1. Testarea rezistenței la oboseală a probelor de aliaj
Aliajul prelucrat prin laminare a fost supus unui test privind rezistența sa la oboseală. Caracterizarea a fost executată cu ajutorul unui sistem de încercare dinamic și static, tip Electropuls 3000 fabricat de INSTRON. Epruveta supusa încercării a fost obținută, din semifabricatul laminat, cu ajutorul unei mașini de tăiere prin electroeroziune cu fir.
Întrucât nu există un standard privind încercarea la oboseală a acestor materiale speciale, destinate unor aplicații de nișă, încercarea la oboseală s-a efectuat pornindu-se de la următoarele considerente:
- rezistenta la rupere a materialului laminat este de 950 MPa, la o forță aplicată de 3,4 kN;
- valoarea forței aplicate în timpul testului dinamic va fi 60 % din valoarea forței aplicate la rupere în timpul încercării statice la tracțiune, adică 2 kN.
Fig.1.1 prezintă prinderea epruvetei în menghinele mașinii de încercare dinamică, respectiv modul de afișare a parametrilor de lucru, în timp real, la derularea testului.
Fig.1.1 Aspect din timpul încercării la oboseală a aliajului
Din punct de vedere dinamic, AMF Fe-28Mn-6Si-5Cr laminat la cald s-a stabilizat după 900 de cicluri și a început să fisureze după cca. 26.000 de cicluri. Încercările dinamice efectuate asupra aliajului au evidențiat comportamentul excelent la oboseală, materialul rezistând unui număr de peste 28.000 cicluri. Rezultatele obținute în cadrul acestei etape confirmă justețea alegerii compoziției chimice și a tehnologiilor de sinteză și de prelucrare pentru aliajul selectat, acest material având caracteristicile necesare aplicației vizate în cadrul proiectului.
2. Caracterizarea structurală a aliajului cu forma caldă imprimată prin SPD
2.1 Rezultatele investigațiilor prin microscopie optică asupra aliajului deformat plastic sever
Examinarea prin microscopie optică a AMF Fe-28Mn-6Si-5Cr dezvăluie schimbările structurale determinate de prelucrare prin HSHPT pentru diferite grade de deformare. Fig.2.1(a) prezintă aliajul turnat în stare austenitică neomogenă relevând numeroase dendrite. Se poate observa clar în Fig.2.1(b) că dendritele au fost complet înlocuite cu grăunți cristalini alungiți chiar și pentru deformare plastică cu un nivel de deformare scăzut (0.15). La acest nivel al gradului de deformare, neuniformitatea structurală pe diametru este evidentă. De remarcat însă că pe probele care au fost supuse unui grad de deformare logaritmică de 1,7 grăunții grosieri lipsesc complet la investigarea prin microscopie optică.
Fig.2.1 Microstructura aliajului Fe-Mn-Si-Cr: (a) în stare turnată, (b) după deformare plastică severă prin torsiune la presiune înaltă cu viteză mare (HSHPT)
2.2 Observații prin microscopie electronică cu baleiaj (SEM) asupra aliajului deformat plastic sever
Pentru a înțelege schimbările morfologice cauzate de deformare ca urmare a procesării prin metoda HSHPT, probele au fost examinate prin microscopie electronică cu baleiaj, SEM. Micrografia prezentată în Fig. 2.2(a) ilustrează grăunți cristalini fini de soluție austenitică (0,3-2μm) care înlocuiește structura turnată neomogenă a aliajului din starea inițială. În secțiunea longitudinală din Fig.2.2(b) poate fi observat doar un relief fără limite de grăunți decelabile la nivelul de rezoluție dat de SEM.
Fig.2.2(a) Investigații prin microscopie electronică cu baleiaj cu electroni secundari (SEM) pe aliajul Fe-Mn-Si-Cr după deformare plastică severă cu gradul de deformare logaritmic de 0.15: (a) longitudinal, respectiv cu gradul de deformare logaritmic 3.0: (b) longitudinal și (c) transversal)
2.3 Observații prin microscopie electronică de transmisie (TEM) asupra aliajului deformat plastic sever
Alte caracteristici microstructurale sunt evidențiate la măriri semnificativ mai mari prin microscopie electronică de transmisie (TEM). Micrografiile TEM ale probelor deformate plastic sever prin metoda HSHPT cu un grad de deformare plastică de 1,7 au fost studiate la temperatura camerei, în câmp luminos. Imaginile TEM prezintă o microstructură deformată sever care înlocuiește complet structura neomogenă (dendritică) inițială de austenită. Forfecarea are loc prin acțiunea concomitentă a forțelor de compresie și de rotație generând o finisare avansată a grăunților cristalini. Toate micrografiile evidențiază ace de martensită ε cu morfologie în plăci.
2.4 Investigații prin difractometrie cu radiații X
Investigațiile XRD au fost programate astfel încât să acopere două aspecte importante :
- influența gradului de deformare respectiv a mărimii grăunților cristalini asupra constituenților structurali responsabili cu efectul de memorie a formei (EMF) in aliajele Fe-Mn-Si-Cr ;
- evoluția fazelor metalografice în timpul procesului de educare prin EMF, cu ajutorul compresiunii plane.
Primul aspect este ilustrat în Fig.2.3, unde s-au prezentat difractogramele de raze X ale probelor prelevate din module deformate prin HSHPT cu trei grade diferite de deformare.
Fig.2.3 Difractograme de raze X ale probelor prelevate din module multifuncționale de AMF Fe-28Mn-6Si-5Cr, prelucrare prin HSHPT cu grade de deformare: 0.73, 1.53, 2.21.
3. Proiectarea și execuția standului experimental pentru compensarea deplasării
După execuția părților componente, standul a fost asamblat, conform Fig.3.1.
Fig.3.1 Standul de compensare a deplasării, în stare asamblată: (a) vedere din lateral; (b) vedere din lateral cu cuplajul demontat; (c) vedere de sus cu cuplajul demontat
Cu ajutorul cuplajului, care se poate vedea în stare demontată în Fig.3.4(b) și (c), standul de compensarea deplasării se conectează la o mașină de încercare la uzură a rulmenților, conform ilustrațiilor din Fig.3.2.
Fig.3.2 Ilustrarea modului de utilizare a standului de compensarea deplasării: (a) vedere laterală; (b) vedere din față; (c) vedere din față cu puntea tensometrică conectată
A fost proiectat și realizat un stand capabil să fructifice capacitatea modulelor multifuncționale, obținute prin torsiune la presiune înaltă cu viteză ridicată, de a compensa deplasarea axială, cauzată de uzura unor rulmenți radial-axiali.
Standul permite montarea unui număr variabil de module, cuplate în serie, în diverse configurații. Utilizând forța de preîncărcare, drept variabilă independentă, se va determina evoluția în timp a momentului de încovoiere și, implicit, momentul apariției uzurii.