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

INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE MECATRONICA ŞI TEHNICA MĂSURĂRII http://www.incdmtm.ro Nr. Reg. Comerţului: J40/1074/1997 C.I.F. RO930 MINISTERUL ECONOMIEI INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE DEZVOLTARE PENTRU MECATRONICA ŞI TEHNICA MĂSURĂRII Şos. Pantelimon nr. 6 ÷ 8, sector 2, 021631, Bucureşti, ROMÂNIA Tel: +4021. 252.30.68/69; Fax:+4021. 252.34.37; E-mail: cefin@cefin.ro; incdmtm@incdmtm.ro

Şos. Pantelimon, Nr. 6-8, Cod 021631, Bucureşti, ROMÂNIA Telefon: 4021.252.30.68/69; Fax:4021.252.34.37; E-mail:cefin@cefin.ro

Locaţie

CARBLAB

SISTEM DE INVESTIGATII PENTRU PULBERI METALICE DURE

Problematicile abordate de proiect se referă la realizarea de materiale dure sinterizate utilizând tehnici / tehnolo- gii şi sisteme de control specifice metalurgiei pulberilor.

Aceste procedee au fost generate ca o necesitate strin- gentă de obţinere a unor game de produse superioare din punct de vedere al caracteristicilor fizico-mecanice, in special al durităţii, aceasta fiind superioară oricărui oţel obţinut prin metode clasice de elaborare.

Materialele compozite au la baza reţete stricte cu fracţii precis definite granulometric, liate şi cu material de ranforsare.

La definirea acestor familii de materiale sunt necesare realizarea unor teste specifice de investigare şi control a: - proporţiilor principalilor componenţi chimici; - gradientului dimensional al fiecărui component in parte; - gradului de liere;

Prin identificarea principalilor parametri se pot realiza amestecuri / reţete specifice (bine definite), cu destinaţii precise în activităţile unde urmează a fi utilizate:

- plăcuţe de aşchiere; - produse de uzură; - produse cu destinaţie specială.

Ca principale priorităţi impuse de amestecurile pulverulente este necesară realizarea unui riguros control al amestecurilor şi a principalilor parametri de influenţă ai acestora. O precizie sporită în realizarea investigaţiilor de evaluare a acestora contribuie direct la creşterea gradului calitativ al produselor finale obţinute din aliaje compozite tip pulberi metalice sinterizate.

Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 1 - Masa antivibraţie care amortizează şocurile şi vibraţiile existente în laborator sau în incinta unde se fac determinările Masa este compusă din două cadre din oţel inoxidabil, pe un cadru fiind aşezată o piatră finisată, iar celălalt cadru fiind folosit ca masă servantă pentru aplicaţia de laborator. Piatra este aşezată pe cadrul respectiv pe nişte pufere din cauciuc care se regăsesc şi la picioarele cadrului. Aceste pufere împreună cu piatra realizează un sistem de protecţie împotriva vibraţiilor şi şocurilor care pot apărea în timpul determinărilor.

Pe placă sunt realizate Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 2 - Placa de bază pe care se realizează conexiunile cu celelalte subansamble componente ale Sistemului de investigaţii . Pe placă sunt realizate conexiunile: conexiunile electrice conexiunile pneumatice conexiunile cu PC-ul

Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 3 - Platina pneumatică este montată pe cadrul inferior al mesei antivibraţie . Pe placă sunt montate: pompa de vacuum electrovalvele de comandă electrovalva de depresurizare

Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 4 - Coloanele de măsurare (montate pe placa de bază) cu dispozitivele : de determinare a densităţii aparente a pulberilor de determinare a vitezei de curgere de determinare a densităţii aparente a : - semifabricatului - produsului sinterizat

Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 5 - Termobalanţa cu care se detremină: umiditatea pulberilor masa pulberilor

Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 6 - Clopotul este realizat din geam de 10 mm, securizat şi lipit in UV. Clopotul este prevăzut cu un mâner cu două ventuze de vid pentru manipulare accesibilă. De asemenea este prevăzut cu un sistem de prindere rapidă care are şi rolul de a fixa clopotul pe garnitura siliconica de 3 mm grosime pentru realizarea etanşării.

Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 7 - Butelia de argon care este conectată la instalaţie este prevăzută cu ceasuri indicatoare pentru controlul debitului şi al presiunii de argon

Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 8 - Panoul de automatizare pentru realizarea vacuumului şi a atmosferei de argon precum şi pentru comanda determinării vitezei de curgere a pulberilor metalice. Prin intermediul panoului se comandă pompa de vacuum şi în momentul în care se obţine o presiune absolută de 0,8 bar se declanşează un semnal acus- tic şi vizual şi se întrerupe pompa de vacuum prin intermediul electrovalvei. În acest moment se acţionează cealaltă valvă de comandă care permite introdu- cerea argonului până când se atinge presi- unea absolută de 0,95 bar semnalizată corespunzător acustic şi vizual. Pe panou există şi un buton de comandă care se acţionează de către operator pentru declanşarea determinării vitezei de curgere a pulberilor.

Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 9 - Touch screen-ul pentru setarea valorilor vidului şi a presiunii de argon, a timpilor de menţinere, precum şi a butoanelor de comandă pentru declanşarea procesului automat de creare a atmosferei neutre pentru determinarea densităţii aparente şi a vitezei de curgere în atmosferă de argon.

Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 10 - Aplicaţie software PICDUR- PROGRAM pentru investigaţii specifice materialelor compozite de tip DUR ” Aplicaţia software PICDUR este caracterizată prin: funcţii şi subrutine pentru operare simplă şi intuitivă: include o interfaţă grafică prietenoasă pentru a se asigura interactivitatea cu utilizatorul prin ferestre, butoane; asigură interfaţarea cu sistemul de investigaţii ; asigură analiza primară a datelor; asigură stocarea datelor de interes în fişiere; asigură elaborarea unui raport cu rezultate.

Sistemul se compune din următoarele elemente principale: 11 - PC- ul pe care rulează softul de monitorizare a presiunii şi softul dedicat PICDUR

I. Determinarea densităţii aparente a pulberilor: Se toarnă proba în dispozitivul de determinare a densităţii aparente care face parte din sistemul de investigaţii. Cu ajutorul unui raclor nemagnetic se nivelează pulberea la suprafaţa dispozitivului printr-o singură trecere, fără să comprima, îndepărtând excesul şi având grijă să nu se producă şocuri sau vibraţii în timpul operaţiei . Se declanşează procesul de determinare a densităţii aparente prin comanda START din programul PICDUR care acţionează butonul de deschidere a trapei dispozitivului şi pulberea va curge pe platanul balanţei. m Se determină densitatea aparentă utilizând algoritmul de calcul ρa = — ( g/cm3 ) V unde : m - este masa pulberii indicată de balanţă V - este volumul dispozitivului în care se toarnă pulberea ( V = 8 ± 0,05 cm3 în cazul Sistemului de investigaţii) Valori ale densităţii mai mari decât valoarea indicată de producător înseamnă : granule mici ( clasa fină până la max. 1,5 m ) – viteză mare de curgere factorul de formă ( dimensiunea min / dimensiunea max. ) este  1. gradul de acoperire cu parafină insuficient : - particule incomplet acoperite - strat subţire de parafină umiditate mare reţetă cu mult WC ( carbură de wolfram ) În cazul densităţilor mai mici indicate de producător caracteristicile pulberilor sunt opozabile cu cele menţionate mai sus Funcţie de valorile rezultate fabricantul poate remedia şarja iar producătorul poate decide reorientarea şarjei către alte produse care nu necesită caracteristici fizice superioare.

