel pentru pile), urmat de un numr care reprezint coninutul mediu de carbon n zecimi de" procente (de exemplu, OSP6 cu 0,6% C, OSP12 cu 1,2% C etc). Pentru fabricarea cuitelor, a foarfecelor i a altor obiecte destinate tierii materialelor nemetalice se folosesc oeluri carbon semidure sau dure;acestea se noteaz cu simbolul OLS, urmat de un numr care reprezint coninutul minim de carbon n zecimi de procent c. Oeluri carbon turnate n piese. In construciile de maini pe scar larg se folosesc piesele turnate din font cenuie. Cu toate acestea, piesele de la care se cere i o anumit plasticitate, tenacitate i rezilien se toarn din oeluri carbon sau aliat. Oelurile carbon turnate n piese (STAS 600-82) sunt oeluri moi sau semidure. Ele se noteaz cu simboluri OT (oel turnat), urmat de un grup de dou numere, dintre care primul reprezint rezistena minim la rupere prin traciune, iar cellalt, grupa de calitate. La grupa 1 de calitate se garanteaz numai rezistena la rupere i alungirea, la grupa 2 se garanteaz i limita de curgere, iar la grupa 3 se garanteaz n plus gtuirea i reziliena; de exemplu OT 450-1 nseamn oel turnat cu Rm > 450 N/mm2 i A5 > 18%; OT 450-3 nseamn oel turnat cu Rm > 450 N/mm2, RP02 > 24 daN/cm2; A5 > 21 %, Z > 3 i KCU > 40 J/cm2. Din aceste oeluri se toarn roi, arbori, pistoane, cilindri i alte piese n micare sau cu forme complicate, mai uor de realizat prin turnare dect prin alte procedee de prelucrare. d. Oeluri aliate. In funcie de coninutul total n elemente de aliere, oelurile i fontele pot fi slab aliate (< 2,5% elemente de aliere), mediu aliate 10% elemente de aliere). Influena general a elementelor de aliere asupra structurii i proprietilor oelurilor i fontelor. In proporii mici, corespunztoare oelurilor slab aliate, majoritatea elementelor de aliere nu provoac modificri importante n microstructura oelurilor. Deoarece toate oelurile slab aliate conin, n structur normal, perlit, s-a convenit ca ele s fie numite oeluri perlitice. Ca urmare a alierii feritei i perlitei i a creterii proporiei de perlit din structura normal, oelurile slab aliate au duritatea i rezistena mai mari dect ale oelurilor nealiate cu acelai coninut de carbon. Pe msur ce coninutul de elemente detaliere crete, ajungndu-se la cele caracteristice oelurilor mediu aliate, structura oelurilor se modific prin apariia altor constitueni structurali In afar de ferit, perlit i ce-menit ; aceti constitueni respectiv troostita, bainita sau martensita, singuri sau mpreun, au proprieti diferite de ale celor normali, fiind n general mai duri i mai rezisteni, ns ceva mai puin plastici i cu rezisten la oc mai redus.15

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

In cazul oelurilor nalt aliate se observ modificri importante de structur i de proprieti. Coninuturi mari de elemente de aliere, cum snt cromul i wolframul, fac ca ledeburita s se formeze n coninuturi mai mici de 2,14%C i s devin forjabil la cald. Oelurile nalt aliate care au n structur ledeburita se numesc oeluri ledeburitice. Coninuturi mari de nichel sau mangan i aplicarea unei rciri rapide (n ap) pot realiza o structur austenitic la temperatura ambiant. n acest fel se obin oeluri austenitice. Alte elemente de aliere (Si, Cr, Mo, W, V, Ti) au tendina de a restrnge domeniul austenitic i de a-1 extinde pe cel al feritei. La coninuturi mari ale acestor elemente, oelurile respective capt o structur complet feritic la temperatura ambiant; de aceea, ele se numesc oeluri feritice. Alierea nalt face ca i fontele cenuii sa ajung la structuri feritice sau austenitice. Proprietile oelurilor i ale fontelor cu structuri speciale sunt deosebite de ale celor cu structuri obinuite. Astfel, oelurile ledeburitice au rezisten mare la uzur, chiar la temperaturi nalte, deoarece conin carburi aliate foarte dure i stabile. Oelurile i fontele austenitice, ca i cele feritice sunt foarte rezistente la coroziunea agenilor chimici (oeluri i fonte anticorosive), precum i la solicitrile mecanice la temperaturi nalte (oeluri i fonte refractare) etc. Oelurile aliate se toarn, se forjeaz, se achiaz i se sudeaz mai greu dect cele nealiate. Oeluri aliate laminate la cald. In funcie de scopul n care sunt folosite, oelurile aliate se mpart, ca i otelurile carbon, n urmtoarele grupe: - oeluri pentru construcii; - oeluri pentru scule ; - oeluri cu proprieti fizice speciale (oeluri speciale). Oelurile aliate pentru construcii sunt, n general, oeluri slab aliate. Ele sunt simbolizate printr-un numr de dou cifre, care reprezint coninutul mediu de carbon n sutimi de procent, urmat de un grup de litere, care indic elementele de aliere prezentate n compoziia oelului,i de un alt numr care indic coninutul elementului principal de aliere (ultimul din simbolul, literal) n zecimi de procent. Literele folosite pentru desemnarea elementelor aliere sunt urmtoarele: Mn mangan, Si- siliciu, Cr - crom, Ni - nichel, Mo - molibden, W - wolfram, V- vanadiu, Ti - titan; de exemplu 40 C 10 reprezint un oel cu 0,40%C i 1 %Cr ; 40 CrNi 12 un oel cu 0,40%C, 1,2% Ni i circa 1 % Cr; 41 VMoCr 17 - un oel cu 0,41%C, 4,7% Cr, 0,1 %V i 0,2%Mo (cnd elementul se gsete n mijlocul simbolului literal, coninutul su este de circa 1 %, cu excepia elementelor: Mo care este n proporie de 0,2%, V - n proporie de 0,1 % i Ti - n proporiele 0,05-0,1%). Oelurile aliate pentru scule sunt, de obicei, oeluri hipoeutectoide, hipereutectoide (slab i mediu aliate) i ledeburitice (nalt aliate). In prima categorie sunt cuprinse oelurile pentru scule de deformare i pentru scule pneumatice (poansoane, matrie, dli pneumatice, pistoane pentru ciocane pneumatice etc); ele au un coninut mediu de carbon corespunztor oelurilor semidure (0,250,6%C), necesar pentru a asigura rezistena la oc.16

