Supliment la Revista Română Mecanică Fină, Optică şi Mecatronică - Nr. 31 / 2006 ISSN

Transcription

1 U N I V E R S I T A T E A V A L A H I A D I N T Â R G O V I Ş T E M I N I S T E R U L E D U C A Ţ I E I Ş I C E R C E T Ă R I I INSTITUTUL NAŢIONAL DE CERCETARE DEZVOLTARE PENTRU MECANICĂ FINĂ AL IV-LEA SIMPOZION CU PARTICIPARE INTERNAŢIONALĂ MECATRONICĂ, MICROTEHNOLOGII ŞI MATERIALE NOI TÂRGOVIŞTE 2006 Supliment la Revista Română Mecanică Fină, Optică şi Mecatronică - Nr. 31 / 2006 ISSN

2 CĂLIREA DE PUNERE ÎN SOLUŢIE ŞI ÎMĂTRÂNIREA ARTIFICIALĂ A MATERIALELOR COMPOZITE PE BAZA DE ALUMINIU ARMATE CU PARTICULE S. L. dr. ing. Ileana Nicoleta POPESCU 1, Prof. dr. ing. Simona ZAMFIR 2 Prof. dr. fiz. D. BOJIN 2, Conf. dr. ing. M. BRÂNZEI 2, Conf. dr. ing. D. GHEORGHE 2 1 Universitatea Valahia Targoviste 2 Universitatea Politehnica Bucureşti Rezumat. S-a studiat comportarea la tratament termic secundar - călire de punere în soluţie şi îmbătrânire artificială a materialelor compozite pe bază de aluminiu (seriiile 2xx şi 2xxx) armate cu particule ceramice. Pentru înţelegerea mecanismelor care stau la baza fenomenelor de durificare prin tratament termic a materialelor compozite au fost prezentate spre comparare rezultatele cercetărilor diferiţilor autori completate de rezultatele studiilor şi cercetărilor proprii. 1. INTRODUCERE Aliajele de aluminiu din seria 2xxx, ce constitue matricea materialelor compozite, fac parte din categoria aliajelor durificabile prin tratament termic. Tratamentele termice (călire de punere în soluţie şi îmbătrânire artificială) sunt aplicate matricei din aliaj de aluminiu durificabil prin precipitare în vederea îmbunătăţirii caracteristicilor mecanice ale acestora. Prin armarea cu particule sau fibre discontinue caracteristicile mecanice ale materialelor compozite cu matrice din aliaje de aluminiu sunt modificate. Aceste modificări depind de procedeul de obţinere al matricei aliaj de aluminiu (obţinere prin procedee derivate din metalurgia clasică de elaborare-turnare şi prelucrări mecano-termice sau de obţinere prin tehnologii specifice metalurgiei pulberilor), de caracteristicile armăturii (tip, orientare, coeficient de formă, fracţie volumică şi mărime), de tipul de aliaj folosit ca matrice şi de compatibilitatea fizico-chimică dintre armătură şi matrice /1-7/. Literatura de specialitate arată un interes deosebit privind înţelegerea mecanismelor care stau la baza fenomenelor de durificare prin tratament termic a materialelor compozite. În ciuda eforturilor, la ora actuală, nu s-a acoperit întreaga gamă de materiale compozite, aflate într-o mare diversitate ca tip de material (matrici de diverse compoziţii, armături de diverse tipuri, forme şi proporţii) şi ca mod de procesare a acestora. Pentru înţelegerea şi compararea datelor obţinute în cercetările proprii cu cele din literatura de specialitate, sunt prezentate pentru comparare studiile şi rezultatele experimentale ale unor cercetători, compoziţiile şi tratamentele termice aplicate aliajelor de aluminiu din seria 2xxx (tabelul nr.1) respectiv a compozitelor cu matrice din aliajele din aceeaşi serie (tabelul nr.2) /1-6/. Comportarea la îmbătrânire este redată în funcţie de durităţile/rezistenţele mecanice ale materialului şi de durata de îmbătrânire, la diferite temperaturi, iar cuantificarea cineticii accelerate a îmbătrănirii se face printr-un raport R între timpul atingerii durităţii maxime a compozitului şi timpul atingerii durităţii maxime a matricei neranforsate (tabelul 2). Ju-Shan Lin şi colaboratorii /8/ au studiat din punct de vedere microstructural, al