oteluri speciale

SECTIUNEA 1 RAPORTUL STIINTIFIC SI TEHNIC (RST)

ETAPA DE EXECUTIE NR. 1/2009 CU TITLUL Studiul proprietatilor de suprafata ale materialelor metalice utilizate in productia de piese si subansamble din industria auto, in vederea imbunatatirii performantelor functionale ale acestora D RST - Raport stiintific si tehnic in extenso o cuprins; o obiectivele etapei de executie; o rezumatul etapei; o descrierea stiintifica si tehnica, cu punerea in evidenta a rezultatelor etapei si gradul de realizare a obiectivelor; (se vor indica rezultatele) o anexe (documentatie de executie, caiet de sarcini, teme de proiectare, buletine de incercari, atestari, certificari, etc. - dupa caz); o concluzii(se prezinta punctual) o bibliografie; D Indicatorii de rezultat generali si specifici pentru etapa raportata D Proces verbal de avizare interna D Proces verbal de receptie a lucrarilor

CUPRINS Pag.I II III

III.1 III.2 III.3 III.3.1 III.3.1.1 III.3.1.2 III.3.1.3 III.3.1.4 III.3.2 III.3.2.1 III.3.2.2 III.3.2.3 III.3.2.4 III.3.2.5 III.3.3 III.3.3.1 III.3.3.2IV V VI

Obiectivele fazei de executie Rezumatul etapei Descrierea stiintifica si tehnica Introducere Analiza si selectarea componentelor metalice Formularea de solutii tehnice pentru cresterea rezistentei la uzura a componentelor metalice Mecanisme de durificare in straturi nanocompozite Durificare prin modelarea granitelor de graunti Durificare prin crestere de solutii solide Durificare prin tratamente de imbatranire Durificare prin tensiune compresiva Mecanisme de cresterea a rezilientei in straturi nanocompozite Rezilienta prin cresterea ponderii fazei ductile Rezilienta prin transformari de faza specifice Rezilienta datorata existentei tensiunilor de tip compresiv Rezilienta prin insertia unor structuri de nanotuburi Rezilienta prin gradiente compozitionale si/sau structurale Stabilirea metodelor de obtinere si a tipurilor de straturi subtiri ce vor fi dezvoltate Metode de obtinere Tipuri de straturi Concluzii Bibliografie Indicatori de rezultat generali si specifici pentru etapa raportata Indicatori de rezultat generali Indicatori de rezultat specifici pentru etapa raportata

2 3 3 3 3 42 44 44 45 46 46 47 47 47 47 48 48 49 49 50 50 50 53 53 54

VI.1 VI.2

I. Obiectivele fazei de executie Obiectivele specifice in cadrul etapei actuale, prevazute in planul de realizare a proiectului, sunt urmatoarele: > Analiza si selectarea componentelor metalice > Formularea de solutii componentelor metalice tehnice pentru cresterea rezistentei la uzura a

2

II. Rezumatul etapei In cadrul lucrarii a fost facut o analiza pe baza unui studiu bibliografic in scopul selectarii celor mai adecvate materiale, utilizate in cadrul productiei de piese si subansamble auto, in scopul cresterii performatelor acestora prin tratarea suprafetelor utilizand tehnologii ecologice. Pe baza acestui studiu in partea a doua a lucrarii sunt formulate solutiile tehnice ce vor fi abordate pentru cresterea rezistentei la uzura a componentelor metalice utilizate in productia de piese si subansable auto. III.Descrierea stiintifica si tehnica III.1 Introducere In aplicatiile industriale, alegerea materialul metalic masiv se face in functie de proprietatile sale mecanice, structurale si eventual cele de conductie termica sau electrica, fara a uita criteriile economice. Pe de alta parte este un fapt dovedit ca durata de viata a unei masini este dictata de viteza cu care se uzeaza piesele componente, fiind egala cu timpul de viata al piesei care se uzeaza cu cea mai mare rata. Fenomenele de uzura, oboseala si coroziune sunt factorii cei mai agresivi care duc la scoaterea din uz a unei piese. Toate aceste fenomene nedorite au in comun faptul ca ele se produc preponderent sau in exclusivitate in straturile superficiale, pe o adancime care nu depaseste cativa micrometri. Modificarea proprietatilor suprafetelor prin depunerea unor straturi protective se impune ca o solutie inteligenta pentru a separa proprietatile materialului masiv, care constituie substratul, de cele ale suprafetei, cerute pentru o aplicatie data. Datorita procedeelor foarte variate de protejare a suprafetelor prin tratamente difuzionale si depuneri, care permit obtinerea unor compusi cu proprietati noi, natura materialului masiv poate fi complet diferita de cea a suprafetei. Se pot astfel obtine proprietati optime ale suprafetei, care raspund direct cerintelor derivate din modul si conditiile de utilizare (uzura) a componentei tratate. Ingineria suprafetelor ca stiinta tehnica inter-disciplinara este un concept relativ nou aparut in ultimile decenii in tarile avansate, ca urmare a dezvoltarii spectaculoase a tehnologiilor neconventionale de tratament superficial, cu deosebire a tratamentelor superficiale in plasma, cu fluxuri si/sau fascicule de ioni si a tratamentelor termochimice in plasma. Ingineria suprafetelor nu este deci o simpla alegere a uneia din tehnologiile de tratament superficial, ci ea se refera in mod clar la proiectarea sistemului compus : material de baza - strat superficial, astfel incat el sa raspunda in gradul cel mai inalt rolului functional printr-o utilizare rationala a materialelor si la costuri acceptabile. Pentru o lunga perioada de timp, problemele de uzura si oboseala au fost rezolvate prin folosirea aproape exclusiva a tratamentelor termice si a celor termochimice capabile sa ofere unui material proprietatile cerute (duritate superficiala, rezistenta la uzura, tenacitate etc). Aceste procedee clasice, larg utilizate inca in prezent, manifesta unele dezavantaje cum ar fi: durata lunga a operatiilor efectuate la temperaturi ridicate, necesitatea operatiilor ulterioare de finisare pentru a realiza calitatea suprafetei si dimensiunile prescrise, dificultati in obtinerea proprietatilor cerute de aplicatia vizata.

III.2 Analiza si selectarea componentelor metalice Sculele utilizate in procesele tehnologice de fabricatie a diferitelor ansamble ale autoturismelor sunt oteluri rapide de mare duritate sau oteluri speciale cu rezistenta marita la impact, utilizate pentru fabricarea matritelor. Cresterea rezistentei la uzura a acestor materiale trebuie sa urmareasca obtinerea urmatoarelor caracteristici:

3

- cresterea temperaturii de functionare; - cresterea duritatii superficiale a pieselor; - cresterea rezistentei la abraziune/eroziune. A fost selectat urmatorul material, in functie de proprietatile lui si de posibilele aplicatii specificate in fisa de catalog, si de asemenea datorita faptului ca este larg utilizat in compania industriala partenera. Acest material se preteaza de asemenea foarte bine tratamentelor de durificare in plasma prin procedee de tip PVD/CVD. Otelul HS6-5-2C, echivalent RP5, echivalent standard AISI M2 Compozitia otelului tip HS6-5-2C in % masice este:C Cr Mo V W

0,90

4,00

5,00

1,90

6,40

Coeficientul de dilatare termica, variaza functie de domeniul investigat: [10-6.m/(m.K] 20-100 [0C] 10,8 20-200 [0C] 11,8 20-300 [0C] 12,0 20-400 [0C] 12,5

Variatia conductivitatii termice cu temperatura este prezentata in tabelul de mai jos; dupa cum se observa aceasta nu prezinta o variatie importanta cu temperatura pe un domeniu relativ larg. [W/(m.K] 20 0C 27,6 350 0C 27,2 700 0C 26,1

Otelul este tratat termic in cuptor pentru a obtine o durificare de 262 HB, tratament care se face in cuptor la temperatura de 7800-8600 C. Se poate face de asemenea un tratament de durificare pana la o duritate de 62-65 HRc, prin incalzire pana la 1180-12300C, urmata de racire accelerata in ulei, baie de apa sau purjare azot sub presiune. Proprietile materialelor pentru scule Fenomenele fizice care nsoesc prelucrarea prin achiere, impun materialului din care este confecionat partea activ a unei scule achietoare urmtoarele proprieti: > rezisten mecanic, n special la eforturile de compresiune sau ncovoiere, suficient pentru a suporta eforturile de achiere; > duritatea s fie superioar duritii materialului de achiat; > termostabilitate, ceea ce reprezint capacitatea materialului de a-i menine proprietile mecanice, n special duritatea i rezistena la ncovoiere n urma nclzirii i meninerii la o anumit temperatur (temperatura de stabilitate); depirea temperaturii de termostabilitate provoac transformri structurale ireversibile, cu scderea pronunat a calitilor mecanice; > rezistena la uzur, la cald i la rece. n plus, acestor materiale li se mai cere o bun clibilitate, prelucrabilitate prin achiere ridicat, conductibilitate termic suficient pentru asigurarea evacurii rapide a cldurii degajate n procesul de achiere, pre de cost sczut, etc.

4

Cu toate c aceste proprieti sunt determinate de compoziia chimic i structura intern, calitatea materialului folosit pentru construcia prii achietoare a sculelor este apreciat prin duritatea sa, considerndu-se c o valoare a duritii de 62-64 HRC este suficient n majoritatea cazurilor.OEL DE SCULE Pentru lucru la rece Calitate AISI BS UNI AFNOR

Nr. otel 2080 2210 2312 2316

X210Cr12 115CrV 3 40CrMnMoS86 X36CrMoV81 1

D3 L2 P 20+S 420 mod

BD 3 -

X 205 Cr 12 KV 107 Cr V 3 KV -

Z 200 C 12 40 CMD 8+S -

X 38 Cr Mo 16 1 KV

2360 2363

X48CrMoV12 1 X100CrMoV51

A2

BA 2

-

Z 100 CDV 5

X 100 Cr Mo 16 1 KV

2379

X155CrVMo12 1

D2

BD 2

X 155 Cr V Mo 12 1 KV

Z 160 CDV 12

2436

X210CrW12

-

-

X 215 Cr W 12 1 KV

-

2510 2516 2550 2721 2767

100MnCrW4 120WV4 60WCrV7 50NiCr13 X45NiCrMo4

1 6F7

BO 1 BF 1 -

95 Mn W Cr 5 KV 110 W 4 KV 55 W Cr V 8 KV -

55 WC 20 55 NCD 13 45 CD 17

40 Ni Cr Mo V 16 KV

5

2826 2842

60MnSiCr4 90MnCrV8

S4 O2

BO 2

90 Mn Cr V 8 KV

60 MSC 4 90 MV 8

Pentru lucru la cald 2083 2311 2343 X42Cr13 Ni4240CrMnMo7 X38CrMoV51 420 P 20 H 11 BH 11 B5 Cr Mo 8 KV Z 40 C 14 Z 38 CDV 5

X 37 Cr Mo V 51 KV

2344

X40CrMoV51

H 13

BH 13

X 40 Cr Mo V 5 11 KV

Z 40 CDV 5

2365

X32CrMoV33

H 10

BH 10

30 Cr Mo V 12 27 KV

32 DCV 28

2367 2714

X38CrMoV53 56NiCrMoV7

-

-

-

32 DCV 28

55 Ni Cr Mo V 7 KV

2738 2782 2787

40CrMnNiMo864P20+Ni X15CrNiSi25 20 X22CrNi17

-

-

-

Z 10 CNS 25 20 -

Pentru scule de taiat 12.360 X48CrMoV8-1-1 -

A8 (Chiper)

mod.