II. Determinarea vitezei de curgere a pulberilor. Determinarea se verifică simultan cu determinarea densitatii aparente Se comanda prin intermediul touch screen-ului (se apasa pe functia EL- magnet) trapa dispozitivului cu care se determină densitatea aparentă. După deschiderea trapei pulbera va curge liber prin dispozitivul de determinare al vitezei de curgere care este format dintr-o pâlnie cu un orificiu calibrat la ieşire de 2,5 mm. Pulberea cade pe platanul balanţei timp de 10 – 20 secunde în funcţie de granulaţia pulberii şi al altor caracteristici fizice indicate de fabricant . În momentul când pulberea atinge platanul balanţei , modificarea masei înregistrată de balanţă declanşează în cadrul programului PICDUR un cronometru cu precizia de 0,5 sec . Atâta timp cât pulberea curge, indicaţia balanţei este corespunzătoare cu masa de pulbere care se depozitează pe platan . Când curgerea s-a terminat , indicaţia balanţei devine constantă această stare de stabilizare a masei este informaţia care opreşte cronometrul. Viteza de curgere a volumului de 8 cm3 de pulbere este afişată în g/s sau s/100g. Funcţie de fiecare reţetă de pulbere există o viteză de curgere optimă indicată de fabricant care se determină experimental. O viteză mare ( mai mare decât cea indicată de fabricant ) înseamnă : dimensiune mică a particulei de pulbere corespunzătoare clasei de precizie fină – max. 1,5 m factorul de formă ( dimensiunea min / dimensiunea max. ) este  1. particule uniform atomizate ( îmbrăcate uniform în parafină ) pulbere cu conţinut mare de WC ( carbură de wolfram ) între 3 şi 30 % gradul de umectare ( umiditate ) al pulberii foarte mic

opuse celei prezentate mai sus. Obţinerea de viteze de curgere mai mici decât cea indicată de fabricant înseamnă pulbere cu caracteristici opuse celei prezentate mai sus. În cazul acesta este necesară investigarea microscopică de către beneficiar a următoarelor caracteristici: - dimensiunea medie a particulei - dimensiunea minimă a particulei - dimensiunea maximă a particulei - gradul de acoperire cu parafină Aceste investigaţii sunt necesare, în cazul fabricantului şarja putând fii remediată ( iar în cazul beneficiarului ( utilizator ) la abateri mari se respinge sau se reorientează şarja spre altă producţie care nu necesită caracteristici de curgere bune ( umplerea matriţelor în ciclurile automate sau produse cu caracteristici fizice mai scăzute ) Este necesară preluarea unor eşantioane din fiecare şarjă şi supuse unor verificări pentru determinarea parametrilor pulverulenţi respectiv clasele de precizie. Rezultatele dimensionale obţinute sunt clasificate pe clase precizie (conform Kenneth JA Brookes– manual tehnic de prezentare materiale dure şi extradure ): - clasa fină : cu particule până la max. 1,5 μm - clasa medie : cu particule cuprinse între 1,5 μm  3 μm - clasa grosieră : cu particule peste 3 μm Definirea şi identificarea dimensiunilor particulelor pulverulente are în vedere şi stabilirea factorului de formă a acestora ( raportul dintre dimensiunea minimă şi dimensiunea maximă a particulelor ) Factorul de formă ideal este „ 1 ” care conferă o curgere foarte bună materializată prin realizarea unei umpleri rapide şi uniforme a matriţelor de presare. Aceasta conduce la obţinerea de produse finale sinterizate cu porozităţi foarte mici, deci durităţi şi ruperi prin înconvoiere superioare necesare sculelor aşchietoare.

