1

Rezumatul fazei I

Lucrarea de faţă reprezintă etapa I intitulată “Evaluare posibilităţi de aplicare a procedeului de procesare prin frecare cu element activ rotitor FSP la materiale metalice turnate din categoria aliajelor de aluminiu. Elaborare soluţii constructive unelte pentru procesare. Program experimental pentru testarea soluţiilor constructive ale uneltelor de procesare FSP. Diseminare rezultate etapă”, a proiectului Nucleu PN 18.33.02.01 având titlul “Cercetări privind dezvoltarea de tehnologii inovative si ecologice de prelucrare a materialelor metalice turnate din categoria aliajelor de aluminiu utilizate în aplicaţii industriale, utilizând procesarea prin frecare cu element activ rotitor”. În cadrul prezentei etape a proiectului colectivul de cercetare şi-a propus să analizeze posibilităţi de aplicare a procedeului de procesare prin frecare cu element activ rotitor FSP (friction stri processing) la aliaje turnate de aluminiu, să analizeze și să stabilească soluţii constructive de unelte pentru procesare, să realizeze un program experimental preliminar pentru testarea soluţiilor constructive propuse ale uneltelor de procesare FSP și să creeze pagina web a proiectului pentru diseminarea de informaţii. Lucrările realizate în prezenta fază a proiectului sunt structurate în 4 capitole. Primul capitol prezintă consideraţii generale privind procesarea prin frecare cu element activ rotitor FSP, precum și informaţii și aspecte privind aplicarea pe plan mondial a procedeului FSP la procesarea aliajelor de aluminiu. Se poate concluziona că pe plan mondial, cercetătorii din domeniile metalurgiei şi mecanicii investighează procedeul de prelucrare/procesare cu element activ rotitor (FSP), în ideea modificării, prin această tehnică, a proprietăţilor de suprafaţă a diferitelor materiale şi a aliajelor de aluminiu, în special. De asemenea, prin această tehnică, se pot îmbunătăţi anumite proprietăţi în zone precis localizate, pe o adâncime considerabilă. În prezent, procesarea FSP este probabil singurul procedeu în stare solidă prin care se pot obţine modificarea microstructurii şi schimbarea compoziţiei materialului, în anumite zone bine delimitate. Procedeul FSP poate fi utilizat ca o nouă tehnologie ce permite dezvoltarea de noi concepte, gândirea şi proiectarea unor procese de fabricaţie. Capitolul al doilea cuprinde programul preliminar de cercetare experimentală pentru a stabili tipuri de unelte de procesare FSP. Sunt prezentate date privind tehnica de experimentare şi materiale de bază utilizate pentru procesare FSP. Programul experimental preliminar s-a desfăşurat pe maşina specializată de sudare prin frecare cu element activ rotitor FSW aflată în dotarea ISIM Timişoara, interfaţată cu sisteme de monitorizare a temperaturii şi a forţei, având componenţa prezentată în Figura 1.

PN 18.33.02.01- “Cercetări privind dezvoltarea de tehnologii inovative si

ecologice de prelucrare a materialelor metalice turnate din categoria aliajelor

de aluminiu utilizate în aplicaţii industriale, utilizând procesarea prin frecare cu

element activ rotitor”

2

1. maşina de sudare FSW 4-10 2. dispozitiv de poziţionare şi fixare

material de procesat 3. unealta de procesare cu dispozitiv port

unealtă 4. sistem pentru monitorizarea forţei de

apasăre a uneltei asupra MB (poz. 4a - cu traductor de forţă fixat într-un dispozitiv pe maşina FSW), utilizând un datalogger, o sursă de tensiune modulară şi un PC pentru achiziţie, stocare şi prelucrare date (poz.4b),

5. sistem monitorizare a temperaturii la suprafaţa MB în zona umărului uneltei, cu cameră de termografiere în infraroşu fixată pe un dispozitiv de poziţionare/fixare si PC pentru achiziţie, stocare, prelucrare date).