12.379

X155CrVMo12-1

X

160

Cr

A 681 (D 2)

BD 2

Z 160 CDV 12

MoV 12 1 12.436 X210CrW12 X 210 CrW 12 1 Z 210 CW 12-01

12.510

100MnCrW4

95 MnWCr5

A 681 (01)

BO 1

90 MWCV 5

6

12.601

X165CrMoV12

X

160

-

-

-

CrMoV 12 1 12.842 14.034 14.116 90 MnCrV 8 X46Cr13 X45CrMoV15 X 46 Cr 13 A 681 (0 2) BO 2 X 46 Cr 13 X 50 CrMoV 15 90 MV 8 Z 44 C 14 Z 50 CD 15

X 50 CrMoV 15

14.122

X35CrMo17

X 39 CrMo 171

-

X 39 CrMo 17-1

Z 38 CD 16.1 CI

Materialele folosite la confecionarea sculelor achietoare, care corespund proprietilor enumerate, sunt: oelurile carbon de scule, oelurile aliate,amestecurile din carburi metalice, materialele mineraloceramice i materialele extradure. Oeluri carbon pentru scule Aceste materiale au coninutul n carbon cuprins ntre 0,7 - 1,4 %, fr alte elemente de aliere, prezentnd o structur perlitic-feritic sau perlitic cu carburi n exces n stare recoapt i o structur martensitic dur n stare clit. Duritatea oelurilor carbon pentru scule este influenat de procentul de carbon, curbele referindu-se la: 1- stare recoapt, 2 stare forjat, 3 stare clit.

Tratamentul termic de recoacere pentru obinerea perlitei globulare se face prin nclzire la cca. 740C, urmat de rcire lent n cuptor, urmrindu-se mbuntirea prelucrabilitii prin achiere. Clirea oelului carbon de scule are drept scop obinerea unei structuri martensitic dure, nclzirea realizndu-se la o temperatur la care carbonul este dizolvat n fier , formnd austenita. Pentru oelurile hipoeutectoide OSC 7 i OSC 8, dup diagrama Fe - C, temperaturile de clire depesc cu 40 - 60C l i n i a critic superioar AC3, iar pentru oelurile hipereutectoide OSC 9 - OSC 13 temperaturile de clire depesc cu 40 - 60C linia critic inferioar, respectiv l i n i a A1. Creterea exagerat a temperaturii de clire7

trebuie evitat, ntruct aceasta poate duce la decarburare, la producerea de fisuri, precum i la ptrunderea exagerat a clirii, cu deformarea materialului. Aceste oeluri prezint o clibilitate redus, stratul de clire avnd o adncime cuprins ntre 3 i 8 mm. Viteza de rcire trebuie s fie ridicat, pentru a trece n martensit o cantitate ct mai mare de austenit, motiv pentru care se folosete drept agent apa sau apa cu sruri. Duritatea dup clire este de 64 67 HRC, oelul prezentndu-se tensionat, fragil i sensibil la fisurare. Pentru nlturarea acestor inconveniente, se practic o revenire, n urma creia duritatea scade la 61 63 HRC, iar starea de tensiuni interne se diminueaz. Revenirea const din nclzire la cca. 150 - 240C, revenire joas, urmat de rcire lent. Pentru sculele care necesit o tenacitate mai ridicat (cazul burghielor cu diametre sub 1 mm), pentru a le asigura o rezisten mai mare la ocuri, se mrete temperatura de revenire la 200 - 240C, ceea ce duce, ns, la o reducere a duritii, pn la 58 61 HRC. Principalele neajunsuri ale oelului carbon sunt urmtoarele: termostabilitate sczut (200 - 250C), dictat de temperatura de revenire, pericolul decarburrii stratului superficial n timpul operaiilor de rectificare sau ascuire, deformare la tratament termic, adncime redus de clire. n prezent, oelurile carbon de scule se folosesc la construcia sculelor care lucreaz cu viteze reduse sub 20 m/min sau a sculelor cu acionare manual, respectiv filiere, tarozi sau alezoare. Oelurile carbon de scule sunt standardizate prin STAS 1700 80.

Mrci i domenii de utilizareMarc oel Principalele domenii de utilizare Fabricarea sculelor supuse la lovituri i ocuri cu tenacitate mare i duritate suficient ca : burghie, OSC 7 matrie pentru oeluri moi sau mase plastice, scule de tmplrie, furci si maini agricole, urubelnie, vrfuri de centrare pentru maini -unelte, dli, foarfece.

OSC 8

Fabricarea sculelor supuse la lovituri cu tenacitate mare si duritate mijlocie, ca: burghie pentru metale semidure, poansoane, cuite pentru lemn, cleti pentru srma, nicovale pentru forjat scule, dornuri de mn, dli pentru minerit si cioplit piatra, scule de debavurat la cald, piese de uzur pentru maini textile, ace de trasat, foarfece pentru tabl.

OSC 8M

Fabricarea sculelor ca: pnza de fierstru pentru lemn, cuite de rindea, matrie pentru injectat mase plastice, srme de nalta rezistent i piese de uzur pentru maini agricole.

OSC 9

Fabricarea sculelor supuse la lovituri cu tenacitate mare si duritate mijlocie, ca: burghie pentru ciocane perforatoare, punctatoare, scule pentru prelucrarea lemnului, matrie pentru ndreptare, cuite pentru maini agricole, srma trefilat pentru fabricarea arcurilor.

8

OSC 10

Fabricarea sculelor care nu snt supuse la lovituri puternice, ca: burghie pentru perforat roci dure, scule de achiat metale moi, scule de tragere la rece a metalelor, piese pentru maini textile.

OSC 11

Fabricarea sculelor supuse la lovituri mici, ca: role de roluit materiale metalice, calibre, fierstraie mecanice, matrie pentru ambutisare, scule de achiat oeluri moi ct i a unor articole de buctrie i a unor piese pentru maini textile, rzuitoare textile.

OSC 12

Fabricarea sculelor cu duritate deosebit, cu muchii de taiere foarte ascuite, care nu snt supuse la lovituri ca: scule de trefilat, pile, alezoare, burghie, instrumente chirurgicale, piese de uzur pentru maini textile, rzuitoare de mna.

Compoziia chimic pe oel lichid i abateri limit pe produs

Marc oel

Compoziia chimic (%)C Mn Si

Pmax

Smax

(P+S) max.

Alte elemente Cr; Cu Ni; =

OSC 7 OSC 8 OSC 8M OSC 9 OSC 10 OSC 11 OSC 12

0.65....0.74 0.75....0.84 0.80....0.90 0.85....0.94 0.95....1.04 1.05....1.14 1.15....1.24

0.10....0.35

0.15....0.35

0.030

0.025

0.050

0.35....0.80 0.10....0.35

max. 0.25% pentru fiecare

9

Elementul

Coninutul (%)

Abateri limit (%)

Elementul

Coninutul (%)

Abateri limit (%)

C

> 0.65....< 1.24

0.02

P

< 0.030

+ 0.002

Mn

> 0.10....< 0.80

0.03

S

< 0.025

+ 0.002

Si

> 0.15....< 0.35

0.03

Cr

< 0.25

+ 0.05

Caracteristici tehnologice: a) Duritatea n stare recoapt . b) Clibilitatea. Determinarea adncimii stratului clit la duritatea maxim i a duritii superficiale obinut dup clire.Marc oel HB recopt max. T (C) clire Mediu rcire Diametru (grosimea), mm Adncime minim HRC strat clit la duritatea max. (mm) superficial min

207

780....820

apa

< 10 > 10....< 15

clit complet5 3

60

OSC 7 OSC 8 > 10....< 50

10

> 50....< 100 OSC 8M OSC 9221

2 1.5

> 100 760....790apa

10 > 10....< 15

clit complet5 3 2 15

62

OSC 10 OSC 11 OSC 12 > 10....< 50 > 50....< 100 > 100

Caracteristici metalografice - macroscopie - rupere la albastru (la cerere) - mrimea de grunte (dup clire) = 3....8-

microscopie.Scar etalonare de Punctaj admis pentru diametru (grosimea) 60 mm 4....6* 1....3 > 60 mm

Verificarea

Aspectul perlitei

1 2

Se forjeaz probele la 60 mm i se interpreteaz corespunztor

Repartiia cementitei secundare

* Pentru OSC 7, OSC 8, OSC 8M, OSC 9 punctajul admis este 3....6 Adncime strat decarburat (pentru produse livrate n stare recoapt fr cojire sau lefuire). La oelul cojit sau lefuit nu se admite strat decarburatDiametru (grosimea),mm Starea de livrare Laminat pentru pentru tragere Forjat Tras (calibrat)

11

achiere

sau laminare la rece

Adncimea max. a stratului decarburat, mm > 6....< 10 > 10....< 16 >16....< 25 > 25....< 40 > 40....< 63 > 63....< 80 > 80....< 100 > 100....< 120 > 120....< 150 > 150 0. 60 0.70 0. 80 1. 00 1. 20 1. 50 2.00 2. 50 3. 00 3. 20 0. 30 0. 40 0. 50 0. 60 0. 70-

1.5% din dimensiune 1.5% din dimensiune 1.3% din dimensiune 1.3% din dimensiune prin acord ntre pari

2. 0 2. 5 2. 5 3. 0 3. 5 4. 0 4. 5

1.4% dimensiune

din

Stare livrare: Recopt (de globulizare)MARCI ECHIVALENTESTAS OSC 7 OSC 8 WERKSTOFF 1.1620 1.1625 DIN C70W2 C80W2 EN CT70 AFNOR _ _ __ BS BW 1B U8-1 W1 GOST U7-1 ASTM/AISI/SAE -

OSC 8M OSC 9 OSC 10

1.1830 1.1645

C85W C105W2

-

C105E2U

U8GA1,2 U9-1 U10-1 W 110

12

OSC 11 OSC 12

1.1654 1.1673 -

C 135W -

-

__ C 140E3U _ _ _ _ _

Ull-1 U12-1

U 12A(CS)

U12A1,2,3 U7A-1.2 U8A-1,2 UlOA-1,2 W 108 W 110

-

1.1520 1.1525 1.1545

C70W1 C 80 Wl C 105W1

CT80

C70E2U C80E2U C 105E2U

_ _ _ BW

CT 105

-

1.1554 1.1663 1.1573 1.1730 1.1740 1.1744 1.1750

C 110 C 125W C 135W C45W C60W C67W C75W

CT120 -

C120E3U C42E4 C55E4 -

1A -

_ U13-1 _ _ _ _ Wl W 112

-

1.1820

C55W

-

-

-

Oeluri aliate pentru scule Acestea conin, pe lng carbon n proporie de 0,7 2,2%, i alte elemente de aliere, precum: wolfram, crom, vanadiu, nichel, molibden, mangan, etc., elemente care confer acestor oeluri proprieti superioare. Dintre mrcile uzuale, pot fi enumerate oelurile cu crom, C 120, C 15, cele aliate cu wolfram, VCW 45, VCW 50, precum i cele aliate cu mangan, VM 18. Procentele de materiale de aliere se situeaz, n general, sub 6% pentru fiecare element. Prezena lor asigur oelurilor o termostabilitate crescut, 350 - 400C, fapt pentru care vitezele de achiere pot atinge valori de 30 35 m/min.

13

Elementele de aliere au drept scop principal mbuntirea clibilitii oelului, mrind duritatea dup clire i adncimea stratului clit. O importan deosebit n construcia sculelor prezint oelul C 120, datorit proprietilor sale. Prezena carburilor dure de crom i asigur o rezisten sporit la uzura abraziv, iar procentajul ridicat de carbon i crom i asigur proprieti de autoclire (motiv pentru care sculele prelucrate la cald trebuie rcite foarte lent). Clirea se realizeaz prin nclzire la temperatura de 950 - 1050C, cu rcire direct n ulei sau baie de KNO3, nclzit la 400 - 500C. Temperatura de revenire variaz n funcie de temperatura de clire, fiind cuprins n limitele 150 200C, pentru clirile joase, respectiv 220 - 270C pentru clirile nalte. Pentru sculele de precizie ridicat, de forme complexe, cu variaii dimensionale minime dup tratamentul termic, se recomand clirea sub 0C, cu rcire n bi de sruri, la temperaturi de - 70 - 90C. Sculele se introduc n refrigerator nvelite n azbest. Oelul C 120 are proprietatea remarcabil de a fi stabil fa de deformaiile cauzate de tratamentul termic, n special dac se efectueaz o rcire n trepte, fapt ce l recomand pentru confecionarea broelor, filierelor sau tarozilor.