durităţii şi prin măsurători calorimetrice, comportarea la tratament termic (călire la C timp de 15 ore şi îmbătrânire C timp de până la 14 ore) a materialului compozit 2024 armat cu 5, 10, 15 şi 20% vol. particule de SiC de 14 μm mărime. Tabelul nr.1- Compoziţia şi tratamentele termice aplicate matricelor din seria 2xxx Tip de Compoziţie Punere în Recoacere Îmbâtrânire aliaj soluţie 2009 Al-3.7Cu-1.4Mg 520 o C T6-190 C/3-6h 2009M Al 3Cu-0.7Mg-0.5Ag 2014 Al-4.4Cu-0.8Si-0.8Mn-0.5Mg 502 o C 413 o C T6-160 C- 18h 2014 Al-4.4Cu-0.8Si-0.8Mn-0.5Mg 493 o C 413 o C T6-190 C/8-16h Al-6.3Cu-0.3Mn-0.18Zr- 0.10V-0.06Ti 535 o C 415 o C T3 T6-T C/ 18-36h 334

3 Tabelul nr.2- Compoziţia şi tratamentele termice aplicate compozitelor cu matrice din aliaj de aluminiu, seria 2xxx Tip de compozit Metoda de obţinere Punere în soluţie Îmbâtrânire Timp de atingere a durităţii maxime,h AA2009/15%SiC MP +extruzie 525 o C-3h T6 190 o C 3 0,5 AA201/ 9-27% SiC (24, 63 şi 142μm) MP 510 o C-0,75h AA2014/SiC AA2014/SiC (23μm) AA2124/ 17.9% SiC AA2124/17.9% SiC Turnare + extruzie 495 C-2h T6, 160 o C 9%SiC (24, 63 şi 142μm) 18%SiC (24μm) 18%SiC (63μm) 18%SiC (142μm) 27%SiC (24, 63 şi 142μm) T6 150 C T6 165 C T6 180 C T6 195 C R >20 > , MP + extruzie 490 C-2h T6 160 C /4/ MP + laminare la cald 495 C-2h T6 190 C /5/ MP+ extruzie la cald 505 o C -2h T6 110 C T6 130 C T6 150 C T6 170 C T6 190 C T6 210 C Vijay K. Varma şi alţii /9/ au obţinut prin metalurgia pulberilor materiale compozite extrudate şi presate la cald în vid, cu matrice din Al-Cu-Mg armate cu particule de α-sic cu dimensiunea medie de aproximativ 1, 12 şi 65 μm. Aceste materiale au fost supuse tratamentului de călire de punere în soluţie la C timp de 4 ore şi îmbătrânire la 160, 180 şi C. Studiile acestor autori mai sus menţionaţi, cât şi a altora au demonstrat că tratamentul termic de punere în soluţie a materialelor armate cu particule sau fibre discontinue durează de obicei o perioadă de timp mai lungă decât minimumul necesar pentru omogenizarea matricei neranforsate /8-9/, iar cinetica îmbătrânirii este în general accelerată de adaosul de elemente de armare în aliajele durificabile prin precipitare./1-7/. Prin măsurătorile efectuate în aceste studii, s-a ajuns la concluzia că accelerarea îmbătrânirii este datorată creşterii densităţii de dislocaţii induse de diferenţele dintre coeficientii de dilatare termică matrice-armătură. În vederea verificării teoriilor şi rezultatelor experimentale ale autorilor mai sus menţionaţi, în cazul matricei experimentale Al-4Cu, neranforsat respectiv ranforsată cu până la 20 % greutate SiC, (dimensiuni mai mici de 60μm), probele au fost supuse unui ciclu de tratament termic de punere în soluţie urmat de îmbătrânirea probelor experimentale şi au fost trasate curbele de îmbătrânire obţinute. Alegerea parametrilor de tratament termic secundar (călire de punere în soluţie şi îmbătrânire artificială) s-a făcut în concordanţă cu domeniile de temperatură şi timp specifice pentru aliajul Al-4Cu. 2. TEHNICA EXPERIMENTALĂ UTILIZATĂ Studiile experimentale au avut ca obiectiv stabilirea parametrilor optimi de tratament termic a materialelor compozite Al-Cu armate cu SiC (în diferite proporţii) /7/ obţinute prin metalurgia pulberilor şi influenţa acestora asupra caracteristicilor lor mecanice şi microstructurale. Materialele au fost supuse unui tratament termic secundar de călire de punere în soluţie (CPS) la 515 o C, menţinere 6 ore şi răcire în apă, urmată de îmbătrânire la temperaturile 150, 170 şi 190 o C, menţinere timp de 4, 8 şi 12 ore, răcite apoi în aer (fig. 1). Pe materialele compozite tratate în aceste condiţii s- au efectuat măsurători de microduritate. Şi analiză microstructurală optică şi electronică , Ref /1/ /2/ /3/ /6/ 335