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Simbolurile acestor oeluri cuprind un grup de litere, care indic elementele de aliere componente, i un numr format din dou cifre, care reprezint coninutul mediu al elementului de aliere principal (ultimul din simbolul literal), n zecimi de procent; de exemplu, oelul VC W85 conine vanadiu, crom i wolfram; principalul element de aliere este wolframul, coninutul mediu n oel fiind de 8,5%. Aceste oeluri se utilizeaz n stare de clire n ulei, urmat de revenire medie sau nalt. Oelurile hipereutectoide (avnd aceeai notaie ca i cele hipoeutectoide) se folosesc ndeosebi la fabricarea sculelor achietoare, iar unele dintre ele i a sculelor de deformare prin lovire; de exemplu, pot fi citate oelurile CVW50, C15, MCW14 etc, folosite la fabricarea de cuite, burghie, freze pentru achierea normal a materialelor metalice relativ moi (ndeosebi neferoase). Se folosesc dup un tratament termic de clire urmat de revenire joas. Tot din categoria oelurilor aliate pentru scule fac parte i oelurile rapide (nalt aliate cu wolfram sau molibden) i sunt notate cu literele Rp urmate de un numr de ordine al mrcii. Cel mai reprezentativ oel rapid este oelul Rp3, care are 0,8%C i este aliat cu 18%W, 4%Cr i 1%V. Oelurile speciale sunt oeluri mediu i nalt aliate. In aceast grup sunt cuprinse oelurile inoxidabile i anticorozive, refractare i cele cu proprieti magnetice i electrice deosebite. Oelurile inoxidabile i anticorozive sunt acelea care nu se oxideaz i nu se coredeaz sub aciunea substanelor chimice. Reprezentantul tipic al acestei clase de oeluri este oelul 18-8 care conine sub 0,1 %C, 18 %Cr i 8 %Ni. Deoarece oelurile inoxidabile, anticorozive i refractare se simbolizeaz la fel ca cele aliate de construcie, simbolul acestui oel este 10NiCr180. 1.1.3. Modificarea structurii i a proprietilor oelurilor i fontelor prin deformare plastic i tratamente termice i termochimice Oelurile i fontele cu structuri normale, corespunztoare acelora obinute n urma solidificrii dup diagrama de echilibru Fe- C, au anumite proprieti, care nu satisfac toate cerinele impuse fie de prelucrarea lor, fie de utilizarea lor n exploatare. Proprietile oricrui material metalic pot fi modificate prin modificarea structurii sale, care se poate realiza - la rndul su - prin deformare plastic, prin tratamente termice sau prin aliere. 1.1.3.1. Deformarea plastica Deformarea plastic este procedeul de prelucrare prin care un corp din material metalic solid este supus aciunii unor fore exterioare aplicate ncet sau prin loviri repetate, pentru a i se modifica forma. Deformarea plastic se aplic numai materialelor metalice cu plasticitate mare; de aceea, dintre aliajele Fe-C sunt deformabile numai oelurile. Deformarea plastic a oelurilor se poate efectua fie la temperatur ambiant (deformare plastic la rece), fie la temperatur nalt (deformare plastic la cald).17

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Deformarea plastic Ia rece se aplic oelurilor moi cu mai puin de 0,25%C, care au n structur peste 80% ferit. Oelurile dure nu pot fi deformate plastic la rece dect dac li se aplic un tratament termic prin care cementita secundar din perlit este adus la o form globular (aproape sferic). Prin deformarea plastic la rece ferita poliedric se alungete i structura oelului devine fibroas i dur, crescnd caracteristicile de rezisten i sczndu-i plasticitatea (alungirea A); oelul se ecruiseaz (se ntrete).

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Fig.1.5. Variaia structurii i a duritii prin deformare plastic Ia rece i prin recristalizare ulterioar la oeluri: a - oel moale, laminat la cald ; b - idem, deformat plastic la rece ; c idem, deformat la rece i recristalizat la 650C ; d - oel dur globulizat; e - idem, deformat plastic la rece; f - idem, deformat la rece i recristalizat la 600C.

Gradul de ecruisare depinde de gradul de deformare aplicat. Dac deformarea este mare, rezult un oel foarte tare (notat fi). Scznd gradul de deformare, scade si gradul de ecruisare, otelul devine tare (/) sau jumtate tare (1/2 t). n stare ecruisat oelul nu mai poate fi deformat la rece, deoarece poate crpa. Pentru a-1 nmuia, se supune unei nclziri la 650750C, n urma creia ferita devine din nou poliedric; starea respectiv se numete stare moale (m) sau foarte moale (fm). Deformarea plastic la cald se efectueaz nclzindu-se oelurile la temperaturi nalte la care ele au structura format n totalitate din austenit. Majoritatea oelurilor se deformeaz la cald (prin laminare, forjare, matriare) la temperaturi cuprinse ntre 1150C (nceputul deformrii) i 900C (sfritul deformrii) i apoi se rcesc n aer linitit. Structura oelurilor deformate plastic la cald este normal, adic aceea care rezult din diagrama de echilibru Fe-Fe3C; ferit poliedric + perlit la oelurile hipoeutectoide, perlit la cel eutectoid i perlit - cementit secundar la cele hipereutectoide. 1.1.3.2. Tratamente termice aplicate oelurilor i fontelor18

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Tratamentele termice sunt operaii de nclzire i rcire a aliajelor aflate n stare solid, efectuate cu scopul de a le modifica structura; modificarea structurii antreneaz, la rndul su, modificarea proprietilor fizico-mecanice sau tehnologice ale aliajelor. La baza tratamentelor termice stau deci transformrile de structur n stare solid. a. Recoacerea otelurilor Recoacerea de regenerare. Oelurile prelucrate la cald au, n general structuri caracterizate prin grunte cristalin mare i structur neuniform. Gruntele mare i structura neuniform pot fi nlocuite cu o structuri cu grunte fin i cu o distribuie uniform a constituenilor structurali, prin aplicarea tratamentului termic de recoacere de regenerare. Pentru aceasta oelul este adus, mai nti, la o structur complet austenitic, prin nclziri n domeniul de existen al acestui constituent pe diagrama Fe-Fe3C. Pentru a nu se obine din nou un grunte mare, nclzirea se efectueaz cu maximul 50C peste liniile GS, respectiv SE din diagram. Dup meninerea un anumit timp la aceast temperatur, oelul se rcete ncet pn la temperatura ambiant. Ca urmare a rcirii lente, transformarea austenitei are loc n modul prezentat n diagram, astfel nct temperatura ambiant se obine o structur normal cu gruni fini. Normalizarea (sau recoacerea de normalizare) este o variant a recoaceri de regenerare, de care se deosebete numai prin modul de rcire: n czu tratamentului de normalizare, rcirea oelului se execut n aer (scond piesele din cuptor). Ca urmare, oelul are tot structur normal (de aici i denumirea de normalizare), dar cu perlit mai mult i mai fin, ceea ce asigur o duritate mai mare. Recoacerea de regenerare sau de normalizare se aplic tuturor pieselor forjate din oeluri de construcie i pieselor turnate din oel. In unele cazuri se normalizeaz i construciile sudate din oeluri nealiate. Pentru a nu se nclzi ntreaga construcie sudat, normalizarea se execut local Recoacerea de nmuiere se aplic pentru mbuntirea prelucrabilitii prin achiere a oelurilor dure i extradure. Oelurile semidure cu 0,30,6% C nu prezint probleme deosebite la achiere, deoarece se prelucreaz uor att n stare laminat, ct i dup turnare sau forjare. Achia lor se detaeaz cu uurin, iar suprafeele prelucrate sunt destul de curate. Pentru obinerea unor suprafee mai netede se aplic, uneori, normalizarea, dei n acest caz uzura sculelor achietoare este mai accentuat. Oelurile dure i extradure (cu 0,7 - 1,4%C) prezint o serie de dificulti de prelucrare prin achiere, datorit uzrii excesive a sculelor achietoare. Pentru a se mbunti prelucrabilitatea oelurilor dure i extradure,se aplic un tratament termic de nmuiere care are drept scop transformarea lamelelor de cementit n globule aproape sferice, cu aciune abraziv mai redus. Acest tratament este denumit recoacere de globulizare. Recoacerea de globulizare se realizeaz prin nclzirea oelurilor respective la o temperatur cu puin superioar punctului Ax, respectiv la 750 780C. La aceast temperatur se menine timp ndelungat (uneori chiar 10 20 h) pentru realizarea procesului de globulizare a lamelelor de cementit. n acelai scop, rcirea de la temperatura respectiv i pn sub punctul Ax (circa 650C) se realizeaz foarte ncet (20-30C/h).19

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Recoacerea de recristalizare este tratamentul termic aplicat produselor din oel deformate plastic la rece ecruisate). Practic, recoacerea de recristalizare a oelurilor se execut la 700 -750C, cu durate scurte (15 - 45 min) i cu rcire n aer i are ca rezultat obinerea strilor moale sau foarte moale. Recoacerea de detensionare n toate tipurile de prelucrri la cald sau la rece, n produsele metalice apar tensiuni interne. Tensiunile interne sunt generate de mai multe cauze, i anume: neuniformitatea rcirii pieselor (tensiuni termice sau de contracie), modificrile de volum specific, ca urmare a transformrii austenitei n diferite structuri (tensiuni structurale), fenomenul de ecruisare (tensiuni de deformare) i dezechilibrul mecanic produs prin schimbarea formei geometrice a pieselor n cursul prelucrrii prin achiere (tensiuni de prelucrare prin achiere). O parte din tensiunile interne rmn n produse i dup terminarea prelucrrilor respective. Aceste tensiuni interne remanente sunt duntoare calitii produselor, ntruct reduc rezistena mecanic, favorizeaz ruperile prin oc sau la oboseal, micoreaz rezistena la coroziune etc. Tensiunile interne remanente se pot elimina prin tratamentul termic numit recoacere de detensionare. Condiiile de aplicare a acestui tratament difer de la caz la caz. Astfel, detensionarea dup turnare sau sudare se realizeaz prin nclzire la 600 -650C, iar detensionarea dup prelucrarea prin deformare plastic la rece la 340 -400C. Detensionarea dup prelucrrile prin achiere se practic mai rar i se poate efectua la temperaturi de 450 - 500C (dup degrori) sau la 150 - 200C (dup finisri, la piese de mare importan, care In funcionarea ulterioar nu trebuie s se deformeze sub aciunea tensiunilor interne produse de prelucrarea prin achiere). O condiie esenial la aplicarea recoacerii de detensionare este ca rcirea s se efectueze foarte ncet (dirijat). b. Recoacerea pieselor turnate din font. Piesele turnate din font se supun, de obicei, recoacerii de detensionare la 500 - 550C. Aceast operaie este necesar dup turnare, deoarece n cursul solidificrii, la piesele din font, contracia mare i neuniform, datorit grosimii diferite a pereilor, determin apariia unor tensiuni interne importante. Dac aceste tensiuni nu sunt eliminate prin detensionare, dup prelucrare prin achiere ele acioneaz asupra pieselor, deformndu-le. Recoacerea de normalizare se aplic pieselor din font cenuie care au structuri ferito-perlitice, cu scopul a le mri duritatea prin creterea proporiei de perlit din structur. Operaia se execut prin nclzire la 850 - 900CC, meninere i rcire n aer. Cu ct meninerea este mai ndelungat, cu att rezultatele sunt mai bune, fonta ajungnd la o structur cu masa de baz complet perlitic. c. Clirea oelurilor. Dac un oel este nclzit n domeniul austenitei i, apoi, este rcit rapid, structura sa nu mai este format din constitueni normali (ferit, perlit, cementit secundar), ci dintr-un alt constituent cu aspect acidular, numit martensita. Tratamentul termic astfel realizat se numete clire la martensita sau, simplu, clire. Martensita este un constituent dur i fragil. Duritatea sa este cu att mai mare cu ct oelul supus clirii are mai mult carbon. Astfel, oelul OLC 25 clit are duritatea de numai 45 HRC, otelul OLC45 se clete la 60 HRC, iar oelul OSC 8,1a 64 HRC.20

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Datorit duritii mari, martensita este un constituent rezistent la uzur, dar nu rezist la oc. De aceea, oelurile se folosesc cu structur martensitic numai n cazul sculelor i al pieselor care trebuie s reziste la uzur, fr oc. n vederea clirii, oelurile hipoeutectoide trebuie nclzite n domeniul austenitic, la o temperatur cu circa 50C mai mare dect punctul A3. n schimb, oelurile hipereutectoide se nclzesc numai deasupra punctului Ax, cu circa 50C, unde structura lor este format din peste 90% austenit i restul cementit secundar. Pentru a se obine o structur complet martensitic la clire, oelurile carbon trebuie rcire n ap rece. Transformarea austenitei n martensita se realizeaz cu o cretere de volum de 0,5 1,5% (dependent de coninutul de carbon al oelului). De aceea, la clirea pieselor cu forme neregulate, executate din oeluri cu coninut de carbon mare, apar importante tensiuni structurale, care creeaz pericolul de crpare. Pentru a se evita aceasta, piesele se introduc n bazine de clire n anumite poziii (de exemplu, vertical, cu partea mai groas nainte etc.) i se agit energic. d. Revenirea oelurilor. In stare clit, oelurile au duriti mari, ns sunt fragile i au tensiuni interne importante. n aceast stare, ele nu pot fi utilizate. De aceea, dup clire, ntotdeauna se aplic un tratament termic de revenire Revenirea este tratamentul termic prin care un oel clit este nclzit la o temperatur oarecare, sub 727CC, cu scopul de a se realiza o apropiere mai mic sau mai mare de echilibru. Revenirea care se realizeaz prin nclzire la temperaturi relativ sczute (150200C) se numete revenire joas. Revenirea joas nu modific structura de clire. Oelul rmne martensitic, cu duritate, mare, ns o mare parte din tensiunile interne sunt ndeprtate. De aceea, deseori, aceast revenire se mai numete i detensionare. Se aplic la piesele i sculele care trebuie s aib duritate mare (piese supuse la uzare, scule achietoare). Revenirea care se realizeaz prin nclzire la temperaturi cuprinse ntre 350 i 450C se numete revenire medie. Revenirea medie modific structura oelului clit, n sensul c, n tendina de a se apropia de echilibru, martensita se descompune ntr-un amestec de ferit i cementit secundar, numit troostit de revenire. Troostita de revenire are duritate mai mic dect martensita (400 450 HB) i se caracterizeaz prin elasticitate mare. De aceea, revenirea medie se aplic pieselor din oel care trebuie s fie elastice n exploatare (arcuri, resorturi, buce extensibile).nclzirea oelului clit la temperaturi cuprinse ntre 450 i 650C se numete revenire nalt. Revenirea nalt conduce la o apropiere de echilibru i mai accentuat. Martensita se descompune ntr-un amestec de ferit i cementit secundar, care poart numele de sorbit. Sorbit are duritate mai mic dect troostita de revenire (250350 HB) i se caracterizeaz printr-o asociaie ideal de proprieti mecanice, deoarece este, n acelai timp, rezistent, plastic i tenace. De aceea, revenirea nalt se aplic la organele de maini n micare ce trebuie s satisfac complexul de proprieti amintit (arbori, biele, discuri, buloane etc). Tratamentul termic dublu, constituit din clire i revenire nalt, se numete mbuntire. e.Clirea i revenirea fontelor. Piesele din font cenuie se supun mai rar tratamentelor termice de clire i revenire, ntruct grafitul mrete pericolul de crpare la clire. Atunci cnd se aplic, tratamentul de clire al fontelor const n21

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

nclzire la 850 900C i rcire n ulei. Revenirea se efectueaz n funcie de scopul urmrit. Astfel, pentru ca piesele s aib rezisten bun la uzur, se aplic revenirea joas la 200 300C, iar pentru o elasticitate mai bun (de exemplu, la segmenii de piston) se aplic revenirea medie la 400450CC. Totui structurile de revenire medie ii nalt nu au proprieti superioare celor perlitice, care se pot obine direct prin turnare. Rezultate mai bune se obin prin aplicarea clirii izoterme la bainit (nclzire la 850900C i rcire n baie de sruri la 400C i apoi n aer), prin care se realizeaz duriti de peste 350 HB i deci o rezisten mare la uzur.

2BAZELE ACHIERII METALELOR I ALIAJELOR2.1 NOIUNI ACHIERE GENERALE DESPRE PRELUCRAREA PRIN 2.1.1. Procesul de producie Rezultatul activitii unei ntreprinderi constructoare de maini l constituie produsele fabricate: maini, utilaje, aparate, bunuri de consum etc. Pentru obinerea acestor produse, n ntreprindere se desfoar un proces de producie prin are materiile prime i semifabricatele sunt transformate n produse finite. Un proces de producie este alctuit din alte procese, care pot fi de baz i auxiliare. Procesele de baz contribuie direct la transformarea materiilor prime n produse finite. Asemenea procese pot cuprinde: - obinerea de semifabricate turnate, forjate, matriate etc.; - prelucrarea prin achiere a semifabricatelor pentru obinerea pieselor finite; - tratamentele termice la care sunt supuse piesele n diverse stadii de fabricare; - asamblarea pieselor n subansambluri i ansambluri, n vederea obinerii produsului finit. Procesele auxiliare ajut la buna desfurare a proceselor de baz. Ele pot cuprinde: - construirea de scule, dispozitive i verificatoare (S.D.V.-uri) ; - ntreinerea i repararea mainilor i utilajelor folosite n cadrul proceselor de baz; - transportul pe teritoriul ntreprinderii al materialelor, semifabricatelor, pieselor, produselor finite etc.22

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Pentru buna desfurare a ntregului proces de producie, ntreprinderea constructoare de maini - ca de altfel i ntreprinderile aparinnd altor domenii de activitate - trebuie s dispun de o organizare corespunztoare. Elementul de baz n organizarea unei ntreprinderi l constituie secia. Ea este o unitate distinct att din punctul de vedere al proceselor care se execut n ea ct i din cel administrativ. In funcie de profilul lor, seciile pot fi: - de pregtire a fabricaiei, n care se ntocmesc proiectele i toat documentaia necesar procesului de fabricaie; - de baz, n care se desfoar o parte a procesului de producie, n scopul obinerii unei pri a unui produs sau a ntregului produs; - auxiliare, n care se desfoar procese auxiliare; - de deservire, asigurnd deservirea seciilor de baz sau auxiliare cu mijloace de transport, cu pstrarea i depozitarea materiilor prime, a semifabricatelor i a produselor. 2.1.2. Procese tehnologice Procesul tehnologic este o parte a procesului de producie legat direct de schimbarea treptat a strii produsului n timpul fabricrii sale. Procesele tehnologice desfurate n ntreprinderile constructoare de maini pot fi grupate n dou categorii. Procese tehnologice de prelucrare, prin care materiile prime se modific treptat, transformndu-se n semifabricate i apoi n piese finite. Aadar, procesele tehnologice de prelucrare pot fi de semifabricare i de prelucrare mecanic. Procese tehnologice de asamblare, prin, care piesele sunt grupate n subansambluri i ansambluri . Orice proces tehnologic constituie o nsumare a unor etape succesive care conduc n final la obinerea produsului finit. Elementul de baz al procesului tehnologic l constituie operaia tehnologic. Operaia este acea parte a procesului tehnologic efectuat: - de ctre un muncitor sau o echip de muncitori, - fr ntrerupere, - la un singur loc de munc, - cu utilajele i unelte necesare n scopul modificrii: - proprietilor fizico-chimice, - formei i dimensiunilor, - netezimii i aspectului suprafeelor materiilor prime sau semifabricatelor supuse prelucrrii. In cazul particular al prelucrrilor prin achiere, o operaie include acele prelucrri executate cu aceleai scule, n timpul aceleiai prinderi a piesei n dispozitiv. Operaia, la rndul ei, este compus din una sau mai multe faze. Faza este deci o parte a operaiei care se realizeaz: - ntr-o singur aezare i poziie a piesei de prelucrat, - cu aceleai unelte de. lucru, - cu acelai regim tehnologic.23

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

La prelucrarea anumitor suprafee este necesar ca Ia nceput s se ndeprteze un strat mai gros de material ceea ce se numete degroare iar la sfrit un strat mai subire, n scopul obinerii unei precizii ridicate ceea ce constituie finisarea. In acest caz exist dou faze distincte deoarece prelucrarea se execut cu alt regim tehnologic n cele dou etape. Stratul de material care trebuie nlturat de pe suprafaa unei piese, corespunztoare unei faze, poate fi ndeprtat in una sau mai multe treceri ale sculei. Trecerea este deci o parte a fazei care: se repet identic, de mai multe ori, are ca scop ndeprtarea unui strat de material de pe suprafaa piesei, pstreaz neschimbate scula, deplasarea i regimul de lucru. In timpul fazelor de lucru se execut mnuiri, reprezentnd totalitatea micrilor efectuate de ctre muncitor n timpul lucrului. Rezult de aici c cel mai simplu element al activitii muncitorului l constituie micarea. Aceasta poate fi, de exemplu, atingerea unei scule sau a unei manete, deplasarea unui instrument de msur spre piesa care trebuie msurat etc. 2.1.3. Procesul de achiere Desprinderea achiilor de pe suprafaa semifabricatelor n vederea ndeprtrii adaosului de prelucrare se realizeaz cu ajutorul unor scule achietoare. O scul achietoare este prevzut cu una sau mai multe muchii ascuite, denumite tiuri. Configuraia prii active a sculei achietoare permite acesteia s lucreze ca o pan: prin apsarea sculei, tiul ptrunde n materialul prelucrat, l deformeaz local, l despic i desprinde achia, care alunec pe suprafaa sculei achietoare. O scul achietoare nu poate desprinde achii de pe suprafaa piesei dect n cazul n care ea: - este mai dur dect materialul prelucrat, - are o anumit form, - ocup o anumit poziie fa de suprafaa prelucrat. Prima cerin se realizeaz practic prin alegerea corespunztoare a materialului din care este confecionat scula achietoare. A doua cerin este satisfcut prin ascuirea corect a sculei, iar a treia, prin poziionarea corespunztoare a sculei fa de suprafaa prelucrat. Din aceste ultime condiii rezult o serie de unghiuri, dintre care unele sunt reprezentate n fig.2.1 Dac unghiurile se refer la poziia sculei fa de suprafaa prelucrat, atunci ele poart denumirea de unghiuri de poziie. Asemenea unghiuri sunt, de exemplu, unghiul de degajare y, care marcheaz poziia feei de degajare a sculei, i unghiul de aezare care indic poziia feei de aezare.

24

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Fig.2.1. Schema prelucrrii prin achiere.

2.1.4. Achii Achiile formate n timpul prelucrrii prin achiere a diferitelor materiale metalice difer ntre ele n funcie de proprietile acestor materiale (duritate plasticitate .a.). In funcie de aspectul lor, achiile pot fi: - discontinue; - continue. | Achiile discontinue pot fi de rupere sau n trepte. Achiile de rupere (fig.2.2.a) se formeaz la prelucrarea unor materiale metalice fragile, cum sunt, de exemplu, bronzul i fonta. Ele se desprind sub forma unor mici fragmente cu contur neregulat i dimensiuni de la civa milimetri, la fraciuni de milimetru. Achiile n trepte, denumite i achii fragmentate, rezult n timpul prelucrrii materialelor metalice dure i tenace, cum sunt unele oeluri carbon obinuite (OL 60, OL 70) sau unele oeluri aliate. Ele se prezint sub forma unor panglici scurte, deformate, alctuite din elemente dispuse sub form de trepte (fig.2.2.b). Suprafaa cu care achia se freac de faa de degajare a sculei este neted i lucioas. Achiile continue, denumite i achii de curgere (fig.2.2. c), rezult n urma prelucrrii materialelor moi i maleabile, cum sunt unele oeluri carbon obinuite (OL 37) sau slab aliate, i multe materiale metalice neferoase alam, cupru, aliaje de aluminiu). Ele se prezint sub forma unor panglici lungi, avnd o suprafa neted i lucioas, iar cealalt aspr, rugoas.

a)

b)

c) Fig.3.2. Forme de achii. 25

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Prin forma, dimensiunile i cantitatea lor, achiile pot ngreuia procesul le lucru. Astfel, achiile lungi care se deplaseaz spre locul n care st muncitorul l incomodeaz n timpul lucrului i chiar l pot accidenta. Din aceast cauz se iau msuri care au ca scop protecia muncitorului prin utilizarea unor paravane de protecie sau prin fragmentarea achiilor prin folosirea unor scule speciale. Acestea au pe faa de degajare scobituri care oblig achia s se deformeze foarte mult, rupndu-se. Forma achiilor depinde, n afar de natura materialului prelucrat, de parametrii geometrici ai sculei achietoare i de viteza de achiere. Astfel, este posibil ca folosindu-se aceeai scul achietoare i prelucrndu-se acelai material, s se treac de la achii de rupere la achii n trepte i apoi la achii continue, prin sporirea treptat a vitezei de achiere. In afara formei lor, achiile se deosebesc i prin dimensiuni: lungime i dimensiunile seciunii transversale. Achiile rezultate n urma prelucrrilor prin achiere constituie un deeu. Ele nu se arunc ci se colecteaz n vederea retopirii n cuptoare, pentru turnarea semifabricatelor noi. Colectarea achiilor se face in aa fel nct diferitele materiale s nu se amestece ntre ele, ceea ce le-ar face inutilizabile. 2.1.5. Micri executate n procesul de achiere Prelucrarea prin achiere se poate realiza prin foarte multe procedee. Acestea se deosebesc prin schema de prelucrare, sculele folosite i mainile-unelte utilizate. Ceea ce caracterizeaz ns cel mai bine procedeele de prelucrare prin achiere sunt micrile executate de ctre scul i piesa prelucrat. Pentru prelucrarea prin achiere se folosesc urmtoarele categorii de micri: - micri principale, avnd drept scop desprinderea achiilor; - micri de avans, n vederea aducerii de noi straturi de material n faa tiului sculei; - micri de poziionare, care au drept scop aducerea sculei in apropierea piesei. Micarea principal poate fi executat de la caz la caz de ctre pies sau de ctre scula achietoare. Ea poate fi o micare de rotaie continu sau o micare rectilinie. Micrile de avans pot fi de rotaie, continue sau discontinue (intermitente), sau rectilinii, continue sau intermitente. Ele se execut uneori de ctre pies, iar alteori de ctre scul; exist i cazuri cnd acelai element {scul sau pies) poate executa i micarea principal i o micare de avans. Micrile de apropiere pot fi executate fie de ctre scul, fie de ctre pies. Generarea suprafeelor. Scopul final al unei prelucrri prin achiere l constituie obinerea unei suprafee cu o anumit configuraie, cu anumite dimensiuni i o anumit netezime, conform cerinelor impuse piesei. Configuraia suprafeei prelucrate, rezult din combinarea micrilor executata de ctre tiul sculei achietoare i de piesa prelucrat. Astfel, pentru generarea unei suprafee plane se pot utiliza urmtoarele combinaii de micri:26

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

micarea de rotaie a piesei + micarea rectilinie a tiului sculei (cazul strunjirii plane); micarea rectilinie a piesei + micarea de rotaie a. tiului sculei (cazul frezrii) ; micarea de rotaie a piesei + micarea de rotaie a tiului sculei (cazul rectificrii sau frezrii pe maini cu mas rotund); micarea rectilinie a piesei + micarea rectilinie a tiului (cazul rabotrii). Generarea unei suprafee plane poate fi ns realizat i cu ajutorul unei singure micri, folosindu-se o scul cu ti rectiliniu (cazul brorii). Rezult de aici c generarea unei anumite suprafee poate fi obinut prin mai multe variante de combinare a micrilor pieselor prelucrate i a sculelor achietoare, ceea ce corespunde posibilitii realizrii suprafeelor respective pe mai multe tipuri de maini-unelte, In cazul prelucrrii unor suprafee complicate (de exemplu, suprafeele dinilor roilor dinate, suprafeele canalelor elicoidale sau unele suprafee profilate) este necesar ca ntre micrile folosite s existe o coordonare strict. Aceasta se realizeaz prin stabilirea unei legturi cinematice ntre scul i pies . n general micrile folosite la generarea unei suprafee i las amprenta asupra aspectului suprafeei prelucrate; pe suprafa apar urmele tiului sculei (fig.2.3) care ofer posibilitatea identificrii procedeului de prelucrare

a)

b)

c) d) Fig.2.3. Posibilitile de generare a unei suprafee plane: a) micarea de rotaie a piesei + micarea rectilinie a tiului; b)- micarea de rotaie a tiului+micarea rectilinie a piesei; c) -micarea de rotaie a tiului 1- micarea de micarea recfilinie rotaie a piesei; d) - micarea rectilinie a tiului +a piesei.

3.2 SEMIFABRICATE FOLOSITE LA PRELUCRAREA PRIN ACHIERE27

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Pentru obinerea unei piese cu form geometric bine determinat, mrginit de suprafee cu o anumit netezime i anumite dimensiuni, se pleac de la un semifabricat. Semifabricatul este o bucat de material sau o pies brut, care a suferit o serie de prelucrri mecanice sau termice, dar care necesit n continuare alte prelucrri pentru a deveni pies finit. Piesa finit rezult n urma prelucrrii semifabricatului, cu respectarea tuturor condiiilor impuse prin desenul de execuie (form, dimensiuni i tolerane, calitatea suprafeelor etc). Semifabricatul supus prelucrrii prin achiere are una sau mai multe dimensiuni mai mari dect cele ale piesei, finite. Surplusul de material care trebuie ndeprtat de pe suprafaa semifabricatului poart denumirea de adaos de prelucrat. Un semifabricat bun are ct mai multe suprafee identice cu cele ale piesei finite, iar adaosul de prelucrare este redus la minimum.

a) b) Fig.2.4. Adaosuri de prelucrare simetrice (a) i asimetrice (b).

Fig.2.5. Pies finit i semifabricate. Exemplu. Piesa din figura 2.5.a are patru suprafee (marcate cu semne) crora li se impun condiii speciale legate de netezime i dimensiuni. Aceste suprafee vor trebui prelucrate prin achiere. Pentru obinerea acestei piese se poate folosi un semifabricat debitat dintr-o bar laminat cu seciune rotund (fig.2.5 b) sau un semifabricat matriat la cald (fig.2.5 c). Din compararea mrimii adaosurilor de prelucrare, notate cu A i haurate dublu. rezult superioritatea semifabricatului matriat care se apropie foarte mult de piesa finit, unele dintre suprafeele sale rmnnd neprelucrate.

In funcie de mrimea sa, adaosul de prelucrare se nltur n una sau mai multe treceri. Principalele tipuri de semifabricate folosite la prelucrarea prin achiere sunt: - buci debitate din produse laminate (bare, profile, srme, benzi etc.) - piese brute obinute prin turnare;28

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

- piese brute forjate liber; - piese brute forjate n matri (matriate); - piese brute obinute prin presare din pulberi; - produse trase la rece. Dintre semifabricatele enumerate, unele sunt caracterizate de o precizie ridicat, ca de exemplu cele matriate, cele presate din pulberi i cele turnate (n special turnate sub presiune). Alegerea unui anumit tip de semifabricat este legat de seria de fabricaie. Semifabricatele matriate sau turnate, de exemplu, nu pot fi folosite dect atunci cnd numrul pieselor de acelai fel este mare, justificndu-se cheltuielile efectuate cu punerea la punct a tehnologiilor de semifabricare. Intre tipul semifabricatului i materialul din care el este confecionat exist o legtur direct. Materialul semifabricatului, respectiv al piesei finite, trebuie s ndeplineasc dou condiii: - s permit prelucrarea primar de obinere a semifabricatului (turnare, deformare plastic etc); - s aib prelucrabilitate prin achiere ct mai bun. Prelucrabilitatea prin achiere denumit i achiabilitate, este o proprietate tehnologic ce caracterizeaz diferitele materiale. Ea poate fi definit ca fiind capacitatea unui material de a se prelucra prin achiere in condiii bine determinate (printr-un anumit procedau, cu anumite scule, cu sau fr rcire etc). 2.3. PRECIZIA DE PRELUCRARE 2.3.1. Precizia piesei i precizia prelucrrii Orice pies a unei maini poate fi caracterizat de mai muli parametri geometrici sau de alt tip (compoziia chimic a materialului, masa, aspectul etc), pe care constructorul le-a impus prin desenul de execuie al piesei respective. Prin precizia piesei se nelege gradul n care parametrii reali ai piesei se apropie de parametrii proiectai. Prelucrarea prin achiere schimb n mod deosebit parametrii geometrici ai semifabricatului. Din aceast cauz a aprut noiunea de precizie a prelucrrii, ca fiind: gradul n care parametrii geometrici ai piesei prelucrate se apropie de parametrii geometrici proiectai. Parametrii geometrici ai unei piese se pot mpri n dou grupe: - parametrii suprafeelor care determin forma piesei (configuraie, dimensiuni, rugozitate); - parametrii care determin poziia reciproc a acestor suprafee (paralelism, perpendicularitate, coaxialitate etc). Dintre parametrii geometrici enumerai o importana deosebit o au dimensiunile suprafeelor. Din aceast cauz, precizia obinerii dimensiunilor constituie principalul criteriu de apreciere a preciziei prelucrrii. Noiunea de precizie a dimensiunilor poate fi uor neleas din exemplul urmtor:29

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Exemplu. Pe desenul de execuie al unei piese este indicat o dimensiune L = 600,2 mm. Cele dou dimensiuni limit i toleranta respectiv vor fi: Lmax = 60,2 mm, Lmin= 59,8 mm si T= 0,2 + 0,2 =0,4 mm. n urma prelucrrii mai multor piese se obin dimensiunile efective: L 1 = 60,1 mm; L2 = 60,12 mm; L3 = 59,96 mm; L4= 59,98 mm ; L5= 60,0 mm, care se ncadreaz ntre dimensiunile limit. Cea mai mare dimensiune efectiv este L2, iar cea mai mic dimensiune efectiv L4. Diferena lor este: = L2 - L3 = 60,12 - 59,96= 0.16 mm. Se spune c precizia prelucrrii este cu att mai mare cu ct valoarea este mai mic n raport cu tolerana T.

n afara preciziei, dimensiunilor la aprecierea preciziei prelucrrii se ia n consideraie i preciziile celorlali parametri geometrici. Caracterizarea unei situaii n care precizia de prelucrare este sczut se poate face prin termenul imprecizie. Imprecizia pieselor se datorete unor erori, aprute n procesul de prelucrare. Cu ct numrul i mrimea acestor, erori sunt mai mari, cu att imprecizia este mai mare. 2.4. CALITATEA SUPRAFETELOR PRELUCRATE a. Noiunea de calitate a suprafeei. Pe desenele de execuie ale pieselor sunt trecute i date referitoare la calitate a suprafeelor. Prin noiunea de calitate a suprafeei se nelege :gradul de netezime a suprafeei i starea stratului superficial rezultate in urma: prelucrrii prin achiere. Aadar, calitatea suprafeei prelucrate poate fi privit din punct de vedere geometric sau din punct de vedere fizic. Din punct de vedere geometric, calitatea suprafeei este determinata de abaterile suprafeei reale fa de suprafaa ideal, indicata n desenul de execuie al piesei. Din punct de vedere fizic, calitatea suprafeei se definete prin abaterile proprietilor fizice ale stratului de material de la suprafa fa de proprietile materialului din interiorul piesei. Abaterile geometrice ale suprafeelor pot fi considerate la scar mare, denumindu-se macroabateri sau la scar mic, microabateri (respectiv, abateri macrogeometrice i abateri microgeometrice).

Fig.2.6. Abateri macrogeometrice ; a la suprafee plane ; b la suprafee cilindrice.

30

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Abaterile macrogeometrice sunt abaterile de nlime mic i pas foarte mare. Astfel, pentru suprafeele plane aceste abateri pot fi: neplanitatea, convexitatea i concavitatea, iar pentru suprafeele cilindrice: cilindricitatea, conjcitatea, forma de butoi, forma de hiperboloid .a. (fig.2.6). Dac pe o suprafa, exist un numr mare de macroabateri care se repet la intervale relativ egale (egale cu un pas p) acestea constituie ondulatii. Ele pot s apar fie n direcie longitudinal (cu pasul pt), fie n direcie transversal (cu pasul pt), din cauza neuniformitii procesului de achiere, a vibraiilor mainii-unelte, sculelor etc. Abaterile microgeometrice sunt microasperitile care imprim suprafeei un aspect rugos. b. Rugozitatea suprafeelor. Dac se privete cu atenie o suprafa prelucrat prin achiere, eventual folosidu-se o lup sau un microscop,se constat c pe ea exist o serie de neregulariti reprezentnd urmele sculei achietoare. Exist posibilitatea de a caracteriza o suprafa prjn mrimea microneregularitilor sau, altfel spus, prin rugozitatea ei. Dac se consider o poriune din suprafaa piesei i profilul neregularitatilor rezultat din secionarea lor cu un plan, atunci acest profil - mult mrit - se prezint ca n figura 2.7. Dac, se traseaz o linie medie a profilului 0x, atunci pentru diferitele puncte ale profilului se pot stabili ordonatele y1,.y2, ... yn care pot fi pozitive sau negative dup cum punctele respective se.gsesc deasupra sau dedesubtul acestei linii. Lund n consideraie o anumit lungime de baz, se poate aprecia cantitativ rugozitatea cu urmtorii parametrii:

Fig.2.7. Exemplu de profil mrit al unei piese.

- abaterea medie aritmetic a profilului Ra definit ca fiind valoarea medie a ordonatelor profilului pn la linia sa medie: Ra = y1+ y2+.... yn / n - nlimea neregularililor R reprezentnd distana medie aritmetic dintre cele mai nalte cinci puncte de vrf i cele mai joase cinci puncte de fund ale profilului, msurat de la b paralel cu linia medie, care nu taie profilul: Rz = (R1+ R3+ R5+ R7+ R9)- (R2+ R4+ R6+ R8+ R10) / 5 - nlimea maxim a neregularitilor Rmax, reprezentnd distana dintre liniile exterioar i interioar, duse paralel cu linia medie, prin vrful cel mai nalt i fundul cel mai jos ale profilului. Valorile numerice ale parametrilor Ra i Rz se gsesc n standarde. Pe desenele de execuie ale pieselor se indic cu senine convenionale mrimea lui Ra.

31

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

2.4.1. Factorii care influeneaz rugozitatea suprafeelor prelucrate prin achiere Rugozitatea suprafeelor prelucrate prin achiere este influenat de o serie de factori dintre care mai importani sunt: Parametrii geometrici ai sculei. Rugozitatea suprafeei prelucrate prin achiere depinde n mod direct de unii din parametrii geometrici ai sculei. Astfel, unghiul de degajare y, odat cu mrirea lui determin o micorare uoar a nlimii asperitilor, datorit faptului c materialul preferat se deformeaz mai puin i alunec mai uor pe suprafaa de degajare a cuitului. n acelai timp, la creterea unghiului de aezare se produce o cretere a nlimii asperitilor suprafeei, datorit acumulrii unei cantiti mai mari de material aflat jn stare plastic sub faa de aezare. O influen mult mai mare o au asupra rugozitii unghiurile de atac i 1 Din figura alturat rezult c pentru aceeai mrime a avansului, rugozitatea este cu att mai mare cu ct unghiul de atac principal i cel de atac secundar sunt mai mici.

Fig.2.7 Influena unghiurilor de atac asupra rugozitii suprafeelor prelucrate prin achiere.

Fig.2.8. Profilul unui cuit pentru prelucrri de netezire.

innd cont de aceast dependen, s-au pus la punct scule cu unghi de atac secundar ct mai mic i chiar scule cu un al treilea unghi de atac 0=0 care s permit obinerea unor rugoziti ct mai mici (fig.2.8). O influen mare asupra rugozitii o are i raza de rotunjire r a tiului. nlimea microneregularitilor scade pe msur ce se mrete raza tiului cuitului. Acest lucru se vede cu uurin n figura 2.9. Parametrii regimului de achiere. Dintre elementele regimului de achiere, cea mai mare influen asupra rugozitii o32

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

are avansul. Din figura 2.10 rezult c nlimea asperitilor este cu att mai mic cu ct avansul este mai mic.

Fig. 2.9 Influena razei de rotunjire a cuitului asupra rugozitii suprafeei prelucrate prin achiere.

Micorarea avansului constituie cea mai eficace msur de cretere a netezimii suprafeelor prelucrate prin achiere. Viteza de achiere contribuie i ea la obinerea unei anumite rugoziti, aceasta micorndu-se atunci cnd viteza crete.

Fig.2.10. Influena avansului asupra rugozitii suprafeei prelucrate prin achiere.

Uzura sculei. Ca urmare a apariiei uzurii, n procesul de achiere, geometria sculei achietoare se schimb. Se modific unghiurile sculej i forma tiului, ceea ce are consecine defavorabile asupra rugozitii. Caracteristicile materialului prelucrat. Rugozitatea suprafeelor prelucrate depinde i de caracteristicile fizico-mecanice ale materialului prelucratat. In general, la prelucrarea materialelor ductile se obin rugoziti mai mari. Astfel, de exemplu, la prelucrarea oelurilor moi (cu puin carbon) se obin suprafee cu rugozitate relativ mare ; pentru micorarea rugozitii se obinuiete ca nainte de prelucrarea prin achiere semifabricatele s fie supuse unui tratament termic de normalizare ceea ce micoreaz ductibilitatea. Rigiditatea sistemului tehnologic. Prin sistem tehnologic la prelucrarea, prin achiere se nelege ansamblul de componente format din main-unealt dispozitiv de prindere a piesei pies scul achietoare dispozitiv de fixare a sculei main-unealt, sistem nchis care permite obinerea piesei finite. Cu ct acest sistem este mai rigid cu att rugozitatea suprafeelor prelucrare este mai mic. Rigiditatea sistemului tehnologic este, asigurat de rigiditatea tuturor

33

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

componentelor sistemului i rigiditatea legturilor dintre dou componente legate ntre ele. Astfel, folosirea unor maini-unelte i dispozitive uzate, lipsite de rigiditate, are drept consecin apariia vibraiilor i nrutirea calitii suprafeei prelucrate. Lichidele de rcire- ungere. Prezena lichidelor de ungere-rcire la locul achierii are o influena binefctoare asupra calitii suprafeelor. Acest efect se datorete micorrii temperaturii achiei, sculei i piesei i micorrii forelor de frecare generatoare de vibraii

3OPERAII DE PRELUCRARE PRIN ACHIERE3.1 OPERAIA DE STRUNJIRE 3.1.1 Prelucrarea pieselor de tip arbori Caracteristici constructive. Arborii drepi se disting prin aceea c toate suprafeele caracteristice au o ax dreapt comun. La randul lor, arborii drepi pot fi (fig.3.1): netezi, cu trepte ntr-un sens, cu trepte n ambele sensuri plini sau tubulari. De asemenea, funcie de raportul dintre lungimea l i diametrul mediu d, arborii drepi pot fi mprii n: arbori scuri (l < 3d), arbori mijlocii (3d < l 10d).

Fig.3.1. Diferite categorii de arbori drepti. 34

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Gama dimensional a pieselor din clasa arbori este foarte larg; de la piesele de aparatur fin pn la arbori grei, cu diametre ce depesc 1500 mm, lungimi peste 10 m i greuti mai mari de 100 tone, Condiii tehnice de execuie. Precizia dimensiunilor diametrale ale suprafeelor importante corespunde n general claselor de precizie 6 - 7 ISO iar n anumite cazuri chiar clasei 5 ISO. n ceea ce privete celelalte suprafee, precizia depete rar nivelul corespunztor cotelor libere STAS 2300-75. Condiiile de precizie impuse dimensiunilor axiale ale tuturor suprafeelor arborilor sunt de asemenea puin severe. Erorile de form ale suprafeelor de revoluie se apreciaz prin variaia dimensiunii diametrale n diverse seciuni axiale (ovalitate, poligonaiitate, n general abateri de la circularitate) i n lungul axei (conicitate, form butoi, form .a etc). Dac abaterile astfel constatate se ncadreaz n limitele cmpului de toleran al dimensiunii diametrale, atunci se consider admisibile, cu excepia cazurilor n care erorile de form au o importan deosebit i, ca urmare, sunt prescrise n mod special tolerane privitoare la forma suprafeei. Erorile de poziie se refer la coaxialitatea suprafeelor cilindrice importante (btaia radial), perpendicularitatea fa de ax a suprafeelor frontale adiacente acestora sau a celor cu rol funcional separat (btaia frontal), paralelismul flancurilor canelurilor i canalelor de pan cu axa arborelui, simetria canalelor de pan fa de aceast ax i altele. Valorile admisibile ale acestor erori sunt n general mici pentru suprafeele importante ale arborelui; n mod curent, btaia radial admis nu poate fi mai mare de 0,01 ... 0,03 mm, btaia frontal trebuie meninut sub 0,01 ... 0,06 pe 100 mm iar neparalelismul axelor canalelor de pan fa de axa arborelui nu poate depi 0,01 ... 0,05 mm pe 100 mm lungime. Rugozitatea impus suprafeelor tronsoanelor ce formeaz ajustaje cu piesele care se monteaz pe arbore este cuprins ntre limitele Ra =1,6 ... 0,4 m. De asemenea, stratului superficial al fusurilor solicitate la uzur i se impune o duritate ridicat, obinut prin deformare plastic, clire superficial, cementare, nitrurare etc. Arborii netezi sau n trepte, a cror diametre nu difer prea mult, se execut din bare laminate, debitate n buci de lungime egal cu lungimea acestora (pentru arborii de diametre mijlocii) sau nedebitate (pentru arborii de dimensiuni mici). Operaii pregtitoare la executarea arborilor drepi. Aceast grup cuprinde primele operaii ale procesului tehnologic i anume ndreptarea, prelucrarea suprafeelor frontale de capt i centruirea. Indreptarea se aplic semifabricatelor sau barelor utilizate pentru execuia arborilor de rigiditate mic i lungime mare precum i barelor folosite la prelucrarea arborilor pe strunguri revolver sau automate. Cnd curbura ce trebuie eliminat este mare, ndreptarea la rece introduce tensiuni interne importante, care determin regenerarea curburii arborelui, dup strunjire. De aceea, n cazul unor arbori mari, se recomand ndreptarea la cald.35

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Prelucrarea suprafeelor frontale, de capt i centruirea se execut n cadrul uneia sau a mai multor operaii, plasate la nceputul procesului tehnologic cu scopul de a asigura arborelui suprafeele de aezare i de msurare, necesare la operaiile ulterioare. Suprafeele frontale si centruirea se prelucreaz pe strunguri, maini de frezat i maini specializate de frezat i centruit.

Fig.3.2.

Strunjirea de degroare a arborilor netezi i n trepte. Prelucrarea suprafeelor de rotaie exterioare prin strunjire se poate realiza prin urmtoarele operaii: degroare, semifinisare i finisare. Strunjirea de degroare a arborilor se poate realiza din una sau mai multe treceri, cu unul sau mai multe cuite, n funcie de forma arborelui, lungimea sa i mrimea adaosului de prelucrare. La strunjirea de degroare se ndeprteaz cea mai mare parte a adaosului de prelucrare, fiind posibile, n funcie de tipul arborelui, mai multe scheme de achiere, cum ar fi: - prelucrarea arborilor netezi cu mai multe cuite prin divizarea adaosului in lungime;

a) Fig.3.3. 36

b)

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

- prelucrarea arborilor netezi cu mai multe cuite, prin divizarea adaosului n adancime; - prelucrarea arborilor n trepte cu un singur cuit; - prelucrarea arborilor n trepte cu mai multe cuite, cu divizarea adaosului pe cuite ; - prelucrarea arborilor n trepte cu mai multe cuite i divizarea adaosului pe lungime La prelucrarea arborilor netezi cu mai multe cuite, numrul acestora se stabilete n funcie de puterea motorului de acionare a mainii-unelte.

a)

b) Fig.3.4.

c)

La prelucrarea cu mai multe cuite, divizand adaosul de prelucrare n lungime, puterea necesar la achiere este mare; n schimb durata prelucrrii este mic, deci productivitatea ridicat. Cuitele sunt aezate la distane egale, rezultate din raportul l/z, n care z reprezint numrul de cuite, iar l lungimea de prelucrat. Metoda se aplic la prelucrarea arborilor netezi cu adaos de prelucrare mic, astfel nct s. poat fi ndeprtat la o singur trecere.

Fig.3.5.

In cazul arborilor cu adaos de prelucrare mare se folosete metoda cu mai multe cuite i divizarea adaosului n adancime. Prelucrarea cu mai multe cuite se execut pe strunguri speciale, caracterizate printr-o rigiditate ridicat i care sunt prevzute cu mai multe snii, asigurand o precizie de prelucrare ridicat, cu un numr minim de faze.

37

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Fig.3.6.

Un exemplu de prelucrare a unui arbore n trepte pe un strung special este reprezentat n figura de mai sus. Prelucrarea se execut din dou faze. n prima faz se execut degajrile cu ajutorul cuitelor C4 i C=, fixate pe sania transversal ce se deplaseaz cu avansul de lucru St, iar n faza a Ii-a se folosesc cuitele CT, Ca, C3 de pe sania longitudinal, asigurand prelucrarea treptelor n lungime. Strunjirea de finisare a arborilor Se realizeaz din dou treceri: una de semifinisare, cu scopul de a se obine o precizie a formei i un adaos de prelucrare uniform, iar a doua de finisare, care trebuie s asigure precizia dimensional, forma i rugozitatea final. Ca i operaia de degroare, operaiile de semifinisare i finisare se execut cu unul sau mai multe cuite, adaosul de prelucrare fiind divizat n lungime sau adricime. Operaia se caracterizeaz printr-un regim de achiere mai uor (adincime de achiere mic, avansuri mici, viteze de achiere mari). 3.1.2 Maini utilizate la strunjire Strunguri : clasificare. Clasificarea strungurilor se face lundu-se n considerare criteriile: - poziia axei arborelui principal: strunguri orizontale i strunguri verticale (carusel); - gradul de automatizare: strunguri cu comand manual, strunguri semiautomate, strunguri automate; - gradul de universalitate: strunguri universale, strunguri specializate, strunguri speciale; - greutate i dimensiunile de gabarit: strunguri de banc (pentru mecanic fin), strunguri mici, strunguri mijlocii, strunguri grele, strunguri foarte grele; - gradul de precizie: strunguri de precizie normal, strunguri de precizie; - calitatea suprafeei i precizia dmensional: strunguri de eboare, strunguri de finisare. Strunguri universale: destinatie, caracteristici constructive. 1. Strungul normal. Strungurile normale sunt maini-unelte universale destinate efecturii unei varieti mari de prelucrri. In tara noastr se construiete o gam nseninat de strunguri normale dintre care cele mai rspndite snt: S 3 (1 A 62), SN 250, SN 320, SN 400, SN 500, SN 630 etc.38

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Aceste maini-unelte se construiesc la ntreprinderea de strunguri din Arad i asigur aproape n ntregime necesarul de strunguri pentru ntreprinderile constructoare de maini, atelierele de reparaii i de ntreinere etc. Performanele acestor maini snt dintre cele mai bune, un numr mare de strunguri fiind exportate n diferite ri. Strungurile normale ocupa cea mai mare pondere n parcul de maini-unelte al unui atelier de prelucrri mecanice.

Fig.3.7. Strung normal.

Pe batiul 1, prevzut cu ghidaje longitudinale, se deplaseaz cruciorul 6 pe care se afl sania longitudinal 7, sania transversal 8, placa pivotant 9, sania suportului portcuit 10 i suport portcuit 11. Pe batiul strungului se afl montat ppua fix 3, n care se gsesc mecanismele cutiei de viteze 2 i arborele principal al strungului 3, la captul cruia se afl universalul 4, pe care se prinde semifabricatul de prelucrat. Sub cutia de viteze se afl cutia de avansuri i filete a strungului 5 care acioneaz axul avansurilor 15 i urubul conductor 14. Micarea longitudinal a cruciorului este asigurat de cremaliera 13. Ppua mobil 12, care se poate deplasa pe ghidajele batiului, manual la strungurile mici i mijlocii i mecanic la strungurile grele, servete pentru sprijinirea semifabricatelor lungi sau pentru operaia de burghiere, burghiul fiind montat n pinol. Schema cinematic a strungului normal

Fig.3.8. Schema cinematic a strungului normal. 39

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

Lanurile cinematice ale strungului normal sunt prezentate n urmtoarea formul structural:

2. Strunguri carusel. Pentru semifabricate grele i de dimensiuni mari, s-au construit maini de strunjit cu axul principal vertical-strunguri carusel. Aceast poziie a axului principal, al mainii confer unele avantaje: aezare i strngerea uoar a pieselor, solicitare convenabil a lagrului axului principal, o bun rigiditate. Pe strungurile carusel se pot prelucra semifabricate cu diametrele ntre 800-2700mm i cu nlimi pn la 6000 mm. Dup construcie, strungurile carusel se clasific n: - strunguri cu un montant, pentru diametre mici sub 200 mm - strunguri cu doi montani , pentru diametre mari Strungurile carusel pot avea traversa, pe care se afl crucioarele, mobil sau fix. n figur este prezentat un strung carusel cu un montant.

Fig.3.9. Strung carusel cu un montant.

Pe batiul 9 se afl platoul, pe care se fixeaz semifabricatul de prelucrat i care execut micarea de rotaie micarea principal I. Montantul 2, solidarizat de batiul 9 i prevzut cu ghidajele 4, susine traversa mobil 3 pe care se deplaseaz cruciorul 5. Tot pe ghidajele montantului se deplaseaz i cruciorul lateral 8. Sniile crucioarelor sunt prevzute , cea vertical cu un cap portscul revolver 7, iar cea lateral cu un portcuit 6. Micrile de avans sunt executate de cruciorul de pe travers II, de sania cruciorului traversei, III, de cruciorul lateral IV i de sania40

Bazele aschierii metalelor si aliajelor

SITCO SRL Craiova

acestuia, V. Micarea pe vertical a traversei, IV, este o micare de poziionare. Sania cruciorului de pe travers se poate nclina n plan vertical, putndu-se prelucra n acest fel i suprafee conice. Caracteristic acestui tip de strung este faptul c prelucrarea se poate face simultan cu mai multe scule. Pe strungurile carusel se pot executa operaii de strunjire interioar , exterioar, frontal i de asemenea, guriri, filetri, aletri, iar cu dispozitive speciale chiar operaii de rectificare. Strungul cu doi montani este destinat pentru prelucrarea semifabricatelor foarte mari i grele. Aceste strunguri sunt prevzute cu dou crucioare verticale i un crucior lateral. Pe unul din crucioarele verticale de pe traversa mobil se fixeaz un cap revolver. Cei doi montani sunt legai la partea superioar cu o travers de rigidizare.

Fig.3.10

3. Strunguri revolver: destinatie, caracteristici constructive. Strungurile revolver se utilizeaz pentru prelucrarea pieselor cu suprafee de revoluie, prin executarea mai multor operaii la o singur prindere a piesei. Prelucrarea se efectueaz cu diferite scule (cuite, burghie, scule de filetare) fixate, n ordinea prelucrrii, ntr-un organ special, denumit cap r