Principalele domenii de utilizare:Marc oel Fabricarea de: - scule de precizie: filiere, calibre, abloane, matrie, stane la rece 9VMn20 (VMnl8) 105MnCrVll (MCW14) - scule pentru prelucrarea la rece: tarozi, freze, alezoare, bacuri de filiere, burghie, broe, scule de tiere, placi de tiere, cuite profilate, scule pentru prelucrarea lemnului, matrie mici pentru mase plastice, cuite pentru tierea hrtiei, instrumente de msurat.

117VCr6 (CV 06)

- scule pentru prelucrarea la rece: tarozi, burghie, alezoare extractoare, temuitoare, scule pneumatice, scule de poansonare i gravat. - scule foarte rezistente la uzur pentru deformarea la rece

100VMoCr52

105VWMoCrll5 (VMoCrl20)

- scule nedeformabile, de mare productivitate, cu stabilitate dimensional, foarte rezistente la uzur i cu tenacitate ridicat: freze, filiere, tarozi, mandrine, broe.

14

155MoVCrll5

- scule nedeformabile de mare productivitate, cu stabilitate dimensional, foarte rezistente la uzur si cu tenacitate ridicat: stane, fierstraie pentru metale, stane de ndoit, matrie de bavurat, scule pentru rulat filete, scule puternic solicitate pentru prelucrarea lemnului, scule pentru extruziune.

205Crll5 (C 120)

- scule nedeformabile, cu clibilitate redusa, rezistente la uzur care nu lucreaz la ocuri sau lovituri puternice cu tenacitate ridicata: matrie, poansoane, dornuri de tragere, scule de laminare la rece i forjare local, scule de extrudare.

90VCrMn20

- scule: pentru: tiere, poansonare, achiere, ambutisare, msurare - scule pentru prelucrarea la rece: tarozi, bacuri de filiere, burghie, broe

105CrW20 (CW 20) 45VSiCrW20 (VSCW 20) 31VCr5 - scule rezistente la loc: buterole, dli pneumatice, stane, matrie pentru prelucrarea la rece - chei fixe, scule de mna, freze melc.

31VMoCr29 (MoVC 30) 36VSiWMoCr53 (MoWC 53) 39VSiMoCr52 (MoVC 50.10) 40VSiMoCr52 (MoVCr50.13) 55MoCrNil6

- scule pentru lucru la cald: matrie, scule pentru maini de forjat radial, scule pentru solicitri mari la extruziune pentru prelucrarea aliajelor de cupru - matrie pentru extruziunea la cald a neferoaselor

- scule pentru deformarea la cald: matrie, matrie pentru turnarea sub presiunea a metalelor uoare. - matrie, matrie pentru turnarea sub presiune a metalelor uoare, dornuri si mandrine la presele de extruziune - scule pentru forjarea i presarea la cald: matrie, matrie pentru injectat mase plastice, nicovale mari, cilindri de laminor

15

55VMoCrNil6

- scule pentru forjarea i presarea la cald: nicovale, matrie pentru ciocane medii i mici

55VMoCrNil7

- matrie mari care lucreaz in condiii foarte grele, suport matrie, poansoane de presat la extruziune, nicovale, cilindri de laminor

57VMoCrNil7 (VMoCN17) 30VCrW85 (VCW 85)

- de scule pentru forjarea i presarea la cald: matrie mari care lucreaz n condiii foarte grele. - de scule pentru deformare la cald: matrie si dornuri pentru lucru la temperaturi de max. 7000C, foarfeci si cuite pentru tiat la cald, scule de refulare la cald, elemente de matrie pentru turnarea sub presiune

Compoziia chimic pe oel lichid (%) i abateri admisibile pe produs:Marc oelC Mn Si Cr Ni W V Mo

A. OELURI CARE LUCREAZ LA TEMPERATURA NORMALA Oeluri pentru scule rezistente la uzur 90VMn20 0,35 0,35_ -

0,80 -0,95

1,80 -2,20 0,80 -1,10 0,20 -0,40

0,10 -0,40 0,10 -0,40 0,15 -0,30

0,05 -0,20

105MnCrWll

1,00 -1,10

0,90 -1,10 0,50 -0,80

0,35

1,00 -1,30

_

-

117VCr6

1,101,25

0,35

_

0,07 -0,12

-

Oeluri pentru scule foarte rezistente la uzur 100VMoCr52_

0,90 -1,05

0,50 -0,80 0,20 -0,40

0,10 -0,40 0,25 -0,40

4,80 -5,50 11,00 -12,00

0,15 -0,35

0,90 -1,30 0,50 -0,70

165VWMoCrll5

1,55 -1,75

0,35

0,40 -0,60

0,10 -0,50

16

155MoVCrll5

1,50 -1,60

0,150,45 0,15 -0,45

0,10 -0,40 0,10 -0,40

11,00 -12,00 11,00 -12,00

0,35

_

0,90 -1,10

0,60 -0,80 -

205Crll5

1,90 -2,20

0,35

_

-

Oeluri pentru scule achietoare i dispozitive de verificare 90VCrMn20 0,35 _ -

0,85 -0,95

1,90 -2,10 0,15 -0,40

0,10 -0,40 0,15 -0,35

0,20 -0,50 0,60 -0,90

0,05 -0,15

105CrW20

1,00 -1,10

0,35

1,80 -2,20

-

-

Oeluri pentru scule rezistenta la oc 45VSiCrW20 0,35

0,40 -0,50

0,20 -0,40

0,80 -1,10

0,90 -1,20

1,80 -2,10

0,15 -0,20

Oeluri pentru chei fixe i scule de mna 31VCr5 -

0,28 -0,35

0,40 -0,60

0,25 -0,40

0,40 -0,70

0,07 -0,12

B. OELURI CARE LUCREAZ LA TEMPERATURI RIDICATE Oeluri pentru scule rezistente la ocuri termice 31VMoCr20 0,35 -

0,28 -0,35

0,15 -0,45 0,30 -0,60 0,30 -0,50 0,30 -0,50

0,10 -0,40 0,90 -1,20 0,901,20 0,90 -1,20

2,70 -3,20 5,00 -5,60 4,80 -5,50 4,80 -5,50

0,40 -0,70

2,60 -3,00 1,30 -1,60 1,10 -1,40 1,20 -1,50

36VSiWMoCr53

0,32 -0,40

0,35

1,20 -1,40

0,15 0,40 0,25 -0,50

39VSiMoCr52

0,36 -0,42

0,35

-

40VSiMoCr52

0,37 -0,43

0,35

-

0,90 -1,10

17

Oeluri pentru scule rezistente la ocuri mecanice 55MoCrNil6 -

0,50 -0,60

0,50 -0,80 0,65 -0,95 0,65 -0,95 0,60 -0,80

0,10 -0,40 0,10 -0,40 0,10 -0,40 0,15 -0,35

0,50 -0,80 0,60 -0,80 1,00 -1,20 1,00 -1,20

1,40 -1,80

0,15 -0,30

55VMoCrNil6

0,50 -0,60

1,50 -1,80

-

0,07 -0,12

0,25 -0,35

55VMoCrNil7

0,50 -0,60

1,60 -1,90

-

0,10 -0,20

0,50 -0,60

57VMoCrNil7

0,52 -0,62

1,60 -1,90

-

0,10 -0,20

0,50 -0,60

OELURI PENTRU SCULE REZISTENTE LA UZURA 30VCrW85 0,35 -

0,25 -0,35

0,20 -0,40

0,150,30

2,50 -2,80

8,00 -9,00

0,30 -0,40

Note: 1. P i S = max. 0,030 ( la cerere max. 0,020%); Cu = max. 0,30%2.

La cerere se admit: 1,00 1,40% W la marca 105MnCrW11; 0,50 0,60% C la marca 45VsiCrW20;

max. 2.10% Mn la marca 90VMn20ElementulC Mn

Coninut (%) 1,00 > 1,00 ... 1,50 > 1,50 ... 2,25 1,00 > 1,00 ... 2,20

Abateri limit (%)

0,03 0,04 0,05 0,04 0,08

18

1,00 Si Cr > 1,00 ... 1,20 1,00 > 1,00... 3,00 > 3,00 ... 10,00 > 10,00 ... 12,00S

0,04 0,08 0,05 0,07 0,10 0,15 + 0.005

0,030

ElementulNi Mo

Coninut (%) 1,90 0,50 > 0,50... < 1,00 > 1,00... 3,00

Abateri limit (%) 0,05 0,04 0,05 0,10 0,02 0,04 0,07 0,10 0,07 0,10 0,15 + 0,005

V

0,30 > 0,30 ... 0,50 > 0,50 ... 1,00 > 1,00 ... 1,10

W

> 1,00... 2,00 > 2,00 ... 5,00 > 5,00 ... 9,00

P

0,030

19

Caracteristici mecanice i tehnologice (pe tratate produs n stare de livrare sau pe probe termic)Temp. deformare Marc oel plastic cald (C) (C) 750 90VMn20 1050 - 850 -780 223

de

Recoacere nmuiere

Clire Clire + Revenire

laT1 HB T1

HRC

T1

Mediu rcire ulei

T1

HRC min 59

max.

(C)

Mediu rciremin

(C)780

(C)180

ulei 760 780

62

800 105MnCrWll 1130 - 850770 229 830

ulei

61

820

ulei

180

59

760

ap62 790

810 223

117VCr6

1050 - 850 820

810 -840

ap

180

60

ulei(65mmla nelegere

Adncime strat decarburat (Sd) laminat sau forjat stare recoapt Diametrul sau grosimea, mm 15 > 15 ... 30 > 30 ... 50 > 50 ... 70 > 70 ... 100 > 100 ... 120 > 120 ... 150 Diametrul sau grosimea, mm15

> 15 ... 30 > 30 ... 50 > 50 ... 70 > 70 ... 100 > 100 ... 120 > 120 ... 150

24

> 150

> 150

tras Diametrul sau grosimea, mm < 10 > 10 ... 16 > 16... 25 > 25 ... 40 > 40 ... 50 > 50 Diametrul sau grosimea, mm < 10 > 10 ... 16 > 16... 25 > 25 ... 40 > 40 ... 50 > 50

Alte verificri - Serii de clire si comportarea la revenire - VCr se determina pe vase arje din fiecare marca de otel si apoi se garanteaz de productor. -Control ultrasonic. Stare de livrare: - Oelurile pentru scule se livreaz n stare recoapt MRCI ECHIVALENTESTAS 90VMn20 WERKSTOFF 1.2842 DIN(EN) 90MnCrV8 (90MnV8) AFNOR 90MnV8 BS B02 GOST AISI/SAE/ASTM O2 -

105MnCrWll (MCW 14) 117VCr6

1.2210

115CrV3

-

-

-

L2

25

(CV06) 100VMoCr52 1.2363

(107CrV3) BA2 A2

X100CrMoV5-l (X100CrMoV51)

X100CrMoV5 (Z100CDV5) -

165VWMoCrll5 (VMoCrl20) 155MoVCrll5

1.2601

X165CrMoV12 (X160CrMoV121)

-

-

-

1.2379

X155CrVMol2-l

X160CrMoV12 (Z160CDV12)