Figura 1 Maşina FSW interfaţată cu sisteme de monitorizare temperatură și forţă

Caracteristicile principale ale maşinii sunt: viteza de avans reglabilă în domeniul: 10 - 480 mm/min; turaţia uneltei de procesare reglabilă în domeniul: 300 - 1450 rot/min; cursa utilă (procesare): 1000 mm. Materialele de procesat sunt fixate rigid pe o placă de sprijin din oţel. Monitorizarea procesului FSP se realizează prin interfaţarea pe mașina FSW a unor sisteme de monitorizare (poz.4 şi 5,figura 1) pentru a înregistra temperatura dezvoltată în proces, măsurată pe direcţia de deplasare a uneltei de procesare, la 1mm în spatele uneltei, respectiv pentru a măsura forţa de apăsare a umărului uneltei pe suprafaţa materialului de procesat, pe tot parcursul desfășurării procesului FSP. Evoluţia temperaturii a fost evidenţiată pe graficele obţinute în urma prelucrării datelor achiziţionate în timpul desfășurării procesului FSP. Având în vedere tematica proiectului, colectivul de autori și-a propus ca în această fază să cerceteze procesul FSP, să propună şi să testeze experimental soluţii constructive de unelte FSP la aplicarea procesării FSP pe aliaje turnate de aluminiu: EN AW 4047 (AlSi12), EN AW 5083 (AlMg4,5Mn0,7) și EN AW 7021 (AlZn5,5Mg1,5), de grosimi s=8-10mm, cu compoziţiile chimice prezentate în tabelele 1-3.

Tabelul 1 Compoziţie chimică - aliaj turnat de aluminiu EN AW 4047 (AlSi12), s=8mm

Compoziţia chimică (%)

Si Fe Mn Mg Cr Pb Ti Sn Al

11,93 1,02 0,24 0,008 0,01 0,12 0,05 0,122 rest

Tabelul 2 Compoziţia chimică - aliaj turnat de aluminiu EN AW 5083 (AlMg4,5Mn0,7), s=8mm

Compoziţia chimică (%)

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti altele Al

0,4 0,4 0,15 0,4-1,0 4-4,9 0,05-0,25 0,25 0,15 0,05 rest

3

Tabelul 3 Compoziţia chimică -aliaj turnat de aluminiu EN AW 7021 (AlZn5,5Mg1,5), s=10mm

Compoziţia chimică (%)

Simax Femax Cumax Mnmax Mg Crmax Zn Zr altele Al

0,25 0,4 0,25 0,1 1,2-1,8 0,05 5 - 6 0,08-0,18 0,05-0,15 rest

S-a definit programul experimental preliminar care cuprinde testarea a „n” soluţii constructive de unelte FSP la procesarea fiecărui tip de material de bază selectat, utilizând ca parametri de proces o turaţie n (rot/min) şi două viteze de procesare v1 şi v2 (mm/min). Planul/programul de evaluare și caracterizare a materialelor procesate a cuprins examinare vizuală a materialului procesat FSP, prelevare probe atât din materialul procesat FSP, analize structurale macroscopice și microscopice, măsurători de duritate pentru materialul procesat FSP, măsurători de rugozitate a suprafeţei în zona procesată FSP. Măsurătorile de duritate HV1 au fost realizate

conform schiţei din figura 2 pe verticala corespunzătoare axei pinului şi pe orizontală, pe linii situate la 1mm, respectiv 4mm sub suprafaţa superioară a materialului de procesat. Distanţa între punctele de măsurare a fost de 1mm.

Figura 2 - Schiţa de măsurare a durităţilor Măsurătorile de determinare a rugozităţii suprafeţei procesate s-au realizat pe linia mediană a zonei procesate, pentru fiecare variantă de soluţie constructivă de unealtă de procesare utilizată în cadrul acestei etape a proiectului. Sunt prezentate consideraţii generale privind soluţii constructive pentru unelte de procesare FSP (având la bază analiza documentară), respectiv soluţii constructive pentru unelte de procesare FSP (figura 3) şi stabilirea tipurilor de unelte de procesare pentru a fi testate în cadrul programului experimental preliminar.

A B C D E F G H

Pin cilindric filetat

Pin conic

spiralat

Pin conic neted

Pin cu 4 teşituri plane

Pin evazat, filetat, cu caneluri

Pin evazat, filetat, teşit

Pin conic spiralat, cu

caneluri

Pin cilindric filetat, umar

concav

Figura 3 Soluţii constructive de unelte de procesare Unele dintre acestea au fost testate și la sudarea FSW fără a obţine rezultate satisfăcătoare. Au fost selectate pentru a fi testate în cadrul programului preliminar, trei soluţii constructive de unelte de procesare (A,C,D – figura 3) cu geometrii diferite și realizate din materiale diferite : – unealtă cu pin cilindric filetat, realizată din oţel X38CrMoV5 – unealtă cu pin conic cu patru teşituri plane, realizată din carbură sinterizată de wolfram P20S – unealtă cu pin conic neted, realizată din carbură sinterizată de wolfram P20S Au fost prezentate: datele tehnice ale programului experimental preliminar pentru testarea celor trei tipuri de unelte de procesare FSP menţionate anterior, informaţii privind materialul de

