CERCETARI PRIVIND CREAREA UNUI SISTEM INTEGRAT DE INALTA PRECIZIE NECESAR REALIZARII DE INVESTIGATII SPECIFICE MATERIALELOR COMPOZITE DE TIP DUR IN REGIM INFORMATIZAT

SISTEM DE INVESTIGATII PENTRU PULBERI METALICE DURE

Problematicile abordate de proiect se refer la realizarea de materiale dure sinterizate utiliznd tehnici / tehnolo-gii i sisteme de control specifice metalurgiei pulberilor.

Aceste procedee au fost generate ca o necesitate strin-gent de obinere a unor game de produse superioare din punct de vedere al caracteristicilor fizico-mecanice,in special al duritii, aceasta fiind superioar oricruioel obinut prin metode clasice de elaborare.

Materialele compozite au la baza reete stricte cufracii precis definite granulometric, liate i cu material de ranforsare.

La definirea acestor familii de materiale sunt necesare realizarea unor teste specifice de investigare i control a:- proporiilor principalilor componeni chimici; - gradientului dimensional al fiecrui component in parte; - gradului de liere;

Prin identificarea principalilor parametri se pot realiza amestecuri / reete specifice (bine definite), cu destinaii precise n activitile unde urmeaz a fi utilizate:

- plcue de achiere; - produse de uzur; - produse cu destinaie special.

Ca principale prioriti impuse de amestecurile pulverulente este necesar realizarea unui riguros control al amestecurilor i a principalilor parametride influen ai acestora. O precizie sporit n realizarea investigaiilor de evaluare a acestoracontribuie direct la creterea gradului calitativ al produselor finale obinute din aliaje compozite tip pulberi metalice sinterizate.

Sistemul se compune din urmtoarele elemente principale:1 - Masa antivibraie care amortizeaz ocurile i vibraiile existente n laborator sau n incinta unde se fac determinrile Masa este compus din doucadre din oel inoxidabil, pe un cadru fiind aezat o piatrfinisat, iar cellalt cadru fiindfolosit ca mas servant pentruaplicaia de laborator. Piatra este aezat pe cadrul respectivpe nite pufere din cauciuc carese regsesc i la picioarele cadrului. Aceste pufere mpreun cu piatra realizeaz un sistem de protecie mpotriva vibraiilori ocurilor care pot aprea n timpul determinrilor.

2 - Placa de baz pe care se realizeaz conexiunile cu celelalte subansamble componente ale Sistemului de investigaii .Pe plac sunt realizate conexiunile: conexiunile electrice conexiunile pneumatice conexiunile cu PC-ulSistemul se compune din urmtoarele elemente principale:

Sistemul se compune din urmtoarele elemente principale:3 - Platina pneumatic este montat pe cadrul inferior al mesei antivibraie .Pe plac sunt montate:

pompa de vacuum electrovalvele de comand electrovalva de depresurizare

Sistemul se compune din urmtoarele elemente principale:4 - Coloanele de msurare (montate pe placa de baz) cu dispozitivele : de determinare a densitii aparente a pulberilorde determinare a vitezei de curgerede determinare a densitii aparente a : - semifabricatului - produsului sinterizat

5 - Termobalana cu care se detremin:

umiditatea pulberilor masa pulberilor Sistemul se compune din urmtoarele elemente principale:

Sistemul se compune din urmtoarele elemente principale:6 - Clopotul este realizat din geam de 10 mm, securizat i lipit in UV.Clopotul este prevzut cu un mner cudou ventuze de vid pentru manipulareaccesibil.De asemenea este prevzut cu un sistemde prindere rapid care are i rolul de a fixa clopotul pe garnitura siliconica de 3 mmgrosime pentru realizarea etanrii.

Sistemul se compune din urmtoarele elemente principale:7 - Butelia de argon care este conectat la instalaie este prevzut cu ceasuri indicatoare pentru controlul debitului i al presiunii de argon

Sistemul se compune din urmtoarele elemente principale:8 - Panoul de automatizare pentru realizarea vacuumului i a atmosferei de argon precum i pentru comanda determinrii vitezei de curgere a pulberilor metalice. Prin intermediul panoului se comandpompa de vacuum i n momentul n care se obine o presiune absolut de0,8 bar se declaneaz un semnal acus-tic i vizual i se ntrerupe pompa devacuum prin intermediul electrovalvei. n acest moment se acioneaz cealaltvalv de comand care permite introdu-cerea argonului pn cnd se atinge presi-unea absolut de 0,95 bar semnalizat corespunztor acustic i vizual. Pe panou exist i un buton de comandcare se acioneaz de ctre operator pentrudeclanarea determinrii vitezei de curgerea pulberilor.

Sistemul se compune din urmtoarele elemente principale:9 - Touch screen-ul pentru setarea valorilor vidului i a presiunii de argon, a timpilor de meninere, precum i a butoanelor de comand pentru declanarea procesului automat de creare a atmosferei neutre pentru determinarea densitii aparente i a vitezei de curgere n atmosfer de argon.

10 - Aplicaie software PICDUR- PROGRAM pentru investigaii specifice materialelor compozite de tip DUR Aplicaia software PICDUR este caracterizat prin:

funcii i subrutine pentru operare simpl i intuitiv: include o interfa grafic prietenoas pentru a se asigura interactivitatea cu utilizatorul prin ferestre, butoane; asigur interfaarea cu sistemul de investigaii ; asigur analiza primar a datelor; asigur stocarea datelor de interes n fiiere; asigur elaborarea unui raport cu rezultate.Sistemul se compune din urmtoarele elemente principale:

Sistemul se compune din urmtoarele elemente principale:11 - PC- ul pe care ruleaz softul de monitorizare a presiunii i softul dedicat PICDUR

I. Determinarea densitii aparente a pulberilor:Se toarn proba n dispozitivul de determinare a densitii aparente care face parte din sistemul de investigaii.Cu ajutorul unui raclor nemagnetic se niveleaz pulberea la suprafaa dispozitivului printr-o singur trecere, fr s comprima, ndeprtnd excesul i avnd grij s nu se produc ocuri sau vibraii n timpul operaiei . Se declaneaz procesul de determinare a densitii aparente prin comanda START din programul PICDUR care acioneaz butonul de deschidere a trapei dispozitivului i pulberea va curge pe platanul balanei. mSe determin densitatea aparent utiliznd algoritmul de calcul a = ( g/cm3 ) Vunde :m - este masa pulberii indicat de balan V - este volumul dispozitivului n care se toarn pulberea ( V = 8 0,05 cm3 n cazul Sistemului de investigaii)Valori ale densitii mai mari dect valoarea indicat de productor nseamn :granule mici ( clasa fin pn la max. 1,5 m ) vitez mare de curgerefactorul de form ( dimensiunea min / dimensiunea max. ) este 1. gradul de acoperire cu parafin insuficient :- particule incomplet acoperite - strat subire de parafinumiditate marereet cu mult WC ( carbur de wolfram )n cazul densitilor mai mici indicate de productor caracteristicile pulberilor sunt opozabile cu cele menionate mai sus Funcie de valorile rezultate fabricantul poate remedia arja iar productorul poate decide reorientarea arjei ctre alte produse care nu necesit caracteristici fizice superioare.