III. Determinarea densităţii aparente şi a vitezei de curgere în atmosferă purificată de argon. Determinarea se verifică după procedura enunţată anterior în condiţiile în care determinările se fac în atmosferă purificată (argon) la presiunea absolută de 0,95 bar Dupa umplerea dispozitivului cu pulbere metalică dură se monteaza clopotul pentru realizarea atmosferei inerte. Se comandă prin intermediul touch screen-ului (START) procesul de obţinere a vacuumului la presiunea absolută de 0,6 bar. Aceasta este monitorizată de un senzor de presiune, moment în care se întrerupe pompa de vacuum şi se deschide calea pentru introducerea argonului până la presiunea absolută de 0,95 bar (pentru o etanseitate superioara). Când s-a atins presiunea de 0,95 bar, senzorul de presiune declanşează un semnal vizual şi sonor pentru a atenţiona operatorul că s-a demarat investigatia privind determinarea vitezei de curgere în atmosferă purificată de argon. Se verifică concomitent densitatea aparentă şi viteza de curgere a probei de pulbere. În funcţie de rezultatele obţinute se analizează influienţa unei atmosfere purificate asupra vitezei de curgere a pulberilor, parametrul esenţial în tehnologia de fabricare a pieselor sinterizate din pulberi metalice dure. Viteza de curgere influienţează gradul de umplere al matriţelor precum şi omogenitatea semifabricatelor şi a produselor finite. Determinările trebuie să se facă pe eşantioane din aceleaşi şarje pentru verificarea vitezei de curgere atât în atmosferă oxidantă cât şi în atmosferă purificată cu argon. Rezultatele obţinute pe mai multe grupe de pulberi cu granulaţii diferite permit adoptarea unor decizii privind tehnologiile de umplere ale matriţelor pentru piese sinterizate.

Gradul de umiditate a pulberilor. Determinarea se verifică utilizând metoda pierderii de masă . O cantitate de pulbere metalică dură de max. 120g se aşează pe platanul balanţei şi se uniformizează pe toată suprafaţa acestuia cu un raclor nemagnetic . Se închide capacul balanţei care este prevăzut cu un sistem de încălzire . Programul PICDUR permite utilizarea a cinci metode de determinare a umidităţii pulberilor în funcţie de: temperatura de încălzire, durata de încălzire, modul de afişare al rezultatelor (procentual, masă pulbere uscată, masă umiditate) Se setează metoda cu care se doreşte a se face determinarea. Se declanşează procesul de determinare a umidităţii acţionând START din meniul balanţei sau comanda START din programul PICDUR. Procesul de uscare va dura până când masa indicată de balanţă se va stabiliza sau în funcţie de metoda aleasă cu durată determinată a încălzirii . Procentul de umiditate trebuie să corespundă cu procentul indicat de fabricant în cazul reţetei verificate. Determinarea umidităţii este strict necesară înainte de introducerea şarjei din care s-a făcut eşantionarea în procesul de fabricaţie. Rezultatele obţinute permit ca utilizatorul să ia decizia care se impune privind introducerea şarjei în procesul de uscare sau reorientarea acesteia către alte fabricaţii. Totodată, ţinând cont că pulberile metalice dure sunt caracterizate printr-o higroscopie ridicată, utilizatorul va trebui să decidă măsuri privind depozitarea şi metode de manipulare până în procesul de fabricaţie.

Determinarea densităţii semifabricatului şi a produsului sinterizat . Determinarea se verifică prin intermediul unui dispozitiv de andocare care permite cântărirea semifabricatului sau a produsului sinterizat în aer şi imersat în apă Densitatea semifabricatului sau a produsului sinterizat se determina după algorimul de calcul: m1δ ρ = ————————( g/cm3) m1 - m2 - m3 unde : m1 = masa probei cântărită în aer δ = densitatea apei la t=200C - 09982 g/cm3 m2 = masa probei şi a sârmei de susţinere cântărită în apă m3 = masa sârmei de susţinere cântărită în apă Epruveta 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 să fie cât mai aproape de curbele indicate de producător privind presbilitatea din care rezultă optimul de compactare. În cazul presiunilor mici nu se realizează compactarea optimă rezultând porozităţi mari. În cazul presiunilor mari se realizează o compactare la care apar zone de strtificare. Aceasta influienţează negativ calitatea produsului fragilizându-l după operaţia de sinterizare. De asemenea se manifestă printr-o densitate mare a produsului adică o absorţie de apă foarte mică în comparaţie cu indicaţia producătorului. Aceasta conduce şi la uzura prematură a matriţelor prin micşorarea ciclurilor de presare, fapt ce crează costuri foarte ridicate la beneficiar.

SFIRSIT