4 aliajului matrice existente în materialele tratate termic şi elementele chimice din material au fost puse în evidenţă prin microscopie electronică scanning ESEM, prevăzut cu analizor de tip EDAX (fig.8). În urma analizei valorilor durităţii pentru cele trei temperaturi respectiv trei timpi de îmbătrănire pe materialele compozite studiate, a rezultat că cele mai bune valori ale durităţii le prezintă materialele compozite sinterizate la 620 o C/60 /atm.de H 2, îmbătrănite la 170 o C/4 h/aer (pentru compozitul cu un conţinut de 15%SiC) respectiv îmbătrânite la 170 o C/8h/aer, (pentru compozitul cu un conţinut de 10%SiC). BIBLIOGRAFIE 1. A.P.Sannino, H.J.Rack, Effect of reinforcement size on age hardening of PM 2009-Al-SiC20vol% particulate composite, Journal of Material Science 30 (1995) p Q. Li, F.E. Wawner, Investigation of the microstructure and mechanical properties in modified 2009 Al/SiCp composites, Proceedings of the 4th International Conference on Aluminium Alloys, Atlanta, USA, September 11-16(1994), Vol.2,p G.M Janowski, B.J..Pletka, The effect of particle size and volume fraction on the aging behavior of a liquid-phase sintered SiC/Aluminium composite, Metallurgical and Materials Transactions A, 6A (1995) p C K.K.Hawla, A.H.Esmaeili, A.K. Datye Vasudevan, Effect of homogeneous/heterogeneous precipitation on aging behavior of SiCp/Al 2014 composite, Scripta Metallurgica et Materialia, 25 (1991) p J. Zhou, J. Duszczyk, Aging response of an AA2014-based composite prepared from elemental powder, Journal of Material Science Letters 18 (1999) p M. P. Thomas, J.E. King, Comparison of ageing behaviour of PM 2124 Al Alloy and Al-SiC p metal matrix composite, Journal of Materials Science, 29, 1994, P Ileana-Nicoleta POPESCU, Cercetări privind obţinerea de noi materiale compozite cu matrice din aluminiu şi aliaje de aluminiu, Teză de doctorat, Bucureşti Jun-Shan Lin, Aging evaluation of cast particulates reinforced SiC /Al (2024) composites, Scripta Metallurgica et Materialia, 1993, p Vijay K. Varma, ş. a., Aging behavoiur of Al-Cu-Mg alloy matrix composites with SiC of varying sizes, Scripta Materialia, vol.37, nr. 4, 1997, p Ileana Nicoleta Popescu, Modelarea comportării la presare a amestecului de pulberi elementare Al-Cu/SiC, Lucrările celui de-al III-le Simpozion International Mecatronica, Microtehnologii si Materiale Noi noiembrie, 2005, Targoviste Proceeding, p.ii

5 39. SISTEME INTELIGENTE CU TRADUCTOR FOTOELECTRIC INCREMENTAL (DE POZIŢIE) PENTRU MĂSURAREA DEPLASĂRILOR UNGHIULARE ÎN MEDIU INDUSTRIAL Autor: Gheorghe GHEORGHE INCDMF Bucuresti Rezumat: Sistemele inteligente pentru măsurarea deplasărilor unghiulare sunt destinate poziţionărilor/ micropoziţionărilor, măsurării directe deplasărilor/ microdeplasărilor unghiulare şi echipării-ca sistem NC şi/ sau CNC, instalaţiilor şi echipamentelor tehnice şi tehnologice. 40. SISTEME MECATRONICE INTELIGENTE DE ÎNALTĂ PRECIZIE PENTRU MĂSURAREA MICRODEPLASĂRILOR LINIARE ÎN MEDII INDUSTRIALE ŞI DE LABORATOR Autor: Gheorghe GHEORGHE INCDMF Bucuresti Rezumat: Sistemele mecatronice inteligente de înaltă precizie pentru măsurarea microdeplasărilor liniare are o concepţie mecatronică utilizând noi soluţii tehnice şi tehnologice adaptabile procedurilor / proceselor de măsurare în industrie şi în laborator. II. SECŢIUNEA MICROTEHNOLOGII NANOTEHNOLOGII ŞI MATERIALE NOI REFERENT: prof. univ. dr. ing. ALEXANDRU DUMITRESCU