Descrierea proiectului



1.Realizarile S/T din domeniu, la nivel national si international

Sistemul termic criogenic se constituie din urmatoarele utilaje: Cuptor continuu de calire/revenire, baie de calire, baie de spalare in solutii alcaline, baie de preracire in solutie de bromura de litiu, instalatie de racire la temperaturi criogenice, cuptor de revenire. Pe acest sistem termic vom implemena o tehnologie performanta de tratament termic criogenic. Jeff Gary de la University of Texas at Austin, Department of Mechanical Engineering, a prezentat A Review of Deep –Cryogenic Treatment of Steel in care realizeaza o informare referitoare la tratamentul termic criogenic aplicat otelurilor. Jeff Gary afirma ca introducerea tratamentului termic criogenic profund (TTN/TTCP) creste durabilitatea sculelor cu 200-600% prin reducerea tensiunilor interne si a austenitei reziduale. Costurile cu implementarea TTN/TTCP aduc beneficii de 2-3 ori si mai mult. Literatura de specialitate arata ca tratamentul criogenic nu numai ca este amplu cercetat in institute specializate dar, a intrat deja in practica curenta a multor companii prelucratoare de metal, in special in Vest unde exista o reala concurenta si anume in SUA, Japonia, Germania, Anglia. Printre firmele care au dezvoltat aceasta tehnologie se remarca Materials Improvment Inc USA, care a tratat trepiedele de aluminiu ale camerelor de luat vederi pentru misiunile spatiale organizate de NASA elaborand un procedeu denumit Cryo-Tech., Mangrove Enterprise Inc. Houston, USA a patentat un procedeu de prelucrare criogenica care are drept rezultat marirea substantiala a rezistentei la uzare si coroziune a sculelor si diverselor organe de masini , Packaging Inc., USA, a tratat criogenic sculele din oteluri rapide pentru prelucrarea lemnului, Hewland Engineering, USA, a tratat sub zero grade angrenaje din oteluri cu nichel, angrenajele de la motoarele masinilor de curse, BOC Int. Ltd. a tratat cu laser si racire criogenica arbori cu came, mecanisme cu parghii sau cutite.







In Romania cercetari in domeniu s-au facut, in mod organizat, la UniversitateaTehnica Gh. Asachi – Iasi, unde s-au sustinut deja doua teze de doctorat in domeniu, iar in mod sporadic, si in alte centre la INTEC Bucuresti si Universitatea Tehnica Cluj-Napoca. Atat in lume cat si in tara cercetarile au vizat pana in prezent aspecte privind influenta directa a campului criogenic asupra proprietatilor de utilizare, ramanand foarte multe aspecte de elucidat privind cauzele intime prin care campul criogenic imbunatateste aceste proprietati, precum si gasirea unor noi domenii de aplicare a criogeniei, aspecte de care dorim sa ne ocupam in cele ce urmeaza. Aplicarea tratamentului criogenic organelor de masini calite superficial cu laser are rol de omogenizare a solutiei solide si micsorarea austenitei reziduale conducand astfel la cresterea rezistentei la uzare si a duritatii.


Sistemul expert preia o problema umana a carei solutie poate fi determinata logic printr-un sistem deductiv natural si o codifica cu ajutorul calculatorului, sistem natural care se bazeaza pe o serie de cunostinte temeinice. Rezulta astfel o componenta software care interpreteaza solutia logica si o transforma într-o solutie codificata. Daca tot acest proces are loc în ordinea sa fireasca atunci se poate miza pe rezultatele asteptate. Sistemele expert reprezinta structuri numerice de reglare si control automat care folosesc un sistem de operare, un mediu de programare si o serie de organe de executie care îndeplinesc cu promptitudine comenzile sistemului expert. Literatura de specialitate stipuleaza, in principal, patru variante de sisteme expert:


a. tip OFF-LINE

b. tip IN-LINE

c. tip ON-LINE

d. tip ON-LINE in circuit inchis



Solutia adoptata in proiect este "ON-LINE" în circuit închis deoarece prezinta cea mai avantajoasa modalitate de conducere si se poate implementa pe o structura de automatizare conventionala existenta deja, iar în cazul defectarii calculatorului, conducerea procesului se poate face prin intermediul echipamentelor conventionale. În cazul în care nu este nevoie de nici o interventie manuala, actiunile de conducere sunt estimate de calculator si aplicate în mod direct procesului.



2.Noutatea, originalitatea si complexitatea solutiilor propuse


Gradul de noutate al proiectului consta in implementarea in industrie a unei tehnologii de tratament termic criogenic la temperaturi profunde asistata de un sistem expert de comanda si control . Tratamentul termic la temperaturi negative este oportun si eficient daca la temperatura ambianta, dupa calirea obisnuita, cantitatea de austenita reziduala (AR) este mare (depaseste 10%) fapt ce se întâmpla la toate otelurile care au punctul de sfârsit de transformare martensitica situat sub 00 C. Unii metalurgi sunt sceptici privind prelucrarea la temperaturi negative (TTN – tratament termic la temp. negative, TTCP – tratament termic la temperaturi criogenice profunde) deoarece aceasta nu imprima modificari vizibile, evidente metalului. Respectivii metalurgi au plecat de la premiza ca tratamentul termic clasic modifica 85% din AR în M (martensita), în timp ce TTN transforma aditional doar 8 ...15%, fapt ce ia determinat sa afirme ca TTN este o prelucrare ineficienta. Premizele sunt corecte, doar concluzia este falsa. TTN nu inlocuieste tratamentul termic la cald, el este un supliment pentru imbunatatirea proprietatilor materialului dupa tratamentul termic la cald necesar in mod obisnuit. . O noua privire asupra TTCP arata rezultate impresionante. O autoritate in domeniul sculelor si un inginer cu cunostinte de criogenie profunda, Dr.H.E.Trucks, spune ca tratamentul criogenic indeparteaza energia cinetica a atomilor care este energia lor de miscare. Exista o atractie normala intre atomi care-i face sa doreasca sa stea impreuna, dar energia lor de miscare ii tine separat, sau nu, daca energia este potolita/micsorata de racirea la temperaturi foarte scazute. Tratamentul la temperaturi de -196 ...-1840C transforma austenita reziduala intr-o martensita dura. In timpul acestei transformari particulele mai mici de carburi (multe de marime nanometrica) sunt eliberate si distribuite in matricea martensitica. Ele sunt in plus pe langa particulele mai mari de carburi prezente inaintea racirii criogenice. Aceste particule mici de carburi ajuta la sustinerea matricei martensitice. In sculele aschietoare acestea reduc supraincalzirea muchiei taietoare si maresc rezistenta la uzare si duritatea la cald a sculei.





Tehnologia presupune un control termic monitorizat continuu prin reglarea fluxului de azot lichid in incinta de tratament. Controlul strict computerizat asigura rezultatele optime asteptate fara schimbari dimensionale sau aparitii de soc termic. TTCP determina aparitia carburilor microfine, unele de tip nano-carburi, care ocupa spatiul ramas (microgoluri), ceea ce duce la o structura mult mai densa si mai legata a otelului. Metalele racite profund (TTCP) dezvolta o microstructura mai uniforma si mai fina cu o densitate mai mare.





De asemenea substructura otelului devine una favorabila in sensul micsorarii tensiunilor de ordinul II (stare tensionala din structura redusa), maririi grauntilor de mozaic (retea perfecta cu calitati de rezistenta deosebite) si micsorarii densitatii de dislocatii (proprietati de rezistenta mari – cristalul tinde sa devina din ce in ce mai perfect).

În România diverse centre universitare sau de cercetare s-au multumit doar cu câteva aplicatii sporadice care au ramas la capitolul „optiuni”. Îmbunatatirile de substanta nu au fost cercetate. Autorul propunerii de proiect are prioritate nationala în sensul ca este si posesorul unei teze de doctorat în domeniu. Complexitatea propunerii consta in faptul ca proiectul cauta o solutie tehnica care sa conduca la un ansamblu de proprietati fizico-mecanice si caracteristici de uzura, favorabile unei asociatii optime durabilitate-eficienta, in conditiile constrangerilor tehnologice din tara noastra. In sprijinul specificului complex al proiectului se remarca caracterul multidisciplinar prin diversitatea activitatilor de cercetare (analiza structurala cantitativa si calitativa, incercari fizice, chimice, mecanice si tehnologice etc.), a tehnicilor si metodelor de analiza si control abordate (difractii Rx, metoda EDAX, TEM, SEM etc.) respectiv a sistemului expert de comanda si control

Originalitatea solutiei consta in asocierea unui sistem expert de comanda si control a unui sistem termic respectiv a unui sistem criogenic, asociat cu o tehnologie performanta de tratament termic care sa beneficieze de aportul frigului adanc pana la -1960C. Sistemul tehnologic respectiv modulul tehnologic rezultat trebuie sa fie capabil sa conduca procesul tehnologic incat sa se obtina proprietatile fizico-mecanice si tehnologice prescrise de tehnolog.

TTCP are o aplicatie foarte variata incepand de la oteluri pentru scule si organe de masini si continuand cu oteluri inox austenitic JN1 pentru electrozi de sudura, aliaje de aluminiu 7075-T651, 7050 pentru electozi de sudura, aliaje W/Cu etc. Ca rezultate estimate de desfasurarea proiectului mentionam: