17

Lucrarea nr.3

MATERIALE SINTERIZATE

1. OBIECTUL LUCRRII

Materialele sinterizate se obin prin procedeele metalurgiei pulberilor, care dau posibilitatea de a se asocia ntre ele metale foarte diferite sau alte tipuri de materiale. Astfel, materialele sinterizate au proprieti deosebite fa de celelalte materiale i utilizarea lor n construcia de maini este ntr-o contiuu cretere. Lucrarea prezint principalele proprieti ale materialelor sinterizate i domeniile de utilizare ale

acestora.

2. NOIUNI TEORETICE

Procesul tehnologic de obinere a pieselor din pulberi metalice const, n principiu, din compactarea pulberilor metalice sub forma piesei ce trebuie obinut i

apoi consolidarea produsului compactat. Acest proces este esenial diferit de celelalte procese tehnologice att prin aceea c, n marea majoritate a cazurilor, metalele sau aliajele nu ajung n starea

topit, ct i prin aceea c se obin direct organe de maini cu forme, dimensiuni i

precizii cerute. Avantajele metalurgiei pulberilor sunt urmtoarele: gradul de utilizare al materialului tinde spre 100%; energia specific necesar este foarte redus; se pot obine configuraii dintre cele mai complexe ale pieselor; omogenitate chimic i structural care determin proprieti superioare; precizia geometric superioar, corespunztoare treptelor de tolerane IT8, IT9; se obin piese din materiale care nu pot fi prelucrate prin tehnologiile clasice,

percum: wolframul, sisteme wolfram - cupru, wolfram - cupru - argint, cupru - grafit etc.;

se pot obine piese poroase, autolubrifiante; utilajele necesare n tehnologia de fabricaie sunt cele clasice utilizate n

metalurgie;

18 Lucrarea 3

procesul tehnologic se preteaz la automatizare, fiind adecvat produciei de serie mare i mas;

Totui, extinderea domeniului de aplicaie este limitat de cteva dezavantaje: preul ridicat al pulberilor; limitele impuse complexitii de un singur plan de separaie; preul ridicat al sculelor, care presupune rentabilitatea numai n

producia de serie mare i mas; proprieti afectate de porozitate.

2.1 Proprietile pieselor sinterizate Proprietile fizice cele mai importante sunt urmtoarele: densitatea aparent dup sinterizare, porozitatea, compactitatea produsului sinterizat, conductivitatea electric i conductivitatea termic. Acestea din urm au o mare nsemntate pentru piesele de friciune sau pentru contactele electrice i sunt direct influenate de porozitatea piesei. Cu ct porozitatea

este mai mic, cu att mai bune sunt conductivitile electrice i termice. Proprietile chimice pot fi foarte bine controlate deoarece n tehnologia pulberilor se respect cu o precizie deosebit de mare compoziia chimic a

materialelor. Proprietile mecanice depind n cea mai mare msur de porozitatea piesei sinterizate. Rezult c factorii de influen asupra porozitii afecteaz i

proprietiile mecanice. Aceti factori sunt: natura pulberii i procedeul de obinere a

pulberii metalice, forma i dimensiunile granulelor, procedeul de compactare i

parametrii regimului de sinterizare. Creterea densitii (scderea porozitii) aparente a piesei din pulberi atrage dup sine o cretere important a caracteristicilor mecanice. Spre exemplu n cazul

unui oel aliat cu nichel, creterea densitii aparente de la 7 kg/dm3 la 7,8 kg/dm3

Figura 1

Lucrarea 3 19

conduce la o cretere a rezistenei la traciune i a alungirii cu peste 300%. Din figura 1

se observ c o influen mare asupra caracteristicilor mecanice are i compoziia

chimic a materialului, respectiv coninutul de nichel. Astfel, rezistena pieselor

sinterizate poate fi ridicat printr-o serie de elemente de aliere indeosebi C (0,4... 1%), Cu, Ni (ambele sub 5%), Mo, Cr etc. n tabelul 1 se prezint caracteristicile mecanice ale unor materiale feroase sinterizate la diferite densiti.

Tabelul 1. Material Densitate

[g/dm3] Rm,

[daN/cm2] A,

[%] Duritate,

HB HRB Fe, (cu C puin) 6,5

7,2 17-21

25 2-10 7-17

55 85

-

Fe, 0,8% C 6,8 38 4 110 - Fe, 1%C 6,2

6,6 29 36

1 - 42 60

Fe, (cu C puin);1,5-4,5 % Cu

Fe,1%C; 1,5%Cu

6,5 7,2 6,6 7,0

23-33 35-43

41 53

7-5 10-7

1 1,5

75 >100

65 80

Fe, 0,75%C, 2% Cu 6,7 7,2

55 66

3 3

- 79 89

Fe, 0,9-1,5% C; >8% Cu (infiltrat)

>7,5

50-80

1-10

>90...24 HRC

Fe, (cu C puin); 2,5-5% Ni

6,5 7,2

20-25 32-37

10-6 18-12

120 -

Fe, 0,5% C,2% Ni 7,0 35 3,5 - 74 Fe, 0,8% C,2% Ni 7,0 45 3 - 79 Fe, 0,8% C,4% Ni 7,0 54 3 - 88 Fe, 0,8% C,7% Ni 7,0 56 2,5 - 88 Fe, (cu C puin); 3%Cu; 2,5% Ni

6,2 6,5 6,8

33 40 47

2

130

-

Fe, 0,8% C; 2% Cu; 5% Ni

6,2 6,5 6,8

40 48 60

2

125 150 175

- - -

Fe,(cu C puin); 0,5-0,6 %P

7,2-7,4 40-50 15 150 -

Numeroase oeluri sinterizate, nealiate sau aliate (din pulberi prealiate sau

amestecuri de componeni), cnd li se cere o rezisten foarte nalt i duritate, nu ns

i ductilitate, sunt supuse unor tratamente termice. n tabelul 2 se prezint

caracteristicile mecanice ale unor materiale feroase sinterizate tratate termic.

