OPTIMIZAREA TEHNOLOGIEI DE CLIRE SUPERFICIAL CU CURENI DE NALT

FRECVEN (C.I.F.) A OELULUI OLC45

autor: Gribincia Andreea, student TCM, anul I

Coordonatori tiinifici: Prof. univ. dr. ing. Mihai GRAMATICU

Asist. univ. drd. ing. Silviu-Gabriel STROE

REZUMAT Prin lucrarea de fa s-a ncercat un studiu mai detaliat al fenomenelor i implicit a metodelor de optimizare a proceselor de clire superficial cu cureni de nalt frecven (CIF) aplicate probelor sau pieselor fabricate din OLC45.

1.- INTRODUCERE

Clirea cu cureni de nalt frecven (CIF). Procedeul de clire cu cureni de nalt frecven este rspndit ndeosebi la producia de serie, oferind pe lng o productivitate mare i o calitate superioar a pieselor tratate. Acesta asigur reproductibilitatea riguroas a condiiilor de nclzire pentru tot lotul de piese i se preteaz la mecanizarea i automatizarea operaiei. n raport cu alte procedee de clire n profunzime sau de suprafa cu flacr, la care nclzirea se realizeaz prin transferul de cldur de la o surs exterioar, aici cldura se nate rapid n interiorul piesei, n straturile superficiale ale acesteia. 2.- STUDIUL PROBLEMEI

nclzirea prin inducie are la baz fenomenul de inducie magnetic i efectul pelicular, potrivit crora n piesa de clit introdus ntr-un cmp magnetic se induce un curent electric, care este distribuit numai n straturile periferice ale piesei. Efectul Joule, care apare sub aciunea curentului indus, duce la nclzirea peste punctele critice de transformare ntr-un timp foarte scurt. Grosimea stratului respectiv depinde de rezistivitatea i permeabilitatea magnetic ale materialului piesei i de frecvena curentului indus f, dependen exprimat matematic prin relaia

= 5,03 104 /f [mm]

n care:

rezistivitatea materialului [ mm2/m] ; permeabilitatea magnetic [G/Oe] ;

f frecvena curentului [Hz].

Avantajele eseniale pe care le prezint clirea superficial cu cureni de nalt frecven sunt: creterea duritii, ameliorarea comportrii la uzur, a rezistenei, a limitei de oboseal a stratului superficial a piesei. Miezul piesei rmne ductil i rezist bine la solicitri dinamice. nclzirea cu cureni de nalt frecven este asigurat prin aciunea termic a curentului indus n piesa plasat ntr-un cmp magnetic alternativ. Pentru nclzire, piesa este plasat n interiorul unui inductor compus dintr-una sau mai multe spire a unui tub din cupru sau a unei bare rcite cu ap. Densitatea curentului alternativ indus nu este acelai n lungul seciunii conductorului (piesa nclzit).

Adncimea de ptrundere a curentului este dat de urmtoarea formul:

E = 5000 (/f)1/2

unde: rezistivitatea oelului, ohmi mm2/m; permeabilitatea magnetic a oelului, Gs/Oe; f frecvena curentului, Hz.

Parametrii tehnologici ai clirii CIF. Pentru executarea tehnologiei de clire prin inducie trebuiesc stabilii urmtorii parametri:

- frecvena curentului; - puterea generatorului; - adncimea de nclzire; - temperatura de nclzire; - durata de nclzire; - gradul de supranclzire la adncimea dat; - puterea specific la pies; - randamentul generatorului.

3.- Cercetri experimentale n cadrul experimentului am folosit un oel OLC45, oel care se

preteaz foarte bine acestui tip de clire. 3.1.- PLANIFICAREA EXPERIMENTULUI.

nainte de a ncepe experimentul, trebuie stabilit domeniul n care se va lucra, adic limitele ntre care fiecare factor luat n studiu va lucra. Plecnd de la limitele ntre care pot varia factorii, se alege domeniul experimental posibil, innd seama de condiiile teoretice, experimentale i tehnice. Pentru a reprezenta de o manier simpl experienele se va folosi o variabil codat, simbolizare pentru nivelurile factorilor, denumit notaia lui Yates (tabelul 1).

Astfel, se vor face urmtoarele notaii : 1, nivelul inferior al unui factor ; 2, nivelul superior al unui factor; Se va nota un plan factorial complet cu XK , notaia care indic faptul c n cadrul experimentului se analizeaz un sistem aflat sub influena a k factori fiecare pe X niveluri. Planul factorial ales n cazul de fa este 23, adic se lucreaz cu trei factori pe dou niveluri. Factorii alei sunt : - puterea generatorului (factorul A) , n kW ; - viteza de avans a inductorului (factorul B) : [mm/min] ; - turaia piesei (factorul C) : [rot/min]. n cazul de fa, pentru 3 factori pe 2 niveluri, planul complet comport 2 x 2 x 2 = 8 experiene.