II. Determinarea vitezei de curgere a pulberilor.Determinarea se verific simultan cu determinarea densitatii aparente Se comanda prin intermediul touch screen-ului (se apasa pe functia EL- magnet) trapa dispozitivului cu care se determin densitatea aparent.Dup deschiderea trapei pulbera va curge liber prin dispozitivul de determinare al vitezei de curgere care este format dintr-o plnie cu un orificiu calibrat la ieire de 2,5 mm.Pulberea cade pe platanul balanei timp de 10 20 secunde n funcie de granulaia pulberii i al altor caracteristici fizice indicate de fabricant .n momentul cnd pulberea atinge platanul balanei , modificarea masei nregistrat de balan declaneaz n cadrul programului PICDUR un cronometru cu precizia de 0,5 sec .Atta timp ct pulberea curge, indicaia balanei este corespunztoare cu masa de pulbere care se depoziteaz pe platan .Cnd curgerea s-a terminat , indicaia balanei devine constant aceast stare de stabilizare a masei este informaia care oprete cronometrul. Viteza de curgere a volumului de 8 cm3 de pulbere este afiat n g/s sau s/100g.Funcie de fiecare reet de pulbere exist o vitez de curgere optim indicat de fabricant care se determin experimental.

O vitez mare ( mai mare dect cea indicat de fabricant ) nseamn :dimensiune mic a particulei de pulbere corespunztoare clasei de precizie fin max. 1,5 mfactorul de form ( dimensiunea min / dimensiunea max. ) este 1. particule uniform atomizate ( mbrcate uniform n parafin )pulbere cu coninut mare de WC ( carbur de wolfram ) ntre 3 i 30 %gradul de umectare ( umiditate ) al pulberii foarte mic

Obinerea de viteze de curgere mai mici dect cea indicat de fabricant nseamn pulbere cu caracteristici opuse celei prezentate mai sus.n cazul acesta este necesar investigarea microscopic de ctre beneficiar a urmtoarelor caracteristici:

- dimensiunea medie a particulei - dimensiunea minim a particulei - dimensiunea maxim a particulei - gradul de acoperire cu parafinAceste investigaii sunt necesare, n cazul fabricantului arja putnd fii remediat ( iar n cazul beneficiarului ( utilizator ) la abateri mari se respinge sau se reorienteaz arja spre alt producie care nu necesit caracteristici de curgere bune ( umplerea matrielor n ciclurile automate sau produse cu caracteristici fizice mai sczute ) Este necesar preluarea unor eantioane din fiecare arj i supuse unor verificri pentru determinarea parametrilor pulveruleni respectiv clasele de precizie.Rezultatele dimensionale obinute sunt clasificate pe clase precizie (conform Kenneth JA Brookesmanual tehnic de prezentare materiale dure i extradure ):- clasa fin : cu particule pn la max. 1,5 m- clasa medie : cu particule cuprinse ntre 1,5 m 3 m- clasa grosier : cu particule peste 3 mDefinirea i identificarea dimensiunilor particulelor pulverulente are n vedere i stabilirea factorului de form a acestora ( raportul dintre dimensiunea minim i dimensiunea maxim a particulelor )Factorul de form ideal este 1 care confer o curgere foarte bun materializat prin realizarea unei umpleri rapide i uniforme a matrielor de presare.Aceasta conduce la obinerea de produse finale sinterizate cu poroziti foarte mici, deci duriti i ruperi prin nconvoiere superioare necesare sculelor achietoare.

III. Determinarea densitii aparente i a vitezei de curgere n atmosfer purificat de argon. Determinarea se verific dup procedura enunat anterior n condiiile n care determinrile se fac n atmosfer purificat (argon) la presiunea absolut de 0,95 barDupa umplerea dispozitivului cu pulbere metalic dur se monteaza clopotul pentru realizarea atmosferei inerte. Se comand prin intermediul touch screen-ului (START) procesul de obinere a vacuumului la presiunea absolut de 0,6 bar.Aceasta este monitorizat de un senzor de presiune, moment n care se ntrerupe pompa de vacuum i se deschide calea pentru introducerea argonului pn la presiunea absolut de 0,95 bar (pentru o etanseitate superioara). Cnd s-a atins presiunea de 0,95 bar, senzorul de presiune declaneaz un semnal vizual i sonor pentru a ateniona operatorul c s-a demarat investigatia privind determinarea vitezei de curgere n atmosfer purificat de argon.Se verific concomitent densitatea aparent i viteza de curgere a probei de pulbere.n funcie de rezultatele obinute se analizeaz influiena unei atmosfere purificate asupra vitezei de curgere a pulberilor, parametrul esenial n tehnologia de fabricare a pieselor sinterizate din pulberi metalice dure. Viteza de curgere influieneaz gradul de umplere al matrielor precum i omogenitatea semifabricatelor i a produselor finite.Determinrile trebuie s se fac pe eantioane din aceleai arje pentru verificarea vitezei de curgere att n atmosfer oxidant ct i n atmosfer purificat cu argon.Rezultatele obinute pe mai multe grupe de pulberi cu granulaii diferite permit adoptarea unor decizii privind tehnologiile de umplere ale matrielor pentru piese sinterizate.