BD2

-

D2

1.2080 205Crll5 (C120) 90VCrMn20 1.2842 -

X210Crl2 (X210Crl2)

X200Crl2 (Z200Crl2)

BD3

H12

D3

90MnCrV8 -

90MnV8 -

B02 -

-

O2 -

105CrW20 (CW20) 45VSiCrW20 (VSCW20) 31VCr5

1.2542

45WCrV7 (45WCrV8)

45WCrV8 45WCrV20 -

BS1

5HW2SF

S1

1.2208 1.2365

31CrV3

BH10

3H3M3F

H10

31VMoCr29 (MoVC30)

X32CrMoV3-3 (30CrMoV12 11)

32CrMoV 12-28 32CDV12-28

36VSiWMoCr53 (MoWC53) 39VSiMoCr52 (MoVC50.10) 55MoCrNil6 55VMoCrNil6

1.2606

X37CrMoW5-l

X35CrWMoV5 Z35CWDV5

BH12

-

H12

1.2343

X38CrMoV5-l (X37CrMoV51)

X38CrMoV5 Z38CDV5 -

BH11

4H5MF1S

H13

1.2713

-

BH224/5

5HNM

L6

55NiCrMoV6 (55NiCrMoV7)

55NiCrMoV7 55NCDV7 -

55VMoCrNil7

-

-

-

-

-

57VMoCrNil7 (VMoCrNil7) 30VCrW85 (VCW85)

1.2581

X30WCrV9-3 (X30WCrV93)

X30WCrV9 Z30WCV9

BH21

3HW8F

H21

26

Oeluri rapide Aceste materiale au un coninut nalt de materiale de aliere, wolframul, de exemplu, ajungnd la 20%, ceea ce determin o termostabilitate ridicat a acestora, cuprins ntre 600 i 650C, putnd lucra la viteze de achiere de pn la trei ori mai dect sculele din oeluri carbon de scule (50 60 m/min). Mrcile de oeluri rapide romneti sunt de la Rp1 la Rp5, cel mai uzual fiind oelul Rp3, care are n compoziie 18% W, 4% C, 1% V. Acest tip de oeluri sunt standardizate conform STAS 7382-88. Influena elementelor de aliere se manifest astfel: Carbonul, n procent de pn la 0,6%, determin formarea structurii martensitic dure, precum i proprietile de rezisten mecanic la ocuri, rezisten la uzur la rece, etc. Majorarea procentului de carbon nu este favorabil, acest lucru determinnd creterea coninutului de austenit rezidual. Wolframul reprezint elementul principal de aliere, prezentndu-se sub forma carburilor complexe de wolfram i fier, Fe3W3C, n care se dizolv vanadiu. Aceste carburi asigur oelului rapid termostabilitate ridicat (cca. 600C), duritate de 63 65 HRC, precum i rezisten la uzur, la rece i la cald. S-a constatat c, odat cu creterea procentului de wolfram, de la 8 9%, pn la 18%, procentul de wolfram din soluia solid martensit nu crete, deci nici termostabilitatea nu se mrete. Pe aceast baz, s-au elaborat mrcile de oel rapid Rp5, Rp9, Rp10, Rp11, de nlocuire, care conin numai 9% W, dar care, avnd un procent redus de carburi nedizolvate, manifest o rezisten sczut la uzur la rece. Cromul determin o cretere a clibilitii, dar, mrirea procentajului peste 5 6%, duce la creterea coninutului de austenit rezidual i la scderea pronunat a prelucrabilitii. Vanadiul trece n carbur de vanadiu, cu duritate foarte ridicat, imprimnd oelului rapid o rezisten la uzur crescut. Cobaltul conduce la creterea termostabilitii oelului rapid, coninutul raional de cobalt fiind de 5 15%. Tratamentul termic al oelului rapid se compune din clire la temperatur nalt, 1270 -1290C, pentru Rp3, iar pentru evitarea fisurrii, acesta se face n dou sau trei trepte. Meninerea la temperatura de clire se realizeaz n funcie de configuraia piesei, fiind recomandat ntre 6 8 secunde/ mm de grosime a piesei clite. Rcirea se recomand a fi efectuat n trepte i, ca mediu, bile de azotat de potasiu, nclzite la 400 - 500C. Revenirea are drept scop detensionarea martensitei primare, transformarea austenitei reziduale n martensit i uniformizarea duritii. Consecina imediat a revenirii este creterea uoar a duritii, mrirea termostabilitii i a calitilor mecanice ale materialului sculei. Revenirea oelului rapid este nalt, la cca. 550 - 570C, i se recomand a fi repetat de 2 3 ori, pentru micorarea procentului de austenit rezidual. Uneori, acest proces poate fi continuat prin tratament sub 0C, pn la aproximativ -80C . O mbuntire substanial a proprietilor materialelor pentru scule achietoare se obine prin practicarea tratamentelor termo-chimice, respectiv cianurare, sulfizare, fosfatare, cromare.

27

Principalele domenii de utilizare: Marc oel Rp 1 Fabricarea de:

Scule pentru taiere rapid, puternic solicitate la uzur i la temperatur, ca: freze, cuite.

Rp 2

Scule de achiere cu viteze foarte mari, pentru materiale foarte dure, ca: freze, cuite .

Rp 3

Scule de achiere cu viteze mari, pentru materiale cu duritate ridicat ca burghie, scule de filetat, freze.

Rp 4

Scule de achiere cu randament ridicat, ca freze, alezoare puternic solicitate, dornuri, poansoane si matrie pentru extrudarea la rece

Rp 5

Scule de achiere cu randament satisfctor pentru materiale cu duritate ridicat ca: burghie, spirale, tarozi, cuite.

Rp 9

Scule achietoare supuse la uzur puternica n regim termic moderat, ca: burghie, freze (oel economic).

Rp 10

Scule achietoare n regim uor de achiere n materiale cu duritate mic, ca: burghie, scule de filetat, cuite, freze (oel economic).

Rp 11

Scule achietoare, ca: freze, scule pentru decupat (oel economic).

28

Compoziia chimic pe oel lichid i abateri pe produs Compoziia chimica pe oel lichid (%)C Cr Mo W V Co

Marc oel

Mn max. Rp 1 0.90 1.00 Rp 2 0.75 0.83 Rp 3 0.70 0.78 Rp 4 1.17 1.27 Rp 5 0.84 0.94 Rp 9 0.95 1.03 Rp 10 0.78 0.86 Rp 11 0.97 1.07 Not: 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.50

Si max. 0.50 3.80 4.40 0.45 3.80 4.50 0.45 3.80 4.50 0.45 3.80 4.50 0.45 3.80 4.50 0.45 3.80 4.50 0.45 3.50 4.20 0.45 3.50 4.20 4.70 5.20 4.70 5.20 2.50 2.80 8.00 9.20 8.00 9.20 0.50 0.08 0.60 1.00 9.00 10.00 17.50 18.50 17.50 18.50 6.00 6.70 6.00 6.70 2.70 3.00 1.50 2.00 1.50 2.00 2.30 2.70 1.40 1.70 1.00 1.20 2.70 3.20 1.70 2.00 2.20 2.50 1.00 1.30 1.80 2.20 0.60 0.60 0.60 0.60 -

Densitate Kg/dm3

5.00 6.00

8.40

4.50 5.00

8.70

0.60

8.70

8.20

8.20

8.00

8.00

8.00

1) Pentru toate mrcile P 0.03% ; S 0.03% . 2) La marca Rp1 i Rp3 se admite nlocuirea a 2% W cu 1% Mo n limita de max.1% Mo pentru Rp1 i max. 1.4% Mo pentru Rp3 3) Oelul Rp 5 destinat fabricrii burghielor prin laminarea la cald va avea S 0.012%.29

Abateri limita Element Element

Coninut (%) lichid

Abateri (%)

Coninut(%) lichid

Abateri (%) 0.07 0.10 0.15 0.20

C

1.00 > 1.27 1.00... 0.03 0.04

W

> 2.00

1.50...

> 2.00 ... 0.03 5.00 > 5.00 ...

Si

> 0.20 ... 0.50

Mn Cr

0.50

0.04 0.01

10.00 > 10.00 ...

> 3.50 ... 4.50

18.50V

Mo

0.50 > 0.50 ... 0.04 0.05 1.00... 0.10

> 1.00 ... 3.20

0.10

1 .00 > 9.20

Co

5.00 > 5.00 ... 6.00 0.10 0.15

S, P

0.030

+ 0.05

Caracteristici tehnologice si mecanice.Marc oel Forjare sau laminare Clire Recoacere de nmuiere T (informativ) HB T (C) Mediu rcire T (C) HRC min Revenire

(informativ) (C)

30

(C)Rp 1 1100 900 790 820 269 1220 1240Rp2

u ; a ; bi

560 580

64

1150 900

820 850

240 300

1260 1300

u ; a ; bi

560 580

64

Rp3

1150 900

820 850

240 300

1250 1290

u ; a ; bi

550 570

64

Rp4

1100 900

770 820

240 300

1200 1240

u ; a ; bi

550 570

65

Rp5

1050 900

770 820

240 300

1190 1230

u ; a ; bi

540 560

64

Rp9

1100 900

760 790

225 280

1180 1220

u ; a ; bi

530 550

64

Rp 10

1100 900

790 820

225 280

1180 1220

u ; a ; bi

530 550

64

Rp 11

1100 900

780 810

230 280

1190 1230

u ; a ; bi

540 560

64

Simbolizri: Nota:

u = ulei ; a = aer ; bi = baie izoterma.

1. Pentru toate oelurile temperatura bi = 500....550C. 2. Rcirea lingourilor i a materialului forjat se va face lent, n cazul lingourilor tratamentul termic de recoacere se recomanda a se efectua la max. 24 ore de la turnare . 3. Se recomand o nclzire foarte lenta pn la 650C i lenta ntre 650....900C (pentru forjare laminare - tratament termic) 4. n cazul tratamentului de clire - revenire se recomand sa se fac cel puin doua reveniri. 5.Temperatura de clire va fi spre limita superioar n cazul sculelor cu profil geometric simplu i spre cea inferioara n cazul sculelor cu profil geometric complex.

31

Variaia duritii n funcie de temperatura de revenire

32

Caracteristici metalografice. Macroscopia: Verificarea Diametrul sau grosimea 65 mm Punctaj maxim admis VDC VFS (la cerere) 6.9 6.8 la nelegere 6.8 > 65 mm

VDC = verificarea distribuiei carburilor VFS = verificarea frontului de solidificare Microscopia: Verificarea Diametrul sau grosimea 65 mm > 65 mm

Scara etalonare

de

Punctaj maxim admis VSC 62 0....5 max. pete/dm2 9 la nelegere la nelegere

VPC cerere)

(la

VSC = verificarea segregaiei de carburi VPC = verificarea petelor de carburi 33

Etapa I

PROGRAMUL 4 PARTENERIATE IN DOMENIILE PRIORITARE 2007-2013

TAPS-AUTO 72-207

Verificri efectuate pe mrci de oelMarc oel Verificri Macrostructura VDS Rp 1 Rp2 Rp3 Rp4 Rp5 Rp9 Rp 10 Rp 11 X X X X X X X X VFS X X X X X X X X Microstructura VSC X X X X X X X X VPC X X -

Cod: PO-04-Ed2-RO-F5

34

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

A dncim strat decarburat e

.(Sd)

Lam inate/forjate necojit - recopt Sd max. (mm)

Tras

D etrul iam

sau

Diametrul sau grosimea (m m)

Sd (mm)

m ax.

grosim (m ) ea m

15 15...< 30 30...< 50 50...< 70 70...< 100 100.. .< 120 120...< 150 150

0.45 0.60 0.85 1.30 1.50 2.00 2.50 3.00

< 10 10....< 16 16....< 25 25....< 40 40....< 50 > 50

0.25 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70

A verificri. lte -V - serii de clire i com Cr portare la revenire.- control ultrasonic.

Stare

livrare - recoapt.

C d P -0 -E 2 O 5 o : O 4 d -R -F

35

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

MRCI ECHIVALENTE

STAS

WERKSTOFF No

DIN(EN)

AFNOR

B.S.

GOST

ASTM / AISI / SAE

Rp 1 Rp 2 1.3255

_

-

BT4

-

T4

S18-1-1-5

HS18 1-1-5 Z80WKCV1805-04-01

Rp 3

1.3355

S18-0- 1 HS18-0-1 HS18-0- 1 Z80WCV1804 -01

BT1

R18

T1

Rp 4

1.3344

S6 - 5 -3

Z120WDCV06- 04 -03 Z130WDCV06-04 04 HS6-5-3;HS6-5-4

-

-

M3 clasa2

Rp 5

1.3343

S6-5-2

HS6 - 5 2 Z85WDCV06 - 05 - 04 -02

BM2

R6M5

M2

Rp 9 Rp 10

1.3333 1.3346

_ S2-9- 1 H2 - 9 -1

HS2-8-1 Z85DCWV08 - 04 - 02 -01

BM1

-

-

H41 Ml

Rp 11

1.3348

S2-9-2

HS2-9-2 Z100DCWV09 - 04 02 -02

-

-

M7


36

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

Carburi metalice sinterizate (metalo-ceramice) Materialele sinterizate din carburi metalice utilizate n construcia prii achietoare a sculelor se compun din carburi de wolfram, titan i tantal, legate ntre ele cu ajutorul unui liant, respectiv cobaltul. Procesul de sinterizare se refer la tratamentul termic aplicat pulberilor de carburi, omogenizate prin amestecare i presate n matri, pentru stabilirea formei, tratament care const n nclzire n cuptoare cu vacuum, la temperaturi ntre 1300 - 1600C, urmat de revenire. Datorit proprietilor lor generale, referitoare la duritate peste 80 HRC, rezisten mare la uzur i, n special, o mare stabilitate termic, pn la 900C, carburile metalice se utilizeaz la prelucrarea prin achiere a majoritii materialelor metalice i nemetalice, cu viteze de achiere foarte mari, comparativ cu sculele confecionate din celelalte materiale (100 - 300 m/min). Greutatea specific a materialelor sinterizate permite aprecierea porozitii, care se gsete, n general, n limitele 1 - 2%. O porozitate redus, deci o greutate specific ridicat, indic o calitate nalt a materialului achiat. Conductivitatea termic redus a materialelor metalo-ceramice le face sensibile la variaii de temperatur. Operaiile de lipire a plcuelor dure pe corpul sculei, precum i operaiile de ascuire i rectificare trebuie realizate n condiii speciale, pentru evitarea fisurrii. Duritatea carburilor metalice sinterizate crete odat cu mrirea coninutului de carburi i scade odat cu creterea procentajului de cobalt. Rezistena la uzur a carburilor sinterizate este superioar oelului rapid, iar rezistena la compresiune a acestor materiale este foarte ridicat, cca. 400 daN/mm2 i crete odat cu creterea duritii. Rezistena la ncovoiere este, n general, sczut i, legat de aceasta, este sczut rezistena la ocuri, aceasta fiind cu att mai mic, cu ct rezistena la compresiune i duritatea sunt mai ridicate, deci, cu ct coninutul de cobalt este mai redus. Plasticitatea sczut i fragilitatea sunt dezavantajele eseniale ale carburilor metalice sinterizate. La unele tipuri de carburi, odat cu creterea temperaturii n procesul de achiere, crete plasticitatea i scade fragilitatea. De aceea, n domeniul vitezelor mici i mijlocii, durabilitatea acestor materiale poate fi mai mic dect a oelului rapid, fapt ce nu le recomand pentru utilizare. n ceea ce privete compoziia amestecului de carburi metalice, aceste materiale se mpart n dou mari grupe: > Amestecuri coninnd carbur de wolfram i titan, sinterizate n liant de cobalt, simbolizate, conform I.S.O., prin P i M; > Amestecuri coninnd carbur de wolfram, avnd ca liant cobaltul, simbolizate prin K. Indicaiile de utilizare a acestor varieti de carburi metalice sinterizate au n vedere compoziia materialului prelucrat, tipul operaiei (degroare, finisare), precum i tipul de achie degajat (achie de curgere, achie de rupere, etc). Materialele din grupele P i M sunt indicate la prelucrarea oelului i a materialelor neferoase, care dau achii de curgere, avnd o bun rezisten la uzur i stabilitate termic ridicat, determinate de prezena carburii de titan.


37

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

n cazul prelucrrii materialelor care dau achii de rupere, cazul fontelor, se recomand folosirea amestecurilor care conin numai carbur de wolfram, respectiv grupa K, care este mai puin dur dect carbura de titan, dar mai tenace. De asemenea, sunt elaborate plcue d i n carburi metalice, acoperite superficial cu un strat foarte rezistent la uzur, carbur de titan, nitrur de titan, sau cu un strat dublu carbur de titan i oxid de aluminiu, sau acoperire cu pulbere de diamant. Asemenea materiale sandwich permit creterea vitezelor de achiere la finisare cu 30 - 50%. Materialele metalice sinterizate pentru scule se produc sub form de plcue, destinate fie lipirii pe corpul sculei, fie fixrii mecanice, numite plcue schimbabile, i care nu se ascut. Formele si dimensiunile plcuelor schimbabile sunt prevzute n STAS 1930/0 -1930/5 - 1980, iar ale celor pentru lipire n STAS 6373/1 - 6373/4 - 1986. Materiale mineralo - ceramice Aceste materiale rezult prin sinterizarea pulberilor de oxid de aluminiu, Al2O3, sau n amestec cu alte carburi metalice, carbura de titan, fr liant, fiind livrate sub form de plcue pentru armarea prii active a sculelor. Sunt caracterizate printr-o rezisten la uzur foarte mare, o duritate superioar (90 -92 HRA), o stabilitate la cald foarte ridicat - pn la 1100C - ceea ce permite prelucrri cu viteze de achiere de 200 -600 m/min. n schimb, au o fragilitate ridicat, utilizarea lor fiind limitat la prelucrri de finisare, n absena ocurilor. Geometria tiului din materiale mineralo-ceramice are unghiul de degajare cu valori negative, pentru a transforma solicitarea de ncovoiere a prii achietoare ntr-o solicitare preponderent de compresiune. Materiale extradure O larg rspndire au sculele care folosesc ca parte activ materiale cu duritate mai mare dect a carburilor sinterizate. Acestea sunt cunoscute sub denumirea de materiale extradure, n acesta categorie intrnd diamantul i nitrura cubic de bor. Diamantul Este folosit sub form de monocristal sau pulbere nglobat ntr-o mas de liant, respectiv corpuri abrazive. Diamantul industrial este, n general, de tip sintetic, obinut din grafit de puritate 99,8%, la o presiune cuprins n limitele 0,7-105 - 1,5-105 daN/cm2 i la temperatura de 3000C. Culoarea diamantului sintetic variaz de la cenuiu la verde deschis. Dimensiunile cristalelor acoper domeniul 0,2 - 0,3 mm, avnd un numr mare de muchii achietoare, prevzute cu unghiuri de ascuire = 70 - 110 i raze de bontire de ordinul a 6 - 10 m. n cazul strunjirii, cristalele care armeaz cuitele au unghiuri de degajare negative, -3 - -8, iar suprafaa de aezare se lefuiete, pentru a obine raze de bontire de pn la 5 - 10 m. Diamantul natural este cel mai dur material, avnd microduritatea de 10 000 daN/mm2, fa de 4000 - 9000 daN/mm2 la nitrura cubic de bor, de 2300 daN/mm2 la


38

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

materialele mineralo-ceramice, de 1500 daN/mm2 la materialele metalo-ceramice i de 850 daN/mm2 la oelul rapid. De asemenea, prezint o bun conductivitate termic, de 9 ori mai mare dect SiC i de 35 ori mai mare dect a carburilor metalice. Rezistena la uzur este de 100200 de ori mai mare dect a materialelor abrazive (SiC, Al2O3) la prelucrarea oelurilor, respectiv de 30006000 de ori mai mare la prelucrarea carburilor metalice. Utilizarea diamantului este raional la prelucrarea materialelor neferoase, avnd n vedere c prelucrarea materialelor feroase este nsoit de difuzia atomilor de carbon n reeaua fierului, ceea ce determin uzura rapid a cristalelor de diamant. Nitrura cubic de bor (N.C.B.) Este o sare a acidului azotic, cristalizat n sistemul cubic, n urma unui tratament termic i de presare (3500K i 105 daN/mm2). Denumirea comercial este Borazon (SUA) sau Elbor, cu liant metalic nichel cobalt i Cubonit (Rusia), Amborit, cu liant ceramic sau Semibor. Procesul de obinere a NCB din nitrura de bor, cristalizat n sistemul hexagonal, este asemntor celui de obinere a diamantului sintetic. Cteva proprieti fizice ale NCB: densitate 3,45 g/cm3, duritate (HV) max. 9000 daN/mm2, stabilitate termic 1300C. Se remarc duritatea foarte mare a NCB, apropiat ca valoare de cea a diamantului, precum i stabilitatea termic superioar acestuia. Trebuie remarcat c, spre deosebire de diamant, NCB nu prezint tendina de a reaciona cu fierul (diamantul are tendina de grafitizare la temperaturi de 700 - 800C i de reaciona chimic cu fierul). Acest material este folosit, n special, pentru confecionarea sculelor abrazive. Cristalele de NCB, avnd mrimi cuprinse ntre 15 600 m, sunt livrate sub form simpl, metalizate sau nglobate cte dou trei cristale ntr-un liant dur (rini, carburi metalice, sticl). Fonte pentru matrie Fontele sunt aliaje fier - carbon al cror coninut de carbon, depind 1,7 %, este frecvent cuprins ntre 2,23,8 % i care mai conin elemente nsoitoare (Si, Mn, P, S) i elemente de aliere. Aceste aliaje au, n general, foarte slabe proprieti plastice (forjabilitatea) i sudabilitate redus, rezistena mecanic mai mic dect a oelurilor, dar turnabilitate bun (temperatur de topire mai sczut, fluiditate mare, interval de solidificare i implicit tendin de segregare reduse, contracie mic la solidificare - pn la max.2 %), precum i capacitate de amortizare a vibraiilor. Clasificarea fontelor se poate face dup sistemul de cristalizare, n modul urmtor: fonte albe; fonte cenuii (de turntorie). Clasificarea fontelor de turntorie se poate face dup cum urmeaz: - dup coninutul n carbon echivalent CE, care se determin cu relaia:


39

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

CE = Ctot +1/3 (Si + P) + 0,4 S

fonte hipoeutectice: CE < 4,26 %; fonte eutectice: CE = 4,26 %; fonte hipereutectice: CE > 4,26 %. - dup forma grafitului: fonte cu grafit lamelar; fonte cu grafit nodular (fonte modificate); fonte cu grafit n cuiburi (fonte maleabile) - dup modul de aliere: fonte nealiate (conin Fe i C, dar i Si, Mn, P, S, n cantiti mici); fonte aliate (conin i Cr, Ni, Cu, Al, Mo etc): - slab aliate (suma elementelor de aliere sub 4 %); - mediu aliate (suma elementelor de aliere 410 %); - bogat aliate (suma elementelor de aliere peste 10 %). Fonte cu grafit lamelar FGL 175HB; FGL 215HB; FGL 215HB; Compoziia chimic ( % n mas) Proprietile necesare, inclusiv capacitatea de rencrcare prin sudur, se face obligatoriu n urmtoarele limite:Sulf FGL 175HB FGL 215HB FGL 215HB 0, 15 max. 0, 12 max. 0, 12 max. Fosfor 0, 25 max. 0, 20 max. 0,15 max Staniu 0, 10 max. 0, 10 max. 0, 10 max.

