BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH CIENKOŚCIENNYCH FORM POWŁOKOWYCH

Transkrypt

1 16/18 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rk 006, Rcznik 6, Nr 18 (/) ARCHIVES OF FOUNDRY Year 006, Vlume 6, N 18 (/) PAN Katwice PL ISSN BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH CIENKOŚCIENNYCH FORM POWŁOKOWYCH M. NADOLSKI 1 Plitechnika Częstchwska WIPMiFS Katedra Odlewnictwa al. Armii Krajwej 19, 4-00 Częstchwa. STRESZCZENIE W pracy zaprezentwan metdy badań właściwści mechanicznych cienkściennych frm pwłkwych wyknanych w metdzie wytapianych mdeli. W celu znaczenia wytrzymałści na zginanie zastswan metdę pmiaru zbliżną d testu MOR (Mdulus f Rupture) uzupełniną pmiar ugięcia próbki przy bciążeniu krytycznym. Materiał badawczy pbran z dwóch różnych dlewni precyzyjnych. Key wrds: ceramic muld, investment casting, mdulus f rupture 1. WSTĘP Dla kreślenia dprnści na pękanie materiałów ceramicznych pracwan wiele metdlgii i technik, a najbardziej rzpwszechniną jest próba zginania kreślana w literaturze angljęzycznej terminem Mdulus f Rupture (MOR). Termin ten jest również sptykany w krajwych publikacjach [1], a jeg szczegółwą cenę i analizę znaleźć mżna w pracy Okhuysen a i Vigt a []. Pmiar przeprwadza się na uniwersalnej maszynie wytrzymałściwej w systemie trójpunktweg (3P) lub czterpunktweg (4P) zginania rys. 1. Prstpadłścienną próbkę umieszcza się na dlnych pdprach rzpiętści L 0 i bciąża jej śrdek siłą skupiną P dla systemu 3P lub siła ta jest rzłżna symetrycznie na dwie składwe P/ działające w rzstępie L i dla systemu 4P. W bu przypadkach dprnść na pękanie wyrażana wskaźnikiem MOR jest równważna 1 Mgr inż., nadzii@mim.pcz.czest.pl 61

2 maksymalnej wartści naprężeń rzciągających σ ƒ przy bciążeniu krytycznym P max pwdującym pękanie próbki. Wartści naprężeń wyznaczane są ze wzru: 3Pmax( Li ) MOR = σ f = (1) BW gdzie: B i W są dpwiedni szerkścią i wyskścią próbki. W przypadku systemu 4P w próbce na rzpiętści L i jest generwany mment zginający bez naprężeń ścinających, bciążenie działa na większą bjętść materiału c czyni pmiar bardziej wiarygdnym. Speciment P. a) Speciment P./ Li P./ b) Rys. 1. Schemat bciążenia a) trój- b) czterpunktwy Fig. 1. a) Three- and b) fur- pint lading gemetries W zależnści d stanu próbki, warunków eksperymentu wynik pmiaru MOR uzupełniany jest infrmację z jakieg etapu prcesu technlgiczneg pchdzi materiał badawczy. Stswany jest zapis według pniższej reguły [3]: - MOR1 wyznaczana na próbce wysusznej w zakresie temperatur wytapiania zestawów mdelwych, - MOR wyznaczana na próbce wyżarznej w 1000 C i studznej, - MOR3 wyznaczana na grąc w temperaturze wyżarzania. Pmcniczym wskaźnikiem ceny jakści twrzywa frmy pwłkwej jest ugięcie ƒ. Wskaźnik ten pdaje maksymalne ugięcie próbki (ƒ max ) przy bciążeniu krytycznym, wywłującym pęknięcie materiału. Ugięcie zazwyczaj wyznaczane jest na próbkach wysusznych (bez wypalania) i rzadk występuje samdzielnie [4]. Ugięcie f prstpadłściennej próbki przy symetrycznym bciążeniu wyraża wzór: 6

3 f 3 PL = C f () EJ x w którym E jest mdułem sprężystści materiału, J x mmentem bezwładnści przekrju. Wartść stałej C f zależy d systemu bciążania i wynsi dla systemu 3P C f =0,008, a dla systemu 4P L i /L =1/3 C f =0,0177. Isttnym wskaźnikiem z punktu widzenia zachwania materiału próbki wg Dlesa [5] jest wskaźnik pru pękania FI wyznaczany na pdstawie pmiaru pla pwierzchni pd krzywą w układzie współrzędnych naprężenie σ dkształcenie ε. Krzywa defleksyjna σ=ψ(ε) jest uzyskiwana w wyniku transfrmacji wyników kntrlwaneg zginania próbki, pdczas któreg uzyskuje się współrzędne (siła strzałka ugięcia) krzywej pmiarwej P=φ(f). W krzywej tej znajdują dbicie nie tylk fizyczne cechy badaneg materiału, lecz także wymiary próbki i rdzaj systemu zginania. Dane pierwtne transfrmuje się d układu σ - ε, wykrzystując zależnści: σ = Cn P (3) BW W ε = Kn f (4) L wartść stałych C n i K n dla systemu 3P wynszą dpwiedni C 3 =3/, K 3 =6, a dla systemu 4P C 4 =1, K 4 =4,696. P przeknwertwaniu wyników i uzyskaniu krzywej defleksyjnej kreśla się liczbwą wartść wskaźnika FI przez wyliczenie wielkści pla pwierzchni pd krzywą w granicach 0 ε max całki σd ε, c przy wykrzystaniu zależnści (3) i (4) mżna przedstawić następując: Cn KnW Cn KnW CnKn σ dε = ( P( f )) d( f ) = ( P( f ))( ) df P( f ) df (5) BW L BW L BWL Ostatni człn zapisu (5) kreśla pracę siły P (f) na drdze f. Jest t praca pknania pru stawianeg przez twrzyw pdczas zginania, d uzyskania ugięcia f max, które kńczy test. Występujący w mianwniku statnieg człnu ilczyn BWL jest efektywną bjętścią próbki, pddaną dkształcenim w strefie międzypdprwej L.. CEL BADAŃ Celem badań był prównanie właściwści mechanicznych dwóch materiałów ceramicznych frmy pwłkwej wyknanej metdą zanurzeniw bsypkwą w technlgii wytapianeg mdelu w tym kreślenie wielkści MOR1 i FI. 63

4 3. METODYKA BADAŃ Badania prwadzn na próbkach ziarnistych wyknanych w warunkach przemysłwych w dwóch różnych dlewniach krajwych. Spiwem w bydwu przypadkach był wdny rztwór krzeminki klidalnej. W próbie zginania użyt prstpadłściennych próbek wymiarach kł 00 x 0 x 7mm wycinanych tarczą diamentwą z większych płytek ceramicznych, następnie wygładznych przy użyciu papieru ścierneg. Próbki przed pmiarem były mierzne (0,05 mm) i ważne (0,01g). Dla wyznaczenia pdstawwych wskaźników wytrzymałściwych (MOR1, ƒ, FI) stswan precyzyjny deflektmetr z czterpunktwym systemem zginania, kntrlwanym ugięciem próbki raz regulwanym wzrstem bciążenia rys.. Przyrst bciążenia w przeprwadznych badaniach był stały i wynsił g/s. Wartść średnią wskaźników wyznaczan w parciu 5 pmiarów dla każdeg materiału ceramiczneg. 4.WYNIKI BADAŃ Rys.. Deflektmert 4P Fig.. Fur-pint deflectmeter W tabeli 1 zestawin średnie wartści MOR1, dchylenia standardweg Stand, ugięcia ƒ max raz wskaźnika pękania FI i gęstści badaneg materiału ρ. Tabela 1. Wyniki właściwści mechanicznych ceramicznych frm pwłkwych Table 1. Result f mechanical prperties f investment casting shell nr masy MOR1 Stand ƒ max FI ρ [MPa] [MPa] [mm] [kj/m 3 ] [g/cm 3 ] 1,3 0,1934 0,87 0,43 1,74 5,75 0,7917 0,55 3,55 1,7 64

5 Na pdstawie przeprwadznych eksperymentów wyznaczn krzywe defleksyjne prównywanych mas 1 i, bliczn ple pwierzchni pd krzywą w zakresie dkształcenia. Wybrane krzywe defleksyjne dla mas 1 i zaprezentwan graficznie na rys PODSUMOWANIE Rys. 3. Graficzne zestawienie wyników Fig. 3. Graphic presentatin f results Wartść MOR1 dla masy 1 na pzimie,3 MPa i stand. 0,19 MPa jest wartścią zdecydwanie niską, zbliżną d minimalnej wartści kreślnej w praktyce przemysłwej na pzimie kł,4 MPa [6]. Pnad dwukrtna różnica w wartściach σ max badanych materiałów jest wynikiem zastswania różnych materiałów snwy d budwy frmy, a przebieg i nachylenie krzywych defleksyjnych kreślają pór stawiany przez badany materiał d uzyskania ugięcia ƒ max kńcząceg test. Bardziej zdecydwaną różnicę bserwuje się prównując FI badanych materiałów c czyni cały test bardziej czułym. Z teg pwdu pmiar MOR wzbgacny wielkść pracy łamania P (f) na drdze ƒ daje pełniejszą infrmację zachwaniu materiału frmy pdczas kntrlwanej próby zniszczenia. Prpnwany spsób badania ceramiczneg materiału frmy pwłkwej mże stanwić uzupełnienie znanych metd badawczych stswanych dla teg rdzaju frm 65

6 LITERATURA [1] R. Haratym, A. Karwiński: Wpływ wybranych parametrów prcesu technlgiczneg na wytrzymałść i przepuszczalnść frm ceramicznych wyknywanych metdą wytapianych mdeli (MWM), Acta Metallurgica Slvaca, 00, 8, ; [] V. Okhuysen, R. C. Vigt: Critical Assessment Of Mdulus Of Rupture (MOR) Testing, Investment Casting Institute, 4nd Annual Technical Meeting, 1994, paper 4, 1-9; [3] Z. Piłkwski, M. Nadlski: Niektóre prblemy wytrzymałści cienkściennych frm dlewniczych, Archiwum Odlewnictwa, PAN Oddział Katwice, Katwice, 004, r.4, nr 14, s ; [4] Z. Piłkwski: Krzywe defleksyjne i wskaźniki pękania w badaniach twrzyw na frmy pwłkwe, Archiwum Odlewnictwa, 005, r.5, nr 15, s ; [5] R.S. Dles: Methd f increasing the strength and slids level f investment casting shells, Pat USA , 003, 1 Apr; [6] M. Guerra: Fast prcessing water based binder system, Pat. USA INVESTIGATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF SHELL MOLDS FOR INVESTMENTS