Durabilitatea Straturilor Depuse Cu Pulberi Metalo Engineering Essay

Published:

This essay has been submitted by a student. This is not an example of the work written by our professional essay writers.

Rezumat.Durabilitatea produsului reconditionat sau acoperit preventiv poate depasii performantele produsului original specificatia originala datorita depunerii acestor straturi cu proprietati superioare materialului de baza si se pot mentine cheltuielile de mentenanta la un nivel minim, pe o perioada lunga de timp. În prezentul studiu se examineaza efectele principalilor perametrii ai pulverizarii termice cu flacara de mare viteza, asupra unor proprietati ale straturilor depuse cu pulbere de tipul Cr3 C2 -NiCr, cu metoda de regresie ortogonala, precum si corelarea proprietatilor depunerilor.

Cuvinte cheie. durabilitate, depuneri, parametrii tehnologici, HVOF

1. Aspecte generale privind principiul metodei de depunere cu flacara de mare viteza

Tehnologia depunerii cu flacara de mare viteza (HVOF), se bazeaza pe utilizarea, ca agent purtator de pulbere, a unor gaze fierbinti (a caror viteza de curgere este de aproximativ 1,5 m/s, la o presiune usor mai ridicata fata de cea atmosferica) [1]. Particulele de pulbere, Tn timpul procesului de pulverizare sufera doar o Tnmuiere, ne topindu-se, ceea ce asigura o oxidare redusa si o modificare minima a compozitiei chimice Tn stratul depus.

Procedeul de depunere cu flacara de mare viteza este utilizat cu precadere la producerea acoperirilor dense, cu pulberi cermet (Tn special), care au o aderenta superioara si rezistenta la uzura.

În orice caz, proprietatile stratului depus cu pulbere Cr3 C2 -NiCr vor fi afectate de conditiile de pulverizare [3]. În literatura tehnica de specialitate avem multe observatii cu privire laAl XV-lea Simpozion ARMR - Sibiu, 6-7 noiembrie 2009

efectul unor parametrii tehnologici asupra proprietatilor depunerilor, dar sunt putine rapoarte sistematic Tnregistrate, care sa investigheze principalii parametrii de pulverizare (debitul de oxigen, debitul de propan si distanta de pulveriza).

Tehnologia de depunere prin pulverizare termica ere un grad de empirism destul de ridicat datorita complexitatii fenomenelor ce au loc Tn timpul procesului de depunere si a celor peste 50 de parametrii de control, precum si datorita faptului ca nu se cunoaste o relatie matematica satisfacatoare Tntre parametrii de pulverizare si microstructura stratului depus.

Cu toate acestea, prin alegerea corecta a parametrilor de depunere prin pulverizare termica, se obtin straturi de foarte buna calitate cu multiple utilizari practice.

2. Determinari experimentale

În prezentul studiu se examineaza efectele principalilor parametrii ai pulverizarii termice cu flacara de mare viteza, asupra unor proprietati ale straturilor depuse cu pulbere de tipul Cr3C2-25%NiCr, cu metoda de regresie, precum si corelarea proprietatilor depunerilor. Granulatia pulberii utilizate (Cr3 C2 - 25%NiCr) este cuprinsa Tntre 10 - 63 urn.

Pentru masurarea fortei de aderenta si a uzurii abrazive fost folosit ca substrat otel slab aliat (1Cr-0,5Mo, JIS-G346-2-STBA22). Înaintea pulverizarii termice substratul a fost asperizat prin sablare cu particule de nisip cuartos.

Tabelul 1. Parametrii de pulverizare


Coeficienti                           -r     -1     0     +1     +r

Debit de oxigen, X1, (slpm*)          368    382   447    510    526

Debit de propan, X2, (slpm*)          28,1   29,6  37     44,3   45,8

Distanta de pulverizare, X3 x10-3m    161,4  170   210    250    258,6 

splm- standard liters per minute

Când distanta de pulverizare (parametrul X3) a fost variata (conform tabeluluil), presiunile oxigenului si propanului au fost fixate la 0,55 x103N/m2 si 0,4 x103N/m2.