Tabelul 1. Planificarea experienelor pentru OLC45. Factori Rspunsurile

sistemului

Nr. exp. Puterea Viteza Turaia

A B C HRC

Exp. nr.1 Exp. nr.2 Exp. nr.3 Exp. nr.4 Exp. nr.5 Exp. nr.6 Exp. nr.7 Exp. nr.8

16 250 100

16 250 300 16 500 100 16 500 300 17,6 250 100 17,6 250 300 17,6 500 100 17,6 500 300

HRC1 = 48 HRC2 = 51 HRC3 = 30 HRC4 = 30 HRC5 = 54 HRC6 = 59 HRC7 = 40 HRC8 = 48

Prelevarea probelor. Prelevarea probelor pentru analiza chimic a materialelor s-a fcut

conf. STAS 4203-74. Analiza compoziiei chimice cu ajutorul analizorului microspectral cu laser LMA-10. Analizorul microspectral cu laser LMA-10 este alctuit dintr-un laser cu rubin, un microscop i un spectrograf. Pentru realizarea unei analize a compoziiei chimice, analizorul microspectral cu laser LMA-10 se cupleaz optic cu un aparat dispersiv. Analiza decurge n mod obinuit, ca la excitarea n arc sau scnteie, ns pregtirea de lucru este mult mai laborioas, necesitnd, pe lng reglarea spectrografului, reglarea microscopului i a laserului. Instalaia LMA-10 permite determinarea compoziiei chimice pe constituieni metalografici. n urma analizei chimice, OLC45 are urmtoare compoziie:

Marca Element

chimic Compoz.

chim., %

Fe 97,57 C 0,483 Si 0,286

Mn 0,609 P 0,0045 S 0,0194

Cr 0,150 Mo 0,098 Ni 0,219 Al 0,023 Cu 0,317 Pb 0,0058 Sn 0,011 Ti 0,002 V 0,004

OLC45

W 0,003

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

1

COMPOZIIE CHIMIC OLC 45

C Si Mn P SCr Mo Ni Al CuPb Sn Ti V W

3.2.- ANALIZA GRAFIC A REZULTATELOR EXPERIMENTALE.

Pentru obinerea unor informaii ct mai corecte asupra rezultatelor obinute n urma clirii CIF s-a fcut o comparaie a duritilor obinute prin modificarea parametrilor de lucru.

Variaia duritii funcie de puterea specific i viteza de deplasare a inductorului:

28,512 32,024 35,536 39,047 42,559 46,071 49,583 53,095 56,607 60,119 above

Quadratic SurfaceP_KW_CM2 vs. V_MM_MIN vs. HRC

(Casewise deletion of missing data)

Variaia duritii funcie de puterea specific i viteza de rotaie a piesei:

28,591 32,181 35,772 39,362 42,953 46,544 50,134 53,725 57,315 60,906 above

Quadratic SurfaceP_KW_CM2 vs. N_R_MIN vs. HRC (Casewise deletion of missing data)

Variaia duritii funcie de viteza de deplasare i viteza de rotaie a inductorului

32,116 34,698 37,279 39,861 42,443 45,025 47,607 50,189 52,77 55,352 above

Quadratic SurfaceV_MM_MIN vs. N_R_MIN vs. HRC (Casewise deletion of missing data)

4.- CONCLUZII Din analiza graficului n care s-au luat n considerare numai

puterea specific a inductorului i viteza lui de deplasare, se constat c cele mai bune valori ale duritii se obin:

- n domeniul de putere 1,40 - 1,52 kW/cm2 - n domeniul de vitez 250 - 500 mm/min

Atunci cnd am analizat variaia duritii stratului superficial lund

n considerare puterea specific a generatorului i viteza de rotaie a piesei, cele mai bune valori ale duritii se obin:

- n domeniul de vitez unghiular 150-250 rot/min - n domeniul de putere 1,44 1,52 kW/cm2

Atunci cnd se analizeaz graficul variaiei duritii stratului

superficial funcie de viteza de rotaie a piesei i viteza de deplasare a inductorului se observ c valorile cele mai bune se obin:

- n domeniul de vitez liniar 200 - 300 mm/min - n domeniul de vitez unghiular 100 350 rot/min

n cazul obinerii unor straturi clite cu o duritate sub cea impus,

piesele nu se vor supune unei noi operaii de clire nainte de aplicarea unei recoaceri sau a unei normalizri.

n cazul n care se utilizeaz viteze de avans ale inductorului prea mici, se poate ajunge la topirea superficial a piesei.

Pentru obinerea unor rezultate ct mai bune se recomand ca nainte de clirea prin inducie, piesele s fie prelucrate suficient pe maina-unealt pentru ndeprtarea eventualelor straturi influienate termic.

Pentru ca rezulatul final al clirii s fie cel dorit, trebuie ca fazele premergtoare (fixarea i aezarea piesei pe masa instalaiei de clire, nclzirea i rcirea ei) s fie executate corect, astfel, dac una dintre aceste faze nu se respect, pies clit va prezenta defecte i nu va corecpunde din punct de vedere calitativ.

5.- BIBLIOGRAFIE 1. T. Dulmi, E. Florian Tratamente termice i termochimice

Bucureti, EDP; 2. H. El. Haik n Traitement thermique Characteristiques attendues

du traitement thermique par induction, nr. 123, pag. 45-48; 3. Traitements thermiques de surface par faisceaux de haute energie

INSA-Lyon ; http:/www.techniques-ingenieur.fr