20 Lucrarea 3

Tabelul 2

Material Densitate [g/cm3]

Tratament termic

Rm, [daN/mm2

]

A, [%]

Duritate, HRC

Fe, 0,8% C; 1,5 % Cu 7,0 C+R - 2300C 87 0,5 - Fe, 0,7% C; 1 % Cu, 4% Ni

6,8 7,2

C+R C+R

63 34

0,5 0,5

38 45

Fe, 0,75% C; 2 % Ni

6,8

7,25

C+R - 2000 C - 2600C - 3150C C+R - 2000C - 2600C - 3150C

52 82 85 62 101 112

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

33 29 21 46 41 34

Fe, 0,5% C; 4 % Ni 7,0 C+R - 3150C 108 1 39 Fe, 0,5% C; 7 % Ni 7,3 C+R - 3150C 117 1,5 40 Fe, 0,6% C; 1,8 % Ni, 0,5% Mo, 0,3% Mn

6,2 6,8

C+R C+R

59 77

0,5 0,5

30 40

Fe, 1% C; 16 % Cu (infiltrat)

7,7 C+R 115 2 40

Clirea se realizeaz uzual la 8700C n ulei, iar revenirea de obicei la 200 - 3150C.

2.2 Forma tehnologic a pieselor sinterizate La proiectarea acestora trebuie s se in seama de particularitile tehnologiei

de obinere a pieselor din pulberi astfel nct s se evite apariia defectelor i uzura

prematur. n figura 2 se prezint cteva elemente de form tehnologic a pieselor dn

ipulberi metalice. Nu se recomand realizarea unor suprafee cu nclinri mari pentru c gradul de tasare variaz n limite foarte largi muchiile poansonului se uzeaz foarte repede.

De aceea, se prevd nclinri mai mici de 300, care s conduc la egalizarea gradului

de ndesare i zone de trecere de cel puin 0,1 mm, care s confere o robustee mai

mare muchiei poansonului (d). Nu se pot obine configuraii nchise sau seminchise pentru c nu se poate asigura compactarea pe toat nlimea piesei. De asemenea nu se pot obine prin

compactare guri orizontale (e). Se recomand ca trecerile de seciune s se fac prin racordare pentru a se evita apariia tensiunilor interne (f). Nu se recomand proiectarea dinilor roilor de clichet sau dinate direct pe trecerea de seciune pentru c se accentueaz concentratorul de efort de la baza

Lucrarea 3 21

dintelui. Se recomand ca trecerea de seciune s se fac pe zone de material compact

(g,h).

Forele de frecare dintre poansoane sau contrapoansoane i pulberea compactat, care apar n timpul retragerii acestora, pot conduce la apariia fisurilor, la

deteriorarea suprafeelor compactatului. Se recomand ca pereii orientai pe direcia de retragere a poansoanelor sau contrapoansoanelor de compactare s fie uor

nclinai, spre a se evita deteriorarea compactatului crud (h).

Figura 2

22 Lucrarea 3

2.3 Domeniile de utilizare ale pieselor din pulberi metalice Decizia de alegere a tehnologiei pulberilor pentru obinerea pieselor n construcia de maini se ia n baza urmtoarelor criterii:

posibilitatea sau imposibilitatea prelucrrii unui material prin alte procedee tehnologice;

posibilitatea sau imposibilitatea de obinere a configuraiei geometrice pieselor prin alte procese tehnologice;

eficiena economic; Materialele ce nu pot fi obinute sau prelucrate prin alte procedee sunt materialele refractare (W, Mo, Ta, Nb), care prin topire la temperaturi nalte reacioneaz cu materialul creuzetului i dizolv mari cantiti de gaze. Produsele ce se obin prin tehnologia pulberilor sunt urmtoarele:

cuzinei poroi autolubrifiani; filtre i electrozi poroi sinterizai; piese feroase i neferoase pentru maini; materiale de friciune din pulberi metalice; aliaje dure sinterizate i plcue mineraloceramice; scule diamantate; materiale refractare metalice sinterizate i elemente de nclzire; contacte electrice i perii colectoare din pulberi; materiale magnetice sinterizate; materiale compozite armate cu fibre de mare rezisten.

3. DESFURAREA LUCRRII 3.1. Utilizndu-se informaiile prezentate anterior se vor alege dintr-un numr de piese prezentate acelea care au fost realizate prin tehnologia pulberilor. 3.2. Pentru urmtoarele repere se va modifica forma constructiv astfel nct acestea s se poat realiza prin tehnologia pulberilor i se va preciza dac celelalte

condiii tehnice sunt conforme cu tehnologia pulberilor:

Nr. crt. Mrimea seriei de fabricaie, [buc/an]

Masa net, [kg]

Fig.3 1000 0,4 Fig.4 500 2 Fig.5 1000 0,4

Lucrarea 3 23

Figura 3

Fig. 4

24 Lucrarea 3

Figura 5

Figura 1Figura 2Figura 3Figura 5