Nr. Crt.   Debit de oxigen, X1, (slpm)     Debit de propan, X2, (slpm)      Distanta de pulverizare, X3, (x10-3m)

1          1                               1                                1

2          1                               1                               -1

3          1                              -1                                1

4          1                              -1                               -1

5         -1                               1                                1

6         -1                               1                               -1

7         -1                              -1                                1

8         -1                              -1                               -1

9          r                               0                                0

10        -r                               0                                0

11         0                               r                                0

12         0                              -r                                0

13         0                               0                                r

14         0                               0                               -r

15         0                               0                                0

            

Tabelul 2. Aranjamentul celor 15 seturi de valori

În tabelul 1 se arata valorile celor trei parametrii principali de pulverizare termica (X^ X2-debitele de oxigen, propan si X3 - distanta de pulverizare).

152 Al XV-lea Simpozion ARMR - Sibiu, 6-7 noiembrie 2009

În tabelul 2 sunt prezentate combinatiile parametrilor de pulverizare pentru cele 15 seturi de valori (de conditii de pulverizare).

Experimentul a fost facut Tn conformitate cu standardul ASTM633-79, iar diametrul amprentei experimentate a fost de 23mm. Aderenta medie a fost calculata ca media aritmetica a celor 5 amprentari. Micro-duritatea stratului depus a fost masurata la o sarcina de 300 gf Tn10 puncte (pe diagonala) Tn sectiunea substratului.

Uzura stratului depus a fost determinata experimental  cu ajutorul standului  prezentat schematic Tn figural A fost folosit ca material abraziv pulbere de oxid de aluminiu (cu granulatia de 120um) Tn conformitate cu ASTM-G65-91. Testul a fost facut cu o Tncarcatura de 10 N, la o viteza de 50 rot/min, timp de 15 minute. Microstructura depunerii a fost examinata folosind microscop optic si de scanare electronica.

Reactie chimica Tntre propan si oxigen (Tn exces), care are loc Tn camera de ardere a pistoletului pentru pulverizare termica cu flacara de mare viteza este urmatoarea [1,4]:

C3H8 +502 => 4H20 + 3C02              (1)

2.1. Aderenta stratului pulverizat termic cu flacara de mare viteza

Aderenta straturilor pulverizate termic cu pulbere Cr3 C2 - NiCr depuse cu flacara de mare viteza, a variat de la 35-76 x103N/m2 (tabelul 3) odata cu schimbarea conditiilor de pulverizare termica. Aderenta reala a unor astfel de straturi este mai mare decât cea determinata experimental [2,3].

Tabelul 3. Parametrii determinati experimental


Nr.crt.     Ya, Tn x103N/m2       Yh, în HV 0,3        Yw, în 10-6Kg

1           60,7*                 841                  26,1

2           63,6*                 868                  25,1

3           62,3*                 598                  34,9

4           38,9                  705                  28,4

5           51,6                  745                  24,6

6           76,0                  891                  25,6

7           35,3                  576                  32,5

8           54,9*                 583                  25,0

9           62,0*                 610                  30,9

10          73,4*                 719                  24,0

11          71,6                  763                  27,3

12          66,5                  581                  26,0

13          55,4*                 535                  23,1

14          56,1                  661                  22,4

15          40,9                  723                  24,3

            

Tn care: cu Ya s-a notat aderenta stratului la substrat, Yh duritatea stratului depus, Yw rezistenta la uzura abraziva a stratului depus, *aparitia fisurii Tn timpul testarii experimentale.

Formula de regresie pentru aderenta stratului depus, atunci când variem trei parametrii tehnologici, respectiv X-¥ - debitul de oxigen, X2 - debitul de propan si X3 - distanta de pulverizare termica, este urmatoarea:

Y= 67,4 - 0,66 Xi - 3,61 X2 + 0,632 X3 + 0,00315 XiX3 - 0,0132 X2 X3 - 0,00382 X3 ,        (2)

Verificarea ecuatiei (2) cu testul F din ASTM-G65-91, arata ca se poate obtine:

F = 2,64 > Fa = o,oi(5,9) = 2,61              (3)

Conform formulei de regresie (2) rezulta ca debitul de oxigen influenteaza foarte putin aderenta stratului pulverizat termic (oxigenul este introdus oricum Tn exces), Tnsa debitul de propan si de distanta de pulverizare termica influenteaza consistent aderenta depunerii.

Din fig. 2 se observa ca aderenta stratului pulverizat termic creste odata cu cresterea debitului de propan.

Se poate observa din fig. 3 ca la un anumit debit de propan, aderenta creste odata cu marirea distantei de pulverizare pâna la o valoare maxima de 0,180 m, iar apoi descreste pe masura ce aceasta distanta creste.

2.2. Duritatea stratului pulverizat termic cu flacara de mare viteza §i pulbere de tipul Cr3 C2 -NiCr

Duritatea medie a Tnvelisului, a§a cum rezulta din tabelul 1, a variat de la 530 HV la aproximativ 900 HV, odata cu schimbarea parametrilor de pulverizare.

Formula de regresie pentru relatia dintre duritatea Tnvelisului si parametrii de pulverizare(Xr debitul de oxigen, X2- debitul de propan si distanta de pulverizare termica), care au evident efecte semnificative asupra duritatii stratului pulverizat termic, este urmatoarea:

Yh=2614+7,41X^27,8X2+0,281X3+0,026X^2+0,0364X2X3+0,00048X^+0,817X22              (4)

Testul F aplicat formulei de regresie (3) are urmatoarele rezultate:

F = 4,65 > Fa = 0,05 (7,7) = 3,75              (5)

Analizând formula de regresie (4) deducem ca duritatea stratului depun cu flacara de mare viteza, a scazut cu cresterea distantei de pulverizare (pentru anumite debite ale propanului).

În fig.4 se poate observa influenta debitului de propan asupra duritatii stratului depus prin pulverizare termica, la o distanta de pulverizare optima de 0, 210 m (vezi fig. 3) si pentru diferite debite ale oxigenului. Când debitul de propan depaseste 30 slpm, duritatea stratului creste odata cu cresterea debitului de propan. Tot din fig.4 putem observa ca debitul de oxigen are o influeinta limitata asupra duritatii stratului pulverizat termic.

2.3. Influenta uzurii abrazive asupra stratului pulverizat termic cu flacara de mare viteza §i pulbere de tipul Cr3 C2 -NiCr

Pierderea Tn greutate (vezi tabelul 3) datorate uzurii abrazive a straturilor metalo-ceramice este influentata evident de catre parametrii de pulverizare termica (X^ - debitul de oxigen , X2 - debitul de propan si X 3 - distanta de pulverizare termica ).

Formula de regresie obtinuta pentru pierderea Tn greutate datorate uzurii abrazive este urmatoarea:

Yw = 120,8 - 0,486 X^ - 1,1 X2 + 0,258 X3 - 0,00136 X^ X2 - 0,00608 X2 X3 + 0,000625 X^ +0,0374 X22              (5)

Testul F aplicatformulei de regresie (5) ne conduce la urmatoarele rezultate:

F = 4,10 > Fa = 0,05 (7,7) = 3,79              (6)

Din figura fig.5 putem observa efectu distantei de pulverizare termica asupra uzurii abrazive, la un debit de oxigen de 440 (Tn slpm) si diferite debite de propan (conform relatie 6). Se poate observa ca distanta de pulverizare termica depinde de debitul de propan, astfel la un debit mic, pierderea Tn greutate datorita uzurii abrazive a stratului depus creste odata cu cresterea distantei de pulverizare termica. În conditiile unui debit ridicat de propan, uzura abraziva a stratuil depus nu este influentata semnificativ de distanta de pulverizare termica.

Observm Tn fig.6 efectul debitului de propan asupra pierderii Tn greutate datorate uzurii abrazive a stratului depus co diferite debite de oxigen la distanta de pulverizere termica de 0,210 m. Curba concava a rezultat ca urmare a cresterii debitului de propan, astfel graficul arata evidenta faptului ca substratul cu o pierdere scazuta Tn greutate datorate uzurii abrazive ar trebui depus la un anumit debit de propan.

Efectul debitului de oxigen asupra pierderii de masa (a stratului depus) prin uzura abraziva are aceleasi tendinte ca si Tn cazul debitului de propan, dupa este prezintTn figura fig.7.

2.4. Corelarea proprietatile stratului depus

Duritatea materialelor este, Tn general data de proprietatile mecanice, Tn special de rezistenta la uzura. Cu cât duritatea materialelor este mai mare, cu atât caracteristicile mecanice sunt mai ridicate. Pentru straturile pulverizate termic, datorita usurintei de masurare, micro-duritatea da informatii asupra proprietatilor mecanice ale depunerii.