Cu titlu indicativ, compoziia chimic de baz propus este urmtoarea:


40

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

Carbon FGL 175HB 3,20 la 3,60 FGL 215HB 2,80 la 3,20 FGL 215HB 2,80 la 3,20

Siliciu 1,80 la 2,50 1,00 la 2,00 1,00 la 2,00

Mangan 0,60 la 1,00 0,50 la 1,00 0,50 la 1,00

Structura trebuie s fie compus din: Matrice FGL 175HB Perlit lamelar Ferita 20% Cementita 5% Grafit

Grafit lamelar I A 3 Tipurile B, D si E sunt tolerate cantitate n slab

FGL 215HB

Perlit lamelar

10%

5%

Grafit lamelar I A 4 ; repartiionarea B este acceptat cantitate n slaba

FGL 240HB

Perlit distana

lamelar,

5%

5%

Grafit lamelar I A 4

interlamelar 0,75 m, care corespunde unei structuri rezoluie maxim 50 % la grosisment 200 Cod: PO-04-Ed2-RO-F541

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

III.3 Formularea de solutii tehnice pentru cresterea rezistentei la uzura a componentelor metalice Procesarea fizica a suprafetelor vizeaza modificari structurale si/sau de compozitie de o grosime controlabila si au ca efect realizarea la suprafata piesei a unui strat cu proprietati diferite de cele ale miezului piesei. Grosimea stratului modificat variaza in functie de metoda aplicata si de parametrii procesului de la aproximativ 0,001 mm in cazul acoperirilor decorative si pana la 0,3 mm in cazul implantarii ionice si nitrurarii ionice. Domeniul ingineriei suprafetelor in plasma cuprinde: tratamente termochimice (difuzionale), depuneri de straturi subtiri dure si/sau antifrictionale si implantarea ionica. Este de remarcat faptul ca in urma procesarii in plasma, folosind fluxuri de ioni pentru asistarea depunerii, dimensiunile materialelor procesate nu sunt afectate, ceea ce reprezinta un avantaj important in majoritatea aplicatiilor industriale. Depunerile de straturi dure in plasme reactive, cu asistare cu flux de ioni a cresterii stratului de acoperire, reprezinta o alternativa de solutionare a problemelor metionate mai sus. Prin folosirea tehnologiei de depunere in plasma, asistata cu flux de ioni, se au in vedere o serie de efecte legate de imbunatatirea calitatii stratului superficial (duritate, rezistenta de aderenta, rezistenta la coroziune si abraziune). Se pot realiza straturi cu structura si morfologie prefiguate a suprafetei. In cadrul proiectului vor fi dezvoltate straturi nanocompozite dure si rezistente la eroziune si la oxidare pana la temperaturi inalte ( 7000C) pentru a imbunatati rezistenta la uzura a materialelor de baza utilizate in fabricarea sculelor taietoare/aschietoare si a matritelor. Straturile nanocompozite sau nanostructurate sunt materiale care prezinta proprietati mecanice si fizice unice. Un strat nanostructurat contine cel putin doua faze: fie o faza nanocristalina si una amorfa, fie doua faze cristaline diferite. Aceste materiale reprezinta o noua clasa de materiale, a caror proprietati mecanice si tribologice nu sunt determinate prin reguli de amestec de volume, ci depind de efectele de granite de graunti, precum si de interactiile sinergetice ale compozitelor componente, generandu-se astfel efecte dependente de dimensiune [1]. Este acceptat acum ca materialele pot fi clasificate ca dure, ultra-dure si super-dure, pentru duritati avand valori mai mari de 20, 40 sau 80 GPa, respectiv [2]. Nanocompozitele dure, super-dure si ultra-dure au fost intens studiate in ultimii ani [210]. Straturile dure sunt utilizate in multe aplicatii, de exemplu la scule de taiat si polisat, matrite, discuri dure si altele. Totusi, in cadrul aplicatiilor ingineresti este necesar ca duritatea sa fie insotita si de o rezilienta inalta, proprietate tot atat de importanta in aplicatii ca si duritatea [1113]. Ca urmare, este de importanta vitala cunoasterea mecanismelor de formare a straturile dure cu rezilienta inalta (Figura 1) [14].


42

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

Fig. 1 Ilustrare a formarii straturilor dure si reziliente Rezilienta este o proprietate mecanica care caracterizeaza rezistenta la socuri, fiind descrisa ca rezistenta la formarea de crapaturi/fisuri care urmare acumularii de tensiuni mecanice in vecinatatea imperfectiunilor structurale. Privita dintr-o perspectiva energetica, rezilienta este capacitatea unui material de a absorbi energie in timpul procesului de de formare, pana la aparitia fracturii.[12] In acord cu aceasta definitie, rezilienta include energia necesara pentru aparitia unei crapaturi/fisuri si pentru a permite propagarea fisurii, pana la limita fracturarii. Ceramicile (asa cum sunt nitrurile si carburile metalelor de tranzitie) prezinta o rezilienta scazuta, datorita rigiditatii conferite de legatura covalenta non-plasticitatii induse de mobilitatea scazuta a dislocatiilor. Este bine cunoscut faptul ca proprietatile mecanice ale unui solid depind puternic de densitatea de dislocatii, de raportul interfata/volum, si de marimea grauntilor. [14] O rezilienta mai mare a solidelor nanocompozite poate fi asociata cu alunecarea granitelor de graunti la actiune macanica externa, [15] sau cu mecanisme de disipare a energiei localizate la interfete.[ 16] Descresterea marimii de graunti afecteaza in mod semnificativ atat duritatea cat si rezistenta materialului. In majoritatea cazurilor straturile de coperire protective sunt aplicate pentru protejarea suprafetelor unui material de baza dat de consecintele unor solicitari mecanice. O examinare, chiar si simplista, a rezistentei la uzura abraziva a materialelor, functie de rezilienta la fracturare (in cazul solidelor bulk) indica dependenta rezistentei la uzura de o combinatie favorabila intre duritate si rezilienta materialului studiat .[17] Pentru stabilirea unor solutii tehnice pentru cresterea rezistentei la uzura a componentelor metalice, cu probabilitate mare de succes, in continuare vor fi analizate pe scurt mecanismele de crestere a duritatii si a rezilientei, dupa care vor fi stabilite materialele straturi subtiri care vor fi dezvoltate in cadrul proiectului.


43

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

III.3.1 Mecanisme de durificare in straturi nanocompozite Duritatea este definita ca rezistenta a unui material la deformare plastica. In cazul materialelor cristaline deformarea plastica apare predominant prin deplasarea dislocatiilor sub influenta fortei aplicate, deci materialele cu duritate marita au o rezistenta mai mare la deplasarea dislocatiilor, lucru valabil si in cazul materialeleor depuse ca straturi subtiri prin tehnici asistate cu plasma. Cresterea duritatii se obtine prin crearea de obstacole la deplasarea dislocatiilor prin (i) modelarea limitelor /granitelor de graunti, (ii) formarea de solutii solide, (iii) imbatranire si (iv) crearea unei tensiuni compresive. III.3.1.1 Durificare prin modelarea granitelor de graunti Intr-un articol recent, [18] Veprek a efectuat o analiza a criteriilor de selectare a materialelor pentru obtinerea de acoperiri nanocompozite super-dure si chiar ultra-dure. Astfel, din punctul de vedere al selectarii materialeleor, combinarea nitrurilor nanocristaline ale metalelor de tranzitie (ex. TiN, W2N si VN) cu nitruri amorfe (Si3N4 sau BN), utilizate pentru faza de la limita de graunti, are un mare potential pentru obtinerea de duritati ale straturilor de acoperire care depasesc 4050 GPa. Aceasta marire apreciabila a duritatii poate fi pusa pe seama dimensiunilor reduse ale nanocristalitelor (d< 10 nm) care restrang deplasarea limitei de graunti in conditiile unei faze amorfe subtiri aflate la limita acestora[2]. O descriere teoretica raspandita bazata pe acumularea dislocatiilor este cea data de ecuatia Hall-Petch [19,20], in care duritatea unui material este invers proportionala cu radacina patrata a dimensiunii de graunti. Aceasta relatie trebuie insa revazuta in cazul in care dimensiunea grauntilor este la scara nanometrica, iar numarul de atomi aflati in zona limitei grauntelui este apreciabil. Astfel, intr-un esantion cu diametrul grauntilor de 20 nm, circa 10% din atomi se afla la limita acestora, iar acumularea dislocatiilor devine putin probabila ceea ce conduce la explicarea deformarii printr-un mecanism diferit, de acomodare.[21] Prin reducerea in continuare a dimensiunilor de graunti, raportul dintre numarul de atomi din zona intergranulara este comparabil cu cel din interiorul grauntelui, avand ca rezultat o scadere a duritatii data de alunecarea intergranulara deoarece aceasta zona nu se mai comporta ca o bariera pentru deplasarea dislocatiilor. [22] Modelele proiectate folosind proprietatile enuntate mai sus au dimensiuni de graunti de circa 10 nm, care sunt lipiti intre ei cu straturi monoatomice de nitrura de siliciu. Aceasta grosime redusa a stratului amorf nu permite acumularea dislocatiilor si deci deformarea materialului. In Fig. 2 este reprezentata duritatea unui strat de acoperire de nc-TiN/a-Si3N4 depus prin pulverizare catodica cu magnetroane cu camp inchis (neechilibrate/nebalansate) functie de fractia de Si 3N4 din compus. TiN fara siliciu formeaza cristalite alungite de cateva sute de nanometri si grosimea de zeci de nanometri. (insert A in Fig. 2)[23,24]. Cristalitele de TiN devin mult mai mici odata cu cresterea continutului de Si3N4. La 1520 at.-% Si3N4, dimensiunea medie a cristalitelor de TiN nu depaseste 7 nm, valoare mult prea mica pentru dezvoltarea dislocatiilor. Astfel, la tensiune mecanica, materialul va reactiona numai prin deplasarea nanocristalitelor nedeformate unele fata de altele, proces care necesita o energie mult mai mare decat procesul de deformare prin acumularea dislocatiilor, rezultand astfel o duritate mult mai mare la aceeasi sarcina mecanica. Estimarea separarii nanocristalitelor in acest caz arata ca aceasta este de numai cateva straturi de Si3N4 (insert B in Fig.2 si Fig. 3). La fractii mai mari de Si3N4, separarea dintre graunti creste pana la valori la care rezistenta la sarcina mecanica a materialului este


44

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

data de rezistenta Si3N4 prin care se pot propaga fisuri, care conduc la o duritate scazuta a compusului (insert C in Fig. 2).

Figura 2 Duritatea stratului nc-TiN/a-Si3N4 functie de concentratia nitrurii de siliciu [23,24]; inserturile ilustreaza schematic nanostructura obtinuta pentru diferite compozitii

Figura 3 Ilustrare schematica a modurilor de aranjare a nanocristalitelor de TiCn intr-o matrice amorfa de nitrura de siliciu, pentru obtinerea unei duritati maxima a nanostructurii [23, 24] III.3.1.2 Durificare prin creare de solutii solide


45

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

Durificarea prin crearea de solutii solide este realizata in volum prin deformarea retelei ca rezultat al inserarii unor atomi ai unui element de aliere intr-o pozitie interstitiala. Aceeasi metoda este utilizabila si in cazul straturilor subtiri. TiCN,[25] TiAlN,[26] CrAl-N,[27]sau CrZrN[28] sunt exemple binecunoscute. Prin utilizarea unor procese de depunere de tipul arcului reactiv in vid, din catozi compusi de TiB se pot forma solutii supersaturate, metastabile cu duritati de circa 35 GPa, care au cristalite de 6 8 nm si sunt intarite de intrarea TiB in solutie solida metastabila in TiN. Formarea solutiei metastabile este evidentiata prin largirea liniilor XRD rezultata de inlocuirea N de catre atomii de B, care deformeaza reteaua de TiN. Acest strat subtire este obtinut cu presiune partiala de azot redusa in atmosfera reactiva a procesului. La cresterea presiunii partiale de azot, inserarea de Bin reteaua TiN este inhibata avand ca rezultat scaderea duritatii prin formarea de cristalite de TiN separate de combinatia mai putin rezistenta de BN. (Fig.4).

