DURIFICAREA CU FASCICUL DE ELECTRONI (DFE)

Dr. ing. Dumitru NEAGUCercetător ştiinţific gradul I

INCDIE ICPE-CA Bucureşti

1. Definirea durificarii cu FE

Este o metoda de tratament termic la suprafata metalelor cu ajutorul unui FE concentrat de mare densitate, in vid;Se obtin structuri dure, pe zone de incalzire a FE la cca. 840oC si racirea prin masa de material cu 10 000oC/s;Ferita se transforma in astenita iar carbonul nu apuca sa precipite formand martensita, care este dura;Scopul durificarii este de a modifica proprietatile materialelor metalice, a rezistentei la uzura si a duritatii;Transformarea structurii superficiale are loc in stare solida, fara aparitia topiturilor partiale si fara prelucrari ulterioare;Se aplica in general, otelurilor pentru calire superficiala.

Fig. 1. Încălzirea locală a materialului fără topirea

materialului

2. Caracterizarea zonei durificate

In cadrul cercetarilor anterioare [1,2,3], s-a demostrat ca:Este determinata de principalele puncte de duritate din fig. 2;Este simetrica fata de axa FE pe suprafata piesei ;Se poate aproxima cu o elipsa, la o trecere a FE, fig.8.

Fig. 2. Principalele puncte de determinare ale petei durificate

2.1. Pata durificata

2. Caracterizarea zonei durificate

Variaza fata de punct dupa directiile OX si OY, fig.3;Este constanta dupa directiile OY, de avans a FE.

Fig. 3. Distribuţia spaţială a durităţii prin culori, pentru

OLC45

2.2. Duritatea in pata durificata

Fig. 4. Secţiune pe directia OY printr-o bandă durificată

2. Caracterizarea zonei durificate

Reprezinta aria delimitata, considerata in planul orizontal XOY, al piesei la o adancime Z=0, delimitata de punctele de duritate.

S-au dezvoltat doua metode:In benzi ale FE continuu departate, fig.5;In benzi ale FE suprapuse, cu un coificient determinat experimental.

Fig. 5. Durificarea in benzi ale FEcontinuu departate

2.3. Banda durificata

Fig. 6. Durificarea in benzi ale FE continuu suprapuse

3. Rezultate obtinute

Pentru otelul OLC45, s-a obtinut:Duritatea: HV=900 -1100 40gf/30, fata de miezul netratat de 340 40gf/30;Adancimea stratului durificat: Hs=20 – 800µm;Latimea benzii durificate: lHV= 1000 – 2700µm.

Fig. 7. Pata durificata pentru experimentul i=5, OLC45

Fig. 8. Pata durificata pentru experimentul i=4, OLC45

4. Procese conventionale pe care le inlocuiesc

calirea superficiala cu flacara, urmata de revenire;calirea superficiala prin inductie, CMF sau CIF, urmata de revenire;calire clasica, urmata de revenire, care se face in general in cuptoare;nitrurarea, care este un tratament termochimic de imbogatire a stratului superficial cu azot (se poate face pe anumite zone), dureaza foarte mult.

5. Avantajele durificarii cu FE

elimina toate dezavantajele tratamentelor conventionale;energia consumata la DFE reprezinta cca. 5%, fata de procesele conventionale;viteza de durificare este de 60...90 mm/s;piesele nu se deformeaza, nu sufera modificari, nu necesita prelucrari ulterioare, din acest motiv DFE poate fi executata la sfarsitul executiei piesei;se pote executa numai in zonele de pe piesa solicitate mecanic la uzura, care poate fi deja inglobata in plastic sau rasina, deoarece piesa nu se incalzeste;se elimina operatiile tehnologice pentru corectarea deformatiilor si pentru inlaturarea adaosului de prelucrare, in conditii de duritate mare, in cazul tratamentelor conventionale.

6. Durificarea cu FE pe zone preselectate

Se pot obtine structuri dure numai pe zone preselectate, supuse la uzura(fig. 9) prin doua metode:in benzi ale FE continuu departate, fig. 5;in benzi ale FE continuu suprapuse, cu un coificient determinat experimental, fig. 6 si fig. 10.

Fig. 9. Suprafete preselectate A1 si A2, durificate cu FE, de pe

piesa A0Fig. 10. Benzi durificate suprapuse pentru cazul

Lsup=1,25mm

De cele mai multe ori zona de duritate reprezinta cca. 10% din piesa:

7. Instalatie pentru durificarea cu FE

In general este o instalatie specializata pentru tratamente termice superficiale;Deplasarea piesei se realizeaza de catre o masa in coordonate XYZ,comandata;Principalii parametri electrotehnologici sunt reglati de catre calculator.

Fig. 11. Instalatia pentru DFE sub controlul unui calculator

8. Adaptarea instalatiei de sudura Steigerwald pentru DFE

Este o instalatie specializata pentru sudarea colectoarelor din cupru de la motoarele cu rotor disc tip. ICPE;Principalele caracteristici tehnice sunt: Ua=72 KV, IFE=50 mA, P=3,6KW, dFE=0,1 – 5 mm;

Adaptari necesare instalatiei:Tragerea tunului in axa optoelectronica;Integrarea unei mese port piesa in coordonate XYZ, comandata de calculator;Introducerea unui program de scriere pe calculator pentru comada mesei;Coroborarea programului de scriere cu focalizarea si deflexia FE.

Fig. 12. Instalatia pentru DFE, in care:1-catodul termorezistiv; 2-catod-cilindru

Wehnelt; 3-anodul de accelerare;4-lentila electromagnetica de focalizare;

5-sistemul de deflexie (deflectorul)

9. Aplicatii ale durificarii cu FE

Fig. 13. Roată dinţată durificata numai pe dantura

Fig. 15. Cama durificată pe suprafaţa plană a profilului

9.1. In domeniul electrotehnic si de mecanica fina

104

45°Zona tratata

1

φ24

10

2

+0,018

79±0,1

3

φ4 0

Fig. 14. Zăvor durificat numai în zona solicitată după înglobarea în răşină

9. Aplicatii ale durificarii cu FE

Fig. 16. Tacheţi şi inel durificate numai în zonele intens solicitate

Fig. 17. Piesă de la automobil durificată numai pe suprafaţa intens solicitată

9.2. In domeniul industriei automobilelor

9. Aplicatii ale durificarii cu FE

Fig. 18. Placă de tăiere ştanţă, durificată numai pe muchiile de tăiere

Fig. 20. Cuţit de la maşinile agricole, durificat numai în zona

de tăiere 1-corpul cuţitului netratat;

2-zona durificată

9.3. Partile taietoare ale sculelor si cutitelor masinilor

Fig. 19. Cuţite grupate pachet şi durificate uniform numai părţile tăietoare

Zona durificata3

[1] Neagu, D., (1999), Contribuţii la studiul proceselor de prelucrare cu fascicul de electroni, Teză de doctorat, Catedra TCM, U.P. Bucureşti;

[2] Neagu, D., (2001, 2002), Durificarea cu fascicul de electroni, Editura Printech, Bucureşti;

[3] Neagu, D., (2006), Tratamente termice cu fascicul de electroni, Editura Curtea Veche, Bucureşti.

10. Bibliografie

Vă mulţumesc pentru atenţie!