Gradul de umiditate a pulberilor.Determinarea se verific utiliznd metoda pierderii de mas .O cantitate de pulbere metalic dur de max. 120g se aeaz pe platanul balanei i se uniformizeaz pe toat suprafaa acestuia cu un raclor nemagnetic .Se nchide capacul balanei care este prevzut cu un sistem de nclzire .

Programul PICDUR permite utilizarea a cinci metode de determinare a umiditii pulberilor n funcie de:temperatura de nclzire, durata de nclzire, modul de afiare al rezultatelor (procentual, mas pulbere uscat, mas umiditate) Se seteaz metoda cu care se dorete a se face determinarea.Se declaneaz procesul de determinare a umiditii acionnd START din meniul balanei sau comanda START din programul PICDUR.Procesul de uscare va dura pn cnd masa indicat de balan se va stabiliza sau n funcie de metoda aleas cu durat determinat a nclzirii .Procentul de umiditate trebuie s corespund cu procentul indicat de fabricant n cazul reetei verificate.Determinarea umiditii este strict necesar nainte de introducerea arjei din care s-a fcut eantionarea n procesul de fabricaie. Rezultatele obinute permit ca utilizatorul s ia decizia care se impune privind introducerea arjei n procesul de uscare sau reorientarea acesteia ctre alte fabricaii.Totodat, innd cont c pulberile metalice dure sunt caracterizate printr-o higroscopie ridicat, utilizatorul va trebui s decid msuri privind depozitarea i metode de manipulare pn n procesul de fabricaie.

Determinarea densitii semifabricatului i a produsului sinterizat .Determinarea se verific prin intermediul unui dispozitiv de andocare care permite cntrirea semifabricatului sau a produsului sinterizat n aer i imersat n ap Densitatea semifabricatului sau a produsului sinterizat se determina dup algorimul de calcul: m1 = ( g/cm3) m1 - m2 - m3unde :m1 = masa probei cntrit n aer = densitatea apei la t=200C - 09982 g/cm3m2 = masa probei i a srmei de susinere cntrit n apm3 = masa srmei de susinere cntrit n apEpruveta se cantareste in aer dupa care prin intermediul dispozitivului de andocare se imerseaza in apa.Absorbtia de apa inceteaza dupa un anumit timp prestabilit sau in momentul in care indicatia balantei devine constanta (procesul de saturatie)Densitatea semifabricatului sau a produsului sinterizat trebuie s fie ct mai aproape de curbele indicate de productor privind presbilitatea din care rezult optimul de compactare. n cazul presiunilor mici nu se realizeaz compactarea optim rezultnd poroziti mari.n cazul presiunilor mari se realizeaz o compactare la care apar zone de strtificare. Aceasta influieneaz negativ calitatea produsului fragilizndu-l dup operaia de sinterizare. De asemenea se manifest printr-o densitate mare a produsului adic o absorie de ap foarte mic n comparaie cu indicaia productorului. Aceasta conduce i la uzura prematur a matrielor prin micorarea ciclurilor de presare, fapt ce creaz costuri foarte ridicate la beneficiar.