Figura 4 Ilustrare schematica a straturilor nanostructurate dure obtinute pentru concentratii medii de nitrura de siliciu, asigurandu-se o duritate maxima a nanostructurii [28] 111.3.1.3 Durificare prin tratamente de imbatranire Durificarea prin tratamente de imbatranire realizeaza o duritate marita prin precipitarea in timp a unei faze cu dimensiuni reduse, uniform distribuita sub forma unei solutii solide supersaturate. [29-31]. Aceste faze supersaturate se obtin relativ usor in procesele de depunere PVD datorita mobilitatii reduse a atomilor in timpul depunerii. Acest lucru se evidentiaza in materiale de tip (TiAl)N [30] sau Ti(BN) [31] , care prezinta o structura columnara densa de tip fcc TiN in care in timp locatiile de Ti sunt partial substituite de Al iar cele de N sunt substituite partial de B. Rezulta formarea unor structuri cubice cu domenii nanometrice, care au o duritate crescuta. 111.3.1.4 Durificare prin tensiune compresiva

In cazul straturilor subtiri, bombardamentul ionic a fost larg utilizat in depunerile la temperaturi joase ale substratului pentru cresterea denitatii filmelor si modificarea morfologiei acestora.[32] In timpul procesului de crestere, bombardamentul ionic induce in general aparitia unei tensiuni mecanice in strat, comparativ cu stratul crescut fara bombardament ionic. Cauza aparitiei acestor tensiuni mecanice sunt defectele de retea induse de ionii energici care lovesc direct sau in cascada atomii din stratul in crestere. Primul atom in acest lant de coliziuni absoarbe cea mai mare parte a energiei cinetice, generand rearanjarea retelei atomice.[33] Cresterea duritatii rezulta ca un efect sinergic al descresterii marimii Cod: PO-04-Ed2-RO-F546

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

cristalitelor, a densificarii granitelor de graunti si a tensiunii compresive induse de bombardamentul ionic. A fost raportata o crestere a duritatii unor straturi de TiN (pana la 80 GPa) si a unora de (TiAlV)N (pana la 100 GPa) prin depunerea in configuratie magnetron neechilibrat si tensiune negativa de polarizare a substratului, [34], dar numai cu conditia ca sa existe o corelatie intre cresterea duritatii si a tensiunii biaxiale de compresiune.[35] In cazul unor tratamente termice ulterioare, in multe cazuri se observa scaderea duritatii, prin relaxarea tensiunilor si a defectelor induse. III.3.2. Mecanisme de cresterea a rezilientei in straturi nanocompozite Pentru a obtine obtine o cresterea a duritatii in straturile nanocompozite, de obicei se incearca eliminarea aparitiei deformarilor plastice, ca si miscarile de dislocare si alunecare a granitelor de graunti; in acest mod se obtine o scadere a ductilitatii materialului, si in consecinta a rezilientei acestuia. In ceramicile de volum sunt cunoscute mai multe metode de crestere a rezilientei acestora: prin cresterea ponderii fazei ductile, prin aditia de fibre si fire, prin transformari specifice, prin producerea controlata de micro-fisuri .[36] In straturile subtiri acest tip de investigatii sunt de abia la inceput. 111.3.2.1 Rezilienta prin cresterea ponderii fazei ductile

Pentru cresterea rezilientei unei ceramici, metoda cea mai uzitata este cea a introducerii unei faze ductile. Cresterea rezilientei in acest caz este datorata; - relaxarii campului de tensiune in vecinatatea punctului de aparitie a fracturii; - legarea si consolidarea fracturilor prin intermediul legaturilor create de faza ductila. Au fost obtinute astfel straturi de a-C dopat cu Al, prezentand scadere a tensiunii mecanice in strat si o crestere a rezilientei, dar si scaderea duritatii, de la 31,5 la 8,8 GPa. [37]. Pentru pastrarea unor valori ale duritatii relativ ridicate, corespunzatoare acestor tipuri de aplicatii, la acest compus a fost adaugata o faza cristalina a unui materiale dur: nc-TiC, astfel ca duritatea compusului a fost de 20 GPa, cu pastrarea valorii masurate a rezilientei (cuantificata ca plasticitate a indentarii, de 55%). [38] 111.3.2.2 Rezilienta prin transformari de faza specifice

Unele transformari de faza care apar ca urmare a aplicarii unei tensiuni mecanice externe sunt insotite de absorbtia unei cantitati mari de energie, care poate determina cresterea rezilientei materialului. Astfel, transformarea de la faza tetragonala la cea monoclinica apare ca urmare a aplicarii unei tensiuni externe, in jurul punctului de initiere al fisurii si este insotita de o crestere de aproximativ 4% a volumului. Deformarea rezultata in urma transformarii de faza si a cresterii de volum determina eliberarea tensiunii mecanice si absoarbe energia de fisurare, crescand rezilienta materialului. Un exemplu este crestrea rezilientei ZrO2 prin adaugare de ZrB2.[39] Printr-un mecanism de acest fel s-au obtinut straturi subtiri de Al2O3-ZrO2, avand duritati de peste 30 GPa. [40] 111.3.2.3 Rezilienta datorata existentei tensiunilor de tip compresiv

In general fisurarea este initiata de tensiuni de intindere. Ca urmare, straturile in care se dezvolta prin crestere tensiuni de tip compresiv rezista mai bine la Cod: PO-04-Ed2-RO-F547

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

tensiunile mecanice generatoare de fisuri. Asa cum se observa si in figura 5, in cazul existentei unui tensiuni compresive, stratul poate suporta o sarcina mecanica destul de mare pana la aparitia fracturilor si a dlaminarii. [41] . Totusi, valori prea mari ale tensiunii de compresiune poate determina aparitia spontana a fisurilor si delaminarea spontana a stratului [42].

Figura 5 Comparitie a urmei indenterului Vicker intr-un strat de Zr-Cu-O, pentru diferite valori ale tensiunii reziduale in strat: a) 0.3 GPa; b) 0.1 GPa; and c) 0.3 GPa.[50] 111.3.2.4 Rezilienta prin insertia unor structuri de nanotuburi

Descopeirea nanotuburilor de carbon a deschis o noua era in studiul materialelor bazate pe acest material. Testele mecanice inovative pe tuburi individuale de carbon [4345], ca si calculele teoretice [4649], sugereaza ca tuburile de carbon au un modul de elasticitate de aproximativ 1 TPa, si o rezistenta la rupere in domeniul 20100 GPa. Cresterea rezilientei poate fi obtinuta prin deflectarea directiilor de propagare a fisurilor. Se cunosc metode de crestere a rezilientei ceramicilor de volum (bulk) prin introducerea de nanotuburi de carbon, ca de exemplu in cazul Al2O3,[50] si a BaTiO3.[51] Pana in prezent acest lucru nu a fost realizat in cazul straturilor subtiri, datorita dificultatilor in alinierea tuburilor de carbon si a reactiilor la interfata.[52, 53] 111.3.2.5 Rezilienta prin gradiente compozitionale si/sau structurale

Obtinerea unor straturi cu compozitie variabila cu gradient de concentratie elementala si/sau structurala este o metoda bine cunocuta pentru reducerea fisurilor si cresterea aderentei la substrat a straturilor depuse. Prin modelarea tipurilor de legaturi sp2 sau sp3 functie de tensiune de polarizare aplicata, in cazul cresterii straturilor de a-C, se pot obtine compusi cu gradient structural, astfel incat aderenta sa fie maxima la substrat (pentru un raport sp2/sp3 mare) si o duritate mare la suprafata stratului (pentru un raport sp2/sp3 mic). [54]


48

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

III.3.3 Stabilirea metodelor de obtinere si a tipurilor de straturi subtiri ce vor fi dezvoltate III.3.1. Metode de obtinere Sistemul de depunere pentru obtinerea de materiale nanocompozite dure si reziliente trebuie sa permita obtinerea unor compusi multi-elementali, a caror compozitie sa poata fi generata controlabil functie de parametrii de operare a sistemului de depunere. Pentru obtinerea unor straturi pure, cu caracterisitci controlabile si reproductibile, am optat pentru sistemul de depunere de tip PVD prin pulverizare magnetron, in atmosfera reactiva. Sistemul de depunere este configurat astfel incat sa corespunda urmatoarelor cerinte: - sistem multicatozi confocali; - porturi multiple de acces pentru sisteme de analiza in situ; - suport pentru substraturi cu miscare de rotatie pentru obtinerea unei neuniformitati minime (< 2% ) a stratului depus; - temperatura de depunere controlabila in domeniul 100 0C 800 0C cu o precizie de 10C; - polarizarea substratului: dc si rf in domeniul +300V - 300 V; - presiunea de baza obtenabila in incinta de depunere: 2.10-5 Pa; - puritatea gazelor de proces: 5N. In figura 6 este prezentata o reprezentare schematica a camerei de depunere in sistemul de pulverizare magnetron.


49

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

Figura 6 Reprezentare schematica a camerei de depunere in sistemul de pulverizare magnetron Sistemul de depunere este compus din: - sistem de vid ultrainalt si incinta de depunere; - surse de pulverizare de tip magnetron; - suport pentru substraturi; - sistem de alimentare cu gaze tehnologice; - surse de alimentare DC, RF si pulsata ambipolar; - camera cu ecluza cu controler pneumatic si modul de vidare independent pentru schimbarea probelor fara deschiderea incintei de depunere; - dulap pentru alimentarea electrica si modulele de control. III.3.2. Tipuri de straturi In cadrul proiectului vor fi dezvoltate straturi nanostructurate, cu duritate si rezilienta marita, pentru asigurarea unei rezistente superioare la uzura. In acest scop vor fi dezvoltate straturi de tip carburi metalice ale elementelor de tranzitie imersate intr-o matrice de carbon amorf de tipul MeC:a-C (unde Me=Ti, Zr, Nb, Cr), Me1-4(Si/Ge)(C/N) si diferite structuri multistrat (in care durificare si rezilienta sunt marite prin crearea unor gradienti compozitionali si structurali). Toate aceste tipuri de straturi sunt candidate potentiale pentru a indeplini conditiile de duritate si rezilienta crescute.

IV. Concluzii In cadrul etapei actuale, in acord cu planul de realizare al proiectului, au fost indeplinite toate obiectivele planificate: > a fost facut o analiza pe baza unui studiu bibliografic in scopul selectarii celor mai adecvate materiale, utilizate in cadrul productiei de piese si subansamble auto; > au fost analizate solutii de cresterea a duritatii si rezilientei straturilor subtiri, cerinta inerenta pentru obtinerea unor straturi rezistente la uzura; > au fost stabilite metodele de obtinere si tipurile de straturi subtiri ce vor fi dezvoltate in cadrul proiectului. V. Bibliografie [1] A. I. Gusev, Usp. Fiz. Nauk 1998, 168, 55. [2] S. Veprek, J. Vac. Sci. Technol. A 1999, 17, 2401. [3] S. Veprek, M. Jilek, Vacuum 2002, 67, 443. [4] J. Musil, Surf. Coat. Technol. 2000, 125, 322. [5] S. Zhang, D. Sun, Y. Fu, H. Du, Surf. Coat. Technol. 2003, 167, 113. [6] S. Veprek, S. Reiprich, S. H. Li, Appl. Phys. Lett. 1995, 66, 2640. [7] S. Veprek, M. Haussmann, S. Reiprich, J. Vac. Sci. Technol. A 1996, 14, 46. [8] P. Karvankova, H.-D. Mannling, C. Eggs, S. Veprek, Surf. Coat. Technol. 2001, 146-147, 280.


