1. Obținerea lotului de test (II) din aliaj pentru execuția sistemului modular
În etapele anterioare ale proiectului s-a stabilit că aliajul Fe – rest; Mn – 28 %; Si – 6 %: Cr – 5 % (in procente de masa) asigură în cea mai bună măsură proprietățile necesare pentru obținerea elementelor multifuncționale cu deplasare auto-adaptivă.
Lingourile obținute au fost prelucrate in vederea curățării si eliminării retasurii. Astfel capetele lingourilor cu retasura au fost îndepărtate prin debitare cu ajutorul unui fierăstrău cu pânza continua după care lingourile au fost strunjite.
Dimensiunile lingourilor finale rezultate au fost mult influențate de mărimea retasurii rezultate la turnare. Lingourile finale rezultate după strunjire au avut diametrul de cca. 18,5 mm si lungimea cuprinsa intre 37 si 42 mm.
In figura 1 sunt prezentate câteva lingouri după curățarea prin strunjire.
Fig. 1 Lingouri finale din aliaj FeMnSiCr
2. Efectuarea testelor de revenire reținuta
2.1 Efectuarea testelor de revenire reținuta in condiții de laborator
Primele teste s-au efectuat pe un modul, pentru s-au măsurat dimensiunile caracteristice, obținându-se valori medii de tmed = 0,91 mm, pentru grosimea de perete și h0med = 1,38 mm, pentru înălțimea totală a modulului. În aceste condiții raportul caracteristic de formă este (h0-t)/t = (1,38-0,91)/ 0,91 ≈ 0,5.
În Fig.2 este prezentată variația forței de comprimare pe parcursul a două cicluri de încărcare-descărcare. Așa cum s-a arătat în etapa de execuție nr. 2, modulele obținute prin metoda prin de viteză ridicată a torsiunii la presiune ridicată (En.: High Speed-High Pressure Torsion, HS-HPT) prezintă un comportament la încărcare-descărcare la compresiune caracterizat prin paliere ale forței, atât la încărcare cât și la descărcare. Întrucât după HS-HPT rezultă un gradient de duritate, pe generatoarea conică, se consideră că la începutul comprimării, segmentul 0Ai corespunde deformării elastice a zonei din vecinătatea diametrului mic al modulelor, care are cea mai mică duritate. Pe porțiunea AiBi s-a produs curbarea treptată a generatoarei trunchiului de con iar pe BiCi – aplatizarea modului, cu o puternică componentă plastică. În Fig.2 comprimarea s-a continuat și după aplatizare, porțiunea CiDi corespunzând comprimării hidrostatice a modulului complet aplatizat.
Fig.2 Curbă tipică de încărcare-descărcare la compresiune, până la aplatizare totală, a unui modul
cu raport caracteristic de formă (h0-t)/t ≈ 0,5
Pentru a evidenția comportarea modului în timpul testelor de revenire reținută, s-a prezentat în Fig.3 evoluția globală a forței, în funcție de variația în spațiul distanță de comprimare-temperatură. Pe porțiunea de comprimare la temperatura camerei s-au marcat punctele caracteristice. Se poate observa că începutul încălzirii s-a produs la o distanță de comprimare de aprox. 0,8 mm, modulul aflându-se în zona aplatizării complete, obținută după depășirea punctului caracteristic Ci3.
Fig.3 Variația globală a forței în funcție de distanța de comprimare și de temperatura de încălzire, în cadrul testului de revenire reținută aplicat modulului obținut prin HS-HPT, cu (h0-t)/t ≈ 0,5
2.2 Estimarea efectului de memoria formei cu revenire reținuta
Pentru estimarea precisă a forței dezvoltate prin EMF cu revenire reținută, de către modulele prelucrate prin HS-HPT, s-a determinat forța de comprimare produsă de dilatarea dispozitivelor de comprimare cu fețe plate. În acest scop, dispozitivele au fost aduse în contact, cu o creștere infimă a forței, traversa a fost blocată și s-a aplicat o încălzire cu ajutorul camerei termice.
A fost constată o creștere foarte redusă a forței (sub 10 daN) în primele 14 minute, după care a urmat o creștere exponențială. Pentru o mai bună evidențiere a variației forței de comprimare, s-a prezentat dependența acesteia de distanța de comprimare și temperatură, în Fig.4.
Fig.4 Evoluția forței totale de comprimare dezvoltată la încălzirea dispozitivelor cu fețe plane
Se poate constata valoarea foarte scăzută a distanței de comprimare, 0, 012 mm = 120 μm, ceea confirmă inexistența forței de comprimare înaintea încălzirii.
Valorile forței, dezvoltate de dispozitivele cu fețe plane la încălzire, au fost scăzute din valorile totale ale forței dezvoltate de modulul studiat, în timpul încălzirii cu revenire reținută. Rezultatul reprezintă variația reală a forței de comprimare dezvoltată de modulul testat prin EMF cu revenire reținută și este prezentat în Fig.5.
Comparativ cu Fig.4, unde s-a reprezentat variația globală a forței, se poate observa că valorile forței reale sunt net inferioare. Cu toate acestea, tendința de variație a forței s-a păstrat, ceea ce sugerează că dilatarea dispozitivelor de comprimare nu alterează fenomenul de revenire reținută, în sine, ci doar valoarea forței dezvoltate.
Fig.5 Variația reală a forței de comprimare, dezvoltată prin EMF cu revenire reținută,
de către modulul obținut prin HS-HPT, cu (h0-t)/t ≈ 0,5
3. Execuția elementelor active pentru compensarea dilatării
Execuția modulelor active prin deformare plastică severă (SPD) presupune următoarea succesiune de operații
– Setarea grosimii finale a modulului prin alegerea parametrilor senzorului de deplasare
– Setarea vitezei de rotație a poansonului superior
– Așezarea semifabricatului inelar pe dornul poansonului inferior, Fig.6(a)
– Acționarea sistemului hidraulic
– Deformare Plastică Severă
– Coborârea poansonului inferior
– Extragere modul activ
– Oprire rotire poanson superior
Fig.6 Execuția modulelor active prin SPD: (a) detaliu montaj scule; (b) semifabricate inelare și module active deformate plastic sever;
(c), detaliu poziționare scule în ansamblul activ HS-HPT
4. Testarea deformabilității la rece
4.1 Teste de deformabilitate la rece a probelor care au imprimată forma caldă
În continuare se prezintă variația tensiunii de comprimare, ca raport dintre forță și aria modulului aplatizat, π(D2-d2)/4, în funcție de comprimarea specifică, calculată împărțind distanța de comprimare la grosimea modului, t (cum întotdeauna h0 > t, se pot obține comprimări specifice peste 100%).
S-au observat, în mod clar, două porțiuni diferite: (i) o regiune inițială de pantă redusă, care corespunde aplatizării elastice a modulului și (ii) o regiune finală, corespunzătoare compresiunii hidrostatice. Aceste atribute se accentuează în ciclurile ulterioare, Fig.7.
Fig.7 Primele trei cicluri de încărcare-descărcare la compresiune umedă ale modulului AMF_12
Curbele tensiune-deformație ale primelor 7 cicluri arată reducerea treptată a revenirii elastice din timpul aplatizării. Deci modulul își pierde elasticitatea și devine tot mai plat. După șapte cicluri de încărcare-descărcare cu comprimare umedă, înălțimea sa s-a redus cu 100 % (în raport cu grosimea). Din acest motiv, comprimarea din ciclul al optulea este însoțită de o variație a tensiunii net diferită, conform Fig.8.
Fig. 8 Primele opt cicluri de încărcare-descărcare la compresiune umedă ale modulului AMF_12, cu detaliu al variației tensiunii la sfârșitul-începutul ciclurilor 6-8
Se constată dispariția completă a variației elastice din timpul aplatizării. Detaliul din Fig.8 indică și o ușoară ecruisare, astfel încât panta de la încărcarea din ciclul opt este mai mare decât cea din ciclul șapte. În aceste condiții, era de așteptat ca modulul aplatizat permanent să prezinte proprietăți mecanice diferite față de momentul inițial, rezultat după prelucrarea prin HS-HPT.