Universitatea VALAHIA din TÂRGOVIŞTE 41. Au/TiO 2 NANOPARTICLES FOR PHENOL-DERIVATIVES PHOTODEGRADATION Autori: Rodica-Mariana ION - ICECHIM Bucureşti, VALAHIA State University of TÂRGOVIŞTE., Dragos- Viorel BREZOI - VALAHIA State University of TÂRGOVIŞTE. Abstract: Catalytic systems containing gold nanoparticles have received great interest because of their high activity in different reactions. Small gold nanoparticles interacting with some supports is particularly important, since it dictates the nature and length of the interface at which the reaction is assumed to take place, knowing that he reactivity of gold is highly structure-sensitive, the preparation techniques playing a major role in the synthesis of highly active gold catalysts. The photochemically method is usually considered to be a successful method. A stock solution of chloroauric acid, HAuCl 4.3H 2 O, was used and an appropriate volume of this solution was added to Degussa P25 titania. The method yields hemispherical metal particles with their flat planes strongly attached to the TiO 2 support, often by epitaxial contact, Au (111) to anatase TiO 2 (112) and rutile TiO 2 (110). The new obtained materials have been tested in the photocatalytic degradation process of orto-nitro-phenols in aqueous solutions. In the electron transfer step there may be a large redox potential difference between the donor and acceptor, a situation which may restrict the passage of electrons. These catalysts proved to be active for this reaction, with the dependence on loading of gold showing a double maximum in yield at 0.2 and 2 weight % with a low rate below 0.01% and above 10%. 42. NANOPARTICULE MAGNETICE ACOPERITE CU PORFIRINE Autori: Dragos-Viorel BREZOI - VALAHIA State University of TÂRGOVIŞTE., Rodica-Mariana ION - ICECHIM Bucureşti, VALAHIA State University of TÂRGOVIŞTE. Abstract: One of the important points in the use of magnetic nanoparticles for biomedical applications is the encapsulation of the magnetic material, in order to make it biocompatible, producing a bio-ferrofluid. In this paper, ferrimagnetic particles of Fe 3 O 4 were nanometrically synthesized. In order to coat a photosensitizer on the magnetic particles, TSPP was choosed and introduced into the ferrofluid suspension containing magnetite. Analytical investigations (UV-Vis, TEM, XRD, TG) argued the TSPP encapsulated into Fe 3 O 4. This bio-inteligent system has some applications in PDT. 43. STUDIU COMPARATIV PRIVIND CAPABILITATEA METODELOR DEFECTOSCOPIEI NEDISTRUCTIVE ÎN FUNCŢIE DE GRADUL DE IDENTIFICARE ŞI EVALUARE A DIMENSIUNILOR DISCONTINUITĂŢILOR Autori: Veronica DUMITRESCU, Doru BOGHEANU - Universitatea VALAHIA din TÂRGOVIŞTE Rezumat: Lucrarea analizează capacitatea diferitelor metode de control nedistructiv de a identifica şi evalua dimensiunile discontinuităţilor la îmbinările sudate. Se evaluează rezultatele ţinând cont de cercetările existente în domeniu şi se prezintă un studiu comparativ al capabilităţii acestor metode de control nedistructiv. 422

6 60. CĂLIREA DE PUNERE ÎN SOLUŢIE ŞI ÎMĂTRÂNIREA ARTIFICIALĂ A MATERIALELOR COMPOZITE PE BAZA DE ALUMINIU ARMATE CU PARTICULE Autori : Ileana Nicoleta POPESCU - Universitatea VALAHIA din TÂRGOVIŞTE, Simona ZAMFIR, D. BOJIN, M. BRÂNZEI, D - Universitatea POLITEHNICA Bucureşti Rezumat: S-a studiat comportarea la tratament termic secundar - călire de punere în soluţie şi îmbătrânire artificială a materialelor compozite pe bază de aluminiu (seriiile 2xx şi 2xxx) armate cu particule ceramice. Pentru înţelegerea mecanismelor care stau la baza fenomenelor de durificare prin tratament termic a materialelor compozite au fost prezentate spre comparare rezultatele cercetărilor diferiţilor autori completate de rezultatele studiilor şi cercetărilor proprii. 