4

procesat; caracteristici/dimensiuni ale uneltelor FSP, parametrii tehnologici utilizaţi, date privind monitorizarea temperaturilor dezvoltate în timpul procesării şi a forţei de apăsare a umărului uneltei de procesare pe materialul supus procesării (tabelul 4), respectiv analizarea şi caracterizarea materialului procesat (analize macro și microscopice, durităţi, rugozităţi).

Tabelul 4 - Date tehnice program experimental preliminar testare soluţii constructive unelte FSP

Material de bază

Unealta de procesare Parametri procesare Monitorizare proces (Valori maxime

înregistrate)

Nr. Exp.

Tip Grosime MB

s (mm)

Material unealtă de procesare

Tip pin Diametru umăr Øumăr

(mm)

Lungime pin L pin

(mm)

Turaţie n

(rot/min)

Viteză v

(mm/min)

Sens rotaţie

Temperatura maximă

Tmax (0C)

Forţa maximă

Fmax (N)

1.1 1.450 100 500 12.500

1.2 X38CrMoV5

cilindric filetat

M6 22,0 4,5

1.450 200 440 9.500

2.1 1.450 100 400 9.400

2.2 P20S

conic-4 teşituri plane

20,0 5,0 1.450 200 385 8.400

3.1 1.450 100 460 8.700

3.2

EN AW

4047

8

P20S conic neted

22,0 4,5 1.450 200 460 12.000

4.1 1.450 100 500 15.500

4.2 X38CrMoV5

cilindric filetat

M6 22,0 4,5

1.450 200 495 15.700

5.1 1.450 100 430 12.100

5.2 P20S

conic-4 teşituri plane

20,0 5,0 1.450 200 400 10.200

6.1 1.450 100 520 14.900

6.2

EN AW

5083 8

P20S conic neted

22,0 4,5 1.450 200 450 18.500

7.1 1.450 100 500 13.970

7.2 X38CrMoV5

cilindric filetat

M6 22,0 4,5

1.450 200 460 11.900

8.1 1.450 100 400 10.500

8.2

EN AW

7021 10

P20S conic-4 teşituri plane

20,0 5,0 1.450 200

antiorar

370 9.980

Pentru fiecare experiment s-au prelevat pentru analizare, câte două probe, de la 60mm, respectiv 160mm de la începutul procesului FSP. Spre exemplificare, în figurile 4-13 sunt prezentate rezultate obţinute în cadrul programului preliminar de testare a soluţiilor constructive ale uneltelor de procesare pe cele trei tipuri de materiale de bază.

5

Material de bază EN AW 4047 (AlSi12)

Analiza macroscopică a probelor prelevate din materialul procesat este prezentată în figura 4.

Exp.1.1 - pin cilindric filetat M6, v= 100mm/min Exp.1.2-pin cilindric filetat M6, v= 200mm/min

Exp.2.1-pin conic cu 4 teşituri, v= 100mm/min Exp.2.2-pin conic cu 4 teşituri, v= 200mm/min

Exp.3.1-pin conic neted, v= 100mm/min Exp.3.2-pin conic neted, v= 200mm/min

Figura 4 - Analiza macroscopică – Exp.1, 2 şi 3

La exp.1.1. şi 1.2, respectiv 2.1. şi 2.2, (realizate pe EN AW 4047 cu unelte de procesare cu pin cilindric filetat şi cu pin conic cu 4 teşituri plane, utilizând viteze de procesare de 100mm/min şi 200mm/min) se observă zona procesată sub influenţa uneltei FSP, nucleul bine consolidat, caracteristic procesării cu element activ rotitor. În materialul procesat nu se disting defecte. La Exp. 1.2 şi Exp.2.2 se distinge un defect de turnare de tip “gol de material”, departe de zona procesată, în materialul de bază. În materialul de bază se pot distinge astfel de defecte de turnare de tip ”goluri de material”, predominant de dimensiuni mici. La exp.2.1, în zona de acţiune a părţii de vârf a pinului este posibil să existe o zonă caracterizată prin “lipsă de aderenţă”. La exp.3.1 şi Exp.3.2 se observă formarea unor defecte majore atât la suprafaţa zonei procesate cât şi în adâncimea acesteia (indiferent de valoarea vitezei de procesare utilizate). Defectele se datorează în principal geometriei uneltei de procesare, care, în acest caz, nu favorizează îndeplinirea condiţiilor pentru obţinerea unei zone procesate “curate”, fără defecte, cu caracteristici şi proprietăţi optime. În figura 5 se prezintă microstructura materialului de bază EN AW 4047 şi a materialului procesat.