Cu ajutorul datelor obtinute experimental, prezentate anterior, putem examina corelatiile dintre duritatea materialului depus si proprietatile mecanice ale stratului.

În fig. 8 se poate observa dependenta aderentei de duritatea stratului depus si se poate trage concluzia ca adereanta depunerilor cu pulbere de tipul Cr3 C2 -NiCr, creste odata cu cresterea duritatii stratului.

Legatura dintre aderenta si duritatea stratului depus, fig. 8 ar putea fi sugerata, de faptul ca, duritatea unor straturi din pulberea de tipul Cr3 C2 - NiCr depinde semnificativ de coeziunea dintre particulele (lamelare) existente Tn strat.

Stratul depus cu pulberea de tipul Cr3C2-NiCr, are o microstructura compozita cu particule de carbura de crom distribuite Tn matricea aliajului NiCr, asa cum putem observa Tn fig. 9. Starea particulei, respectiv solida a carburii si fluida pentru faza metalica a liantului, la pulverizarea termica cu flacara de mare viteza, ar putea fi asociate cu valoarea ridicata a aderentei acestor depuneri la materialul de baza.

Continuând examinarea comparative a duritatii si a uzurii abrazive, nu gasim existenta unei relatii evidente Tntre cele doua caracteristici de material, asta s-ar datora faptului ca uzura unor astfel de straturi obtinute din pulberi compozite, va fi puternic dominata de continutul de carbura, de repartitia/distributia §i marimea particulelor de carbura, precum si de Tmbinarea carburilor cu matricea de baza. Duritatea stratul cu pulberea de tipul Cr3 C2 - NiCr ar putea fi afectata, Tn principal, de catre coeziunea particulei Tn strat.

Concluzii

Durabilitatea produselor reconditionate/acoperite preventiv depinde de proprietatile straturilor depuse cum ar fi aderenta, duritatea, rezistenta la uzura abraziva, care la rândul lor sunt influentate foarte mult de conditiile de pulverizare termica, respectiv de parametri tehnologici (respectiv debitul de oxigen, debitul de propan si distanta de pulverizare).

Diagrama de Tmprastiere este reprezentata, Tntr-un sistem octogonal de axe de coordonate, pe baza punctelor determinate de perechile de valori ce reprezinta parametrii tehnologici determinate experimental (debitul de oxigen, debitul de propan, distanta de pulverizare).

Aderenta stratului depus cu pulberea de tipul Cr3 C2 -NiCr, este semnificativ influentata de debitul de gaz combustibil, ea crescând cu debitul de propan.

Exista debite adecvate de gaze, atât pentru propan cât si pentru oxigen, care pot realiza un strat cu comportari foarte bune la uzura abraziva.

Aderenta straturilor realizare cu pulbere Cr3 C2 -NiCr tinde sa creasca odata cu cresterea duritatii. Nu exista o relatie evidenta Tntre duritatea si rezistenta la uzura a stratului pulverizat cu flacara de mare viteza.

Writing Services

Essay Writing
Service

Find out how the very best essay writing service can help you accomplish more and achieve higher marks today.

Assignment Writing Service

From complicated assignments to tricky tasks, our experts can tackle virtually any question thrown at them.

Dissertation Writing Service

A dissertation (also known as a thesis or research project) is probably the most important piece of work for any student! From full dissertations to individual chapters, we’re on hand to support you.

Coursework Writing Service

Our expert qualified writers can help you get your coursework right first time, every time.

Dissertation Proposal Service

The first step to completing a dissertation is to create a proposal that talks about what you wish to do. Our experts can design suitable methodologies - perfect to help you get started with a dissertation.

Report Writing
Service

Reports for any audience. Perfectly structured, professionally written, and tailored to suit your exact requirements.

Essay Skeleton Answer Service

If you’re just looking for some help to get started on an essay, our outline service provides you with a perfect essay plan.

Marking & Proofreading Service

Not sure if your work is hitting the mark? Struggling to get feedback from your lecturer? Our premium marking service was created just for you - get the feedback you deserve now.

Exam Revision
Service

Exams can be one of the most stressful experiences you’ll ever have! Revision is key, and we’re here to help. With custom created revision notes and exam answers, you’ll never feel underprepared again.