50

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

[9] P. Karvankova, M. G. J. Veprek-Heijman, O. Zindulka, A. Bergmaier, S. Veprek, Surf. Coat. Technol. 2003, 163164, 149. [10] I. W. Park, K. H. Kim, A. O. Kunrath, D. Zhong, J. J. Moore, A. A. Voevodin, E. A. Levashov, J. Vac. Sci. Technol. B 2005, 23, 588. [11] S. Zhang, D. Sun, Y. Fu, H. Du, Surf. Coat. Technol. 2005, 198, 2. [12] J. Musil, P. Baroch, J. Vlcek, K. H. Nam, J. G. Han, Thin Solid Films 2005, 475, 208. [13] A. A. Voevodin, J. S. Zabinski, C. Muratore, Tsinghua Sci. Technol. 2005, 10, 665. [14] S. Zhang, H. L. Wang, S.-E. Ong, D. Sun, X. L. Bui, Plasma Process. Polym. 2007, 4, 219228 [15] B. S. Berry, W. C. Pritchet, Thin Solid Films 1976, 33, 19. [16] C. M. Su, R. R. Oberle, M. Wuttig, R. C. Cammarata, Mater. Res.Soc. Symp. Proc. 1993, 280, 527C. [17] H. Holleck, M. Lahres, P. Woll, Surf. Coat. Technol. 1990, 41, 179. [18] S. Veprek, M. G. J. Veprek-Heijman, P. Karvankova, J. Prochazka, Thin Solid Films 2005, 476, 1. [19] E. O. Hall, Proc. Phys. Soc. B 1951, p. 747. [20] N. Petch, J. Iron Steel Inst. 1953, 174, 25. [21] H. Van Swygenhoven, Science 2002, 296, 66. [22] J. Schiotz, F. D. Di Tolla, K. W. Jacobsen, Nature 1998, 391, 561. [23] J. Patscheider, Mater. Res. Soc. Bull. 2003, 28, 180. [24] M. Diserens, J. Patscheider, F. Levy, Surf. Coat. Technol. 1999,120121, 158 [25] J. E. Sundgren, H. T. G. Hentzell, J. Vac. Sci. Technol. A 1986, 4,2259. [26] F. H. W. Loffler, Surf. Coat. Technol. 1994, 6869, 729. [27] J. C. Sanchez-Lopez, D. Martinez-Martinez, C. Lopez-Cartes,A. Fernandez, M. Brizuela, A. Garcia-Luis, J. I. Onate, J. Vac.Sci. Technol. A 2005, 23, 681. [28] G. Kim, B. Kim, S. Lee, J. Hahn, Surf. Coat. Technol. 2005, 200, 1669. [29] P. H. Mayrhofer, C. Mitterer, L. Hultman, H. Clemens, Prog.Mater. Sci. 2006, 51, 1032. [31] H. M. Paul, H. Anders, K. Lennart, S. Jacob, L. Tommy,M. Christian, H. Lars, Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 2049. [31] J. G. Wen, P. H. Mayrhofer, C. Mitterer, J. E. Greene, I. Petrov,Microsc. Microanal. 2006, 12, 720 [32] D. M. Mattox, J. Vac. Sci. Technol. A 1989, 7, 1105. [33] R. W. Cahn, P. Haasen, Physical Metallurgy, North-Holland, Amsterdam, New York 1996. [34] J. Musil, S. Kadlec, J. Vyskocil, V. Valvoda, Thin Solid Films, 1988, 167, 107. [35] P. H. Mayrhofer, F. Kunc, J. Musil, C. Mitterer, Thin Solid Films, 2002, 415, 151. [36] J. D. Kuntz, G. D. Zhan, A. K. Mukherjee, Mater. Res. Soc. Bull. 2004, 29, 22. [37] S. Zhang, X. L. Bui, Y. Fu, Thin Solid Films 2004, 467, 261. [38] S. Zhang, X. L. Bui, X. T. Zeng, X. Li, Thin Solid Films 2005, 482,138. [39] B. Basu, T. Venkateswaran, D. Y. Kim, J. Am. Ceram. Soc. 2006,89, 2405. [40] D. H. Trinh, H. Hogberg, J. M. Andersson, M. Collin, I. Reineck, U. Helmersson, L. Hultman, J. Vac. Sci. Technol. A 2006, 24,309. [41] M. Jirout, J. Musil, Surf. Coat. Technol. in press [42] S. H. N. Lim, D. G. McCulloch, M. M. M. Bilek, D. R. McKenzie, Surf. Coat. Technol. 2003, 174175, 76. [43] M.-F. Yu, O. Lourie, M. J. Dyer, K. Moloni, T. F. Kelly, R. S. Ruoff, Science 2000, 287, 637. [44] M.-F. Yu, B. S. Files, S. Arepalli, R. S. Ruoff, Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5552. [45] E. W. Wong, P. E. Sheehan, C. M. Lieber, Science 1997, 277, 1971. Cod: PO-04-Ed2-RO-F551

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

[46] B. I. Yakobson, P. Avouris, Carbon Nanotubes 2001, 80, 287. [47] M. B. Nardelli, B. I. Yakobson, J. Bernholc, Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 4656. [48] T. Belytschko, S. P. Xiao, G. C. Schatz, R. S. Ruoff, Phys. Rev. B, 2002, 65, 2354301. [49] K. I. Tserpes, P. Papanikos, Composites B 2005, 36, 468. [50] G. D. Zhan, J. D. Kuntz, J. L. Wan, A. K. Mukherjee, Nat. Mater.2003, 2, 38. [51] Q. Huang, L. Gao, J. Sun, J. Am. Ceram. Soc. 2005, 88, 3515. [52] Z. Xia, W. A. Curtin, B. W. Sheldon, J. Eng. Mater. Technol. 2004,126, 238. [53] Z. Xia, L. Riester, W. A. Curtin, H. Li, B. W. Sheldon, J. Liang,B. Chang, J. M. Xu, Acta Mater. 2004, 52, 931. [54] S. Zhang, X. L. Bui, Y. Fu, D. L. Butler, H. Du, Diamond Relat.Mater. 2004, 13, 867.


52

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

Indicatori de rezultat generali si specificiIndicatori generali: Indicatori de rezultat Denumirea indicatorilor 1. Numr de produse i tehnologii rezultate din activitatea de cercetare, bazate pe brevete, omologri sau inovaii proprii. 3. Numr de cereri de brevete acordate (n urma proiectelor) 2. Numr de cereri de brevete depuse n urma proiectelor din care: a) Naionale b) EPO (Europa) c) USPTO (SUA) d) Triadice (Europa, SUA, Japonia)UM Nr.

Nr.

Nr.

din care: a) Naionale b) EPO c) USPTO d) Triadice 4. Numr de articole publicate n urma proiectelor, din care: a) n reviste indexate ISI b) n reviste indexate n alte baze de date internaionale recunoscute

Nr.

Nr.

5. Numr de articole acceptate spre publicare n urma proiectelor, din care: a) n reviste indexate ISI b) n reviste indexate n alte baze de date internaionale recunoscute 6. Numr de produse transferabile public din care: a) de interes naional b) de interes regional c) de interes local Numr de IMM participante 9. Ponderea contribuiei financiare private pe proiecte din care contribuie financiar direct 26,9/ ___0_ 10. Numrul mediu de poziii echivalente cu norm ntreag Nr. 4 pe proiect, din care: a) doctoranzi b) postdoctorat a)0,5 Cod: PO-04-Ed2-R0-F5 Cod: PO-04-Ed2-RO-F553

7. Nr Numr de 1 studii de necesitate

b)1

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

11. Mobiliti din care internaionale 12. Valoarea investiiilor n echipamente pentru proiecte 13. Rata de succes n depunerile de proiecte

| Lun | | x-om | | 0,1/0| | ________|Mii RON| | 2 |

14. Numr reele de cercetare susinute

| | | || Nr.

% 35|

Indicatorii specifici fiecarei directii de cercetare: Domeniul de cercetare DC 1 Tehnologiile societii informaionale DC 2: Energie Denumirea indicatorului Numarul Informatii despre indicator

DC 3: Mediu

DC 4:Sntate

Nr. de tehnologii IT performante Nr. tehnologii suport pentru comunicatii; > Nr. metode/sisteme de inteligenta artificiala; > Nr. produse nanoelectronice si fotonice; > Nr.nano- si microsisteme > Nr.concepte de utilizare de noi surse energetice > Nr. de tehnologii de reducere a pretului in domeniul energetic > Nr. de tehnologii/produse in domeniul securitatii energetice > Nr. de sisteme i tehnologii energetice durabile > Nr. de tehnologii curate de produs si proces pentru reducerea polurii mediului (green chemistry) Din care: in transporturi > Nr.de tehnologii eco-eficiente de valorificare a deseurilor; > Nr.concepte si tehnologii de consolidare a diversitatii biologice si ecologice; Nr. de metode si solutii tehnice in domeniul amenajarii teritoriului > Nr.concepte/studii ale mecanismelor de adaptare ale organismului; > Nr. metode pe baze moderne de investigatie in medicina; > Nr. terapii moderne; Nr. de metode de preventie si interventionale la nivel naional, arondate la spaiul european de operare

> >

> Nr. de produse corespunztoare principiilor dezvoltrii durabile i securitii alimentare, inclusiv alimente funcionale; > Nr. de metodologii de detectare a reziduurilor i contaminanilor d i n ntreg lanul alimentar DC 6: > Nr.de medicamente noi; Cod: PO-04-Ed2-R0-F5 54 Cod: PO-04-Ed2-RO-F5DC 5: Agricultura, securitatea i sigurana alimentar

1

J

Etapa I


TAPS-AUTO 72-207

> Nr.protocoale de diagnostic i tratamente medicale; > Nr.de tehnologii pentru producia de alimente cu siguran maxim asupra sntii umane; > Nr.de tehnologii avansate in domeniul produselor farmaceutice; grupurilor biocatalitice; noi enzime i microorganisme > Nr. de sisteme bioinformatice DC 7: > Nr. de materiale avansate Materiale, > Nr.de tehnologii de reciclare a materialelor procese i avansate produse > Nr. de tehnologii avansate de conducere a inovative proceselor industriale > Nr. de tehnologii i produse mecanice de nalt precizie i sisteme mecatronice > Nr. de tehnologii nucleare > Nr. de produse i tehnologii inovative destinate transporturilor i produciei de automobile DC 8:Spaiu i > Nr. de aplicaii spaiale integrate securitate > Nr. de tehnici aeronautice > Nr. de tehnologii aerospaiale > Nr. de tehnici pentru securitate DC 9:Cercetri > Nr. de noi metode manageriale, de socio-economice i marketing i dezvoltare antreprenorial; umaniste > Nr. de studii referitoare la calitatea educatiei si a ocuparii; > Nr. de studii referitoare la capitalul uman, cultural i social; > Nr.de tehnici de conservare a patrimoniuluiBiotehnologii Nota: La completarea acestor indicatori se va tine seama de domeniul de cercetare si de obiectivele proiectului. Acesti indicatori se vor completa acolo unde este cazul.

Cod: PO-04-Ed2-R0-F5


55

oteluri speciale

Documents