Figura 5 Microstructura zoneI procesate FSP la aliajul turnat EN AW 4047: material de bază (a), zona influenţată termo-mecanic (b),zona influenţată termic(c), nucleu (d)

6

Investigaţile microstructurale realizate cu ajutorul unui microscop optic au relevat în materialul de bază existenţa unei structuri de turnare grosolane, tipică acestui aliaj ușor hipoeutectoid (eutectoidul fiind plasat la 11,7%Si), alcătuită din plăci de siliciu înglobate într-o matrice bogată în aluminiu (figura 5a). Această structură este modificată ca urmare a efectului procesării FSP, după cum se observă în zona influenţată termo-mecanic (figura 5b). Plăcile de Si sunt puternic fragmentate ca urmare a curgerii materialului și a tensiunilor mecanice dezvoltate prin FSP. Totodată, câmpul termic dezvoltat poate favoriza în ZIT, o ușoară dizolvare a Si în soluţie de Al-Si, ceea ce produce o reducere a cantităţii de cristale de Si din structură (figura 5 c). Morfologia zonei nucleului indică existenţa deformaţiilor şi o evoluţie microstructurală determinată de condiţiile de proces sau de fenomenul de recristalizare (figura 5 d). Temperatura maximă înregistrată (cu sistemul de termografie în infraroșu) la procesarea EN AW 4047, a variat între 385-5000C, în funcţie de tipul uneltei și de viteza de procesare utilizată (tabelul 4). Spre exemplificare, în figura 6 sunt prezentate graficele de evoluţie a temperaturii la experimentul 1, în condiţiile utilizării vitezelor de procesare de 100mm/min și 200mm/min.

a) v=100mm/min b) v=200mm/min

Figura 6 Grafice de evoluţie a temperaturii la procesare EN AW 4047

Analizând evoluţia temperaturilor dezvoltate în timpul procesării, pentru toate experimentele realizate în această etapă, se observă că la cele realizate cu viteza de procesare v=200mm/min (dublu faţă de experimentele la care v=100mm/min), valoarea temperaturii de proces a fost puţin mai scăzută (tabelul 4), având în vedere că temperatura de proces evoluează invers proporţional cu viteza de procesare FSP. Valorile maxime ale forţei de apăsare a uneltei s-au înregistrat în faza de pătrundere a acesteia în materialul de bază, în momentul realizării unui contact ferm între toată suprafaţa umărului uneltei FSP și materialul de bază, depinzând de tipul uneltei și diametrul umărului. Valorile forţei de apăsare au fost mai mari la uneltele cu diametrul umărului Øumăr =22mm, faţă de cele cu Øumăr =20mm, aceste aspecte privind forţa de apăsare fiind valabile la toate experimentele realizate în etapa curentă, pentru toate cele trei tipuri de MB. La experimentele 1-3, valorile maxime ale forţei de apăsare a uneltei pe MB au variat între 8.400-12.500N (tabelul 4). Pentru fiecare probă prelevată s-au realizat măsurători de duritate, conform schiţei din figura 2.

Spre exemplificare, în figura 7 sunt prezentate grafice de variaţie a durităţii măsurate pe verticală (corespunzător axei pinului) şi pe orizontală (la 1mm și 4mm sub suprafaţa MB).

Figura 7 Grafice de variaţie a durităţii – procesare EN AW 4047 (AlSi12)

7

Urmărind evoluţia durităţilor pentru procesarea EN AW 4047, se pot face câteva aprecieri: în zona procesată, în nucleu (N) durităţile au avut valori predominant în intervalul 56-66HV1, mai mari cu aprox. 15-17% pe faţa de avans a uneltei de sudare (în cazul utilizării vitezei de procesare de 200mm/min); în ZIT şi ZITM duritatea variază între 59-70 HV1, în zona materialului de bază valorile durităţilor variind între 54-64 HV1. Valori mai mari au fost înregistrate în nucleu şi ZITM, în special la adâncimea de măsurare de 4mm. Valori mari (peste 70 HV1) s-au înregistrat şi în zone ale MB, datorită unor caracteristici/particularităţi (lipsă de structură omogenă) a materialelor turnate (EN AW 4047). Măsurătorile de rugozitate (6,9-9,93 µm), în cazul utilizării uneltei din oţel cu pin cilindric filetat, au relevat obţinerea unui grad de finisare al suprafeţei similar celui obţinut în urma unei prelucrări mecanice prin așchiere. Totodată analizând evoluţia rugozităţii în diverse zone ale suprafeţei procesate s-a observat o finisare a materialului procesat în partea de retragere a uneltei și pe centrul zonei procesate, comparativ cu zona de avans a uneltei. La utilizarea uneltelor FSP realizate din carbură sinterizată de wolfram, s-a obţinut o calitate a suprafeţelor uneltelor mult îmbunătăţită comparativ cu cazul în care s-au folosit unelte din oţel (în principal datorită caracteristicilor materialului de tip carbură P20S, care a condus la obţinerea unei suprafeţe exterioare extrem de fină a a uneltei FSP). În cazul utilizării uneltelor din carbură de wolfram P20S, caracteristicile specifice acestui material favorizează obţinerea unei calităţi foarte bune a suprafeţei procesate, din punct de vedere al rugozităţilor (4,65-9 µm). Material de bază EN AW 5083 (AlMg4,5Mn0,7)

Spre exemplificare, în figura 8 este prezentată analiza macroscopică a materialului procesat EN AW 5083, utilizând unealta cu pin cilindric filetat M6.

Figura 8 - Analiza macroscopică Exp.4.1 - pin cilindric filetat M6, v= 100mm/min

Se observă zona procesată sub influenţa uneltei FSP, nucleul bine consolidat, caracteristic procesării cu element activ rotitor. În materialul procesat se observă că s-a format un defect de tip “tunel” sau “gol de material”, amplasat la aprox. 1mm faţă de suprafaţă, respectiv la 2-2,5mm faţă de axa nucleului. Temperatura maximă înregistrată la procesarea EN AW 5083, a variat între 400-5200C, în funcţie de tipul uneltei și de viteza de procesare utilizată (tabelul 4). Spre exemplificare, în figura 9 sunt prezentate graficele de evoluţie a temperaturii la experimentul 4, în condiţiile utilizării vitezelor de procesare de 100mm/min și 200mm/min.

a) v=100mm/min b) v=200mm/min

Figura 9 Grafice de evoluţie a temperaturii la procesare EN AW 5083

8

Aspectele privind evoluţia forţei de apăsare a uneltei, prezentate la experimentele 1-3 (pe material de bază EN AW 4047) sunt valabile pentru toate experimentele realizate în această fază. La experimentele 4-6, aceste valori maxime ale forţei de apăsare a uneltei pe MB au variat între 10.200-18.500N (tabelul 4), valorile mai mici fiind înregistrate pentru unealta cu Øumăr =20mm. În mod similar cu experimentele 1-3, și la experimentele FSP realizate pe EN AW 5083 au fost realizare măsurători de duritate, conform schiţei din figura 2.

Spre exemplificare, în figura 10 sunt prezentate grafice de variaţie a durităţii măsurate pe verticală (corespunzător axei pinului) şi pe orizontală (la 1mm și 4mm sub suprafaţa MB).

Figura 10 Grafice de variaţie a durităţii – procesare EN AW 5083 Urmărind evoluţia durităţilor se pot face următoarele aprecieri: s-au înregistrat valori ale durităţii de 65-90 HV1, valorile în jur de 82-83 HV1 fiind predominante în zona nucleului; în ZIT şi ZITM, pe faţa de avans a uneltei de procesare s-au măsurat valori mai mari ale durităţii comparativ cu celelalte zone procesate analizate, valoarea maximă fiind de 129 HV1. Măsurătorile de rugozitate au relevat obţinerea unor rugozităţi mai mari ale suprafeţei procesate (9,52-14,09 µm), la utilizarea uneltei FSP cu pin cilindric filetat cu viteza de procesare v=100mm/min, faţă de valorile obţinute la utilizarea vitezei v=200mm/min (4,31-8,02 µm). Umărul uneltei de procesare realizată din oţel nu are suprafaţa care vine în contact cu materialul de bază, la fel de fină ca la uneltele din carbură sinterizată de wolfram. La experimentele realizate cu unelte din carburi sinterizate P20S, rugozitatea pe suprafaţa procesată a fost mai mică (6,76-9,9 µm la v=100mm/min și 3,92-6,95 µm la v=200mm/min). Material de bază EN AW 7021 (AlZn5,5Mg1,5)

Spre exemplificare, în figura 11 este prezentată analiza macroscopică a materialului procesat EN AW 7021, utilizând unealta cu pin cilindric filetat M6.

Figura 11 - Analiza macroscopică Exp.7.1 - pin cilindric filetat M6, v= 100mm/min

Se observă zona procesată sub influenţa uneltei FSP, nucleul bine consolidat, caracteristic procesării cu element activ rotitor. În materialul procesat se observă nucleul bine format şi consolidat, “curat” şi fără defecte majore. Temperatura maximă înregistrată la procesarea EN AW 7021, a variat între 370-5000C, în funcţie de tipul uneltei și de viteza de procesare utilizată (tabelul 4). Spre exemplificare, în figura 12 sunt prezentate graficele de evoluţie a temperaturii la experimentul 7, în condiţiile utilizării vitezelor de procesare de 100mm/min și 200mm/min.

9

a) v=100mm/min b) v=200mm/min

Figura 12 Grafice de evoluţie a temperaturii la procesare EN AW 7021

Aspectele privind evoluţia forţei de apăsare a uneltei, prezentate la experimentele 1-6 (pe material de bază EN AW 4047) sunt valabile pentru toate experimentele realizate în această fază. La experimentele 7-8, aceste valori maxime ale forţei de apăsare a uneltei pe MB au variat între 9.980-13.970N (tabelul 4), valorile mai mici fiind înregistrate pentru unealta cu Øumăr =20mm. În mod similar cu experimentele 1-6, și la experimentele FSP realizate pe EN AW 7021 au fost

realizare măsurători de duritate, conform schiţei din figura 2. Spre exemplificare, în figura 13 sunt prezentate grafice de variaţie a durităţii măsurate pe verticală (corespnzător axei pinului) şi pe orizontală (la 1mm și 4mm sub suprafaţa MB).

Figura 13 Grafice de variaţie a durităţii – procesare EN AW 7021 Urmărind evoluţia durităţilor se observă că valorile durităţilor în nucleu, ZIT şi ZITM sunt apropiate de cele ale MB, fiind cuprinse între 92-100HV1. Izolat apar puncte cu abateri ale

durităţii de ± 10-15%. Măsurătorile de rugozitate au relevat obţinerea unor rugozităţi ale suprafeţei procesate de 3,87-5,99µm (la utilizarea uneltei FSP cu pin cilindric filetat cu viteza de procesare v=100mm/min), faţă de valorile de 3,02-5,68µm (obţinute la utilizarea vitezei v=200mm/min). La experimentele realizate cu unelte din carburi sinterizate P20S, rugozitatea pe suprafaţa procesată a fost cuprinsă între 3,72-5,99 µm. Programul experimental preliminar care a avut ca scop testarea celor trei soluţii constructive propuse ale uneltelor de procesare, arată faptul că variantele propuse pot fi utilizate în cadrul experimentărilor realizate pe aliaje turnate de aluminiu, rezultate mai favorabile s-au obţinut cu uneltele de procesare cu pin cilindric filetat și cu pin conic cu patru teșituri plane. Pentru obţinerea unor proprietăţi şi caracteristici mecanice bune ale materialelor procesate, sunt foarte importante următoarele aspecte principale: - stabilirea caracteristicilor uneltei de procesare din punctul de vedere al configuraţiei

geometrice, al dimensiunilor (corelate cu grosimea materialului supus procesării) dar şi al materialului din care acestea sunt confecţionate

- stabilirea unor parametri de proces în corelare cu materialul de procesat şi cu tipul şi geometria uneltei de procesare

10

- echipamentul pe care se realizează procesarea, precum şi dispozitivele de prindere ale materialului de procesat, trebuie să asigure o fixare rigidă şi robustă pentru a evita apariţia unor perturbaţii ale procesului.

Analiza documentară, cercetările privind condiţiile de aplicare, programul experimental preliminar, au demonstrat faptul că procesarea FSP este un bun exemplu de extindere a posibilităţilor de aplicare a procedeului de îmbinare (FSW). În capitolul al treilea sunt prezentate date privind diseminarea de informaţii legate de acest proiect, prin crearea, în această etapă, a paginii web a proiectului, legată de website-ul ISIM, la secţiunea cercetare: http://www.isim.ro/nucleu18-33/18330201/index.htm. În figura 14 sunt prezentate print screen-uri privind website-ul proiectului.

Figura 14 Prin screen-uri privind website-ul proiectului

Astfel se realizează prima acţiune din planul de diseminare şi valorificare a rezultatelor obţinute în cadrul proiectului. Aceasta are ca scop cunoaşterea activităţilor şi a rezultatelor obţinute, fiind conturată încă de la începutul proiectului, prin promovarea pe website-ul ISIM a prezentului proiect. Pe website se prezintă informaţii care conţin titlul proiectului, perioada de desfăşurare, stadiul realizării proiectului, obiectivele propuse, etapele de lucru şi rezultatele obţinute în cadrul fiecăreia, materiale de promovare, precum şi date de contact. Informaţiile de pe website vor fi actualizate pe parcursul desfăşurării proiectului astfel încât la finalizarea fiecarei etape rezultatele obţinute să fie făcute publice prin rapoartele de activitate. În capitolul patru sunt prezentate concluziile rezultate în urma finalizării activităţilor desfăşurate în cadrul acestei etape a proiectului. Procedeul de procesare prin frecare FSP este dezvoltat din procedeul de sudare prin frecare cu element activ rotitor FSW, având aplicabilitate pentru o mare diversitate de materiale metalice feroase şi neferoase, din categoria oţelurilor, aliajelor de aluminiu, cupru, magneziu, titan, etc. Aliajele turnate de aluminiu au o largă utilizare datorită rezistenţei ridicate la coroziune şi a proprietăţilor de turnare foarte bune, ceea ce oferă o turnare de bună calitate, chiar şi în forme complexe, unde proprietăţile mecanice minime obţinute în secţiuni reduse sunt mai mari decât cele obţinute la turnarea unor aliaje cu rezistenţă ridicată, dar cu turnabilitate scăzută. Experimentele preliminare realizate în această etapă pentru testarea soluţiilor constructive de unelte de procesare FSP au arătat că soluţiile constructive propuse pot fi utilizate pentru dezvoltarea de programe de cercetare şi demonstrare a calităţilor procedeului FSP la aliaje turnate de aluminiu, rezultate mai favorabile obţinându-se pentru uneltele de procesare cu pin cilindric filetat și cu pin conic cu patru teșituri plane.

11

Rezultate, stadiul realizării obiectivului fazei, concluzii şi propuneri pentru continuarea

proiectului (se vor preciza stadiul de implementare a proiectului, gradul de indeplinire a obiectivului cu referire la tintele stabilite si indicatorii asociati pentru monitorizare si evaluare). Stadiul de implementare a proiectului: s-a finalizat prima etapă a proiectului “Evaluare posibilităţi de aplicare a procedeului de procesare prin frecare cu element activ rotitor FSP la materiale metalice turnate din categoria aliajelor de aluminiu. Elaborare soluţii constructive unelte pentru procesare. Program experimental pentru testarea soluţiilor constructive ale uneltelor de procesare FSP. Diseminare rezultate etapă”. ▪ Au fost prezentate consideraţii generale privind procesarea prin frecare cu element activ

rotitor FSP, precum și informaţii și aspecte privind aplicarea pe plan mondial a procedeului FSP la procesarea aliajelor de aluminiu.

▪ Pentru obţinerea unor proprietăţi şi caracteristici mecanice bune ale materialelor procesate, este foarte importantă stabilirea caracteristicilor uneltei de procesare din punctul de vedere al configuraţiei geometrice, al dimensiunilor dar şi al materialului din care acestea sunt confecţionate. S-au prezentat consideraţii generale având la bază analiza documentară privind unelte de procesare. S-au stabilit şi prezentat date privind tehnica de experimentare și materiale de bază.

▪ Au fost concepute, proiectate și executate mai multe variante de soluţii constructive de unelte de procesare, din materiale diferite și având geometrii diferite.

▪ S-a definit programul experimental preliminar pentru testarea soluţiilor constructive ale uneltelor de procesare, fiind stabilite metodele și programul de caracterizare a probelor procesate FSP.

▪ Programul experimental preliminar pentru testarea uneltelor de procesare s-a realizat pentru: - unealta din oţel X38CrMoV5 cu pin cilindric filetat - unealta din carburi sinterizate P20S, cu pin conic cu patru teşituri plane - unealta din carburi sinterizate P20S, cu pin conic neted

utilizând materialele de bază : - aliaj de aluminiu turnat EN AW 4047 (AlSi12), de grosime s=8mm - aliaj de aluminiu turnat EN AW 5083 (AlMg4,5Mn0,7), de grosime s=8mm - aliaj de aluminiu turnat EN AW 7021 (AlZn5,5Mg1,5), de grosime s=10mm.

▪ S-au stabilit caracteristici / dimensiuni ale uneltelor FSP, parametrii tehnologici utilizaţi, date privind monitorizarea temperaturilor dezvoltate în timpul procesării şi a forţei de apăsare a umărului uneltei de procesare pe materialul supus procesării, respectiv analizarea şi caracterizarea materialului procesat (analize macro și microscopice, durităţi, rugozităţi), fiind elaborate rapoarte de examinare/încercare. Au fost analizate rezultatele experimentale obţinute la procesare FSP utilizând cele trei soluţii constructive diferite de unelte FSP propuse pentru studiu în această etapă a proiectului.

▪ Temperatura dezvoltată în materialul uneltei în timpul procesului de de procesare FSP depinde de tipul materialelor de bază supuse procesării, de parametrii de proces utilizaţi, precum şi de geometria uneltei. Unealta de procesare trebuie să îşi păstreze proprietăţile la temperaturi ridicate (stabilitate termică).

12

▪ Forma şi designul uneltei influenţează generarea căldurii, curgerea plastică, forţele ce se dezvoltă în timpul procesului şi uniformitatea materialului procesat. Umărul generează cea mai mare cantitate de căldură şi previne expulzarea materialului plastifiat din materialul de procesat în zona supusă procesării, în timp ce ambele (umărul şi pinul) influenţează curgerea materialului.

▪ Uneltele de procesare realizate din oţeluri aliate şi călite, precum şi cele realizate din carbură sinterizată de W pot fi utilizate pentru dezvoltarea de programe de cercetare şi demonstrare a calităţilor procedeului FSP a aliajelor turnate de aluminiu, rezultate mai favorabile obţinându-se cu uneltele cu pin cilindric filetat și cu pin conic cu patru teșituri plane.

Rezultatele concrete obţinute în această fază a proiectului, care corespund rezultatelor preconizate (de la pct.2 și 4 din prezentul raport) constau în:

• soluţii constructive, caracteristici geometrice şi de material pentru unelte de procesare prin frecare cu element activ rotitor (8 variante soluţii constructive analizate, 3 variante soluţii constructive propuse și testate experimental) (R1)

• documentaţie de execuţie pentru unelte de procesare (3 documentaţii de execuţie unelte de procesare) (R2)

• date tehnice program experimental preliminar privind testarea de soluţii constructive de unelte pentru procesarea FSP a aliajelor turnate de aluminiu (1 raport de cercetare experimentală pentru testarea a trei soluţii constructive de unelte de procesare FSP pe trei tipuri de aliaje turnate de aluminiu, utilizând două viteze diferite de procesare)(R4)

• stabilire şi definire parametri tehnologici de proces: turaţie unealtă de procesare, viteză de procesare, soluţie constructivă și dimensiuni unealtă, pentru cazuri concrete de materiale de bază – aliaje turnate de aluminiu EN AW 4047, EN AW 5083 și EN AW7021, având grosimi s=8-10mm (R5)

• diseminarea rezultatelor proiectului – creare pagina web a proiectului (R10)

• raport de cercetare (R12)

• raport de activitate al etapei (R13) Aceste rezultate sunt în concordanţă cu obiectivele prezentate la pct. 1 din prezentul raport de activitate.

Lucrările în cadrul proiectului vor continua cu faza 2 “Program experimental preliminar de procesare FSP pentru materiale metalice turnate din categoria aliajelor de aluminiu. Determinare posibilităţi şi limite de aplicare a procedeului de procesare prin frecare cu element activ rotitor FSP la materialele metalice abordate. Diseminare rezultate etapă”

Responsabil proiect

Ing. Boţilă Lia Nicoleta