61. O NOUĂ TEHNOLOGIE PENTRU OBŢINEREA TOLELOR DE TRANSFORMATOR Autori : Gheorghe Ioniţă, Elena-Valentina Stoian, Maria-Cristiana Enescu, Universitatea VALAHIA din Târgovişte Rezumat: Tehnica modernă, şi în special cea contemporană reclamă materiale care, suplimentar faţă de proprietăţile lor specifice, să posede bune caracteristici de ductilitate, rezistenţă mecanică, conductivitate termică, conductibilitate electrică, etc.- proprietăţi specifice metalelor. În această categorie se înscriu şi materialele amorfe cu structură magnetică specială. III. SECŢIUNEA ROBOTICĂ ŞI MICROROBOTICĂ REFERENT: Conf. univ. dr. ing. FILIP VIVIANA Universitatea VALAHIA din TÂRGOVIŞTE 62. MODELUL GEOMETRIC ŞI CINEMATIC AL UNUI ROBOT MOBIL PE ŞENILE Autor: K. KACSO Universitatea tehnica Cluj NAPOCA Rezumat: Lucrarea de faţǎ prezintǎ ecuaţiile geometriei,modelul cinematic direct şi invers al unui robot mobil pe şenile. Orientarea se realizeazǎ prin inversarea sensului de rotaţie a perechilor de roţi motoare. 63. MODELUL GEOMETRIC ŞI CINEMATIC AL UNUI ROBOT MOBIL PE PATRU ROŢI (RMV4) Autor: K. KACSO Universitatea Tehnica Cluj NAPOCA Rezumat: Lucrarea din faţǎ prezentǎ ecuaţiile geometrice,modelul cinematic direct şi invers al unui robot mobil pe patru roţi. Orientarea se realizeazǎ prin diferenţierea vitezei de rotaţie a perechilor de roţi. 64. THE DIRECT AND INVERSE GEOMETRICAL MODELING OF SERIAL MODULAR ROBOT TYPE TTRTR1 Autori: Silviu Mihai PETRIŞOR, Viorel ISPAS Technical University of Cluj NAPOCA Abstract. In this paper is presented the direct and inverse geometrical modeling of serial modular robot type TTRTR1. In figure 1 is presented the structure of kinematics chain which contain: the module 1 of translation on vertical from the base of the robot, the module 2 of translation of the robot s arm on vertical, the module 3 of rotation of the arm, the module 4 of translation on horizontal of the robot s arm and module 5 of orientation assembled with the clamping device. The geometrical direct modeling will be done using the method of the matrices of rotation 3X3 and geometrical inverse modeling will be done using the algebraic method. 65. THE KINEMATICS MODELING OF SERIAL MODULAR INDUSTRIAL ROBOT TYPE TTRTR1 Autori: Silviu Mihai PETRIŞOR, Viorel ISPAS Technical University of Cluj NAPOCA Abstract. The authors present in this paper the kinematics study of industrial robot type TTRTR1, using for the direct kinematics modeling the iterative method, based on the introduction of the vector s position, the matrices of rotation and their derivates whit respect to time. After the determination of the operational angular and linear velocities and accelerations, the kinematics operational parameters are determinate with respect to the fixed frame attached to the base of the robot. Using the relation of recurrence of the transpose matrices are determinate the field of the velocity for the manipulated object caught in the clamping device. 66. DISASSEMBLY CELLS FOR RECOVERING PARTS OF A USED PRODUCT Autor: Luminiţa DUŢĂ - Computer Science Department, VALAHIA State University of TÂRGOVIŞTE. Abstract : Due to awareness of the product life cycle s impact on the environment, manufacturers have started to embrace the concept of resource recovery systems as an intermediate solution to the environmental problem. The disassembly process is the main stage in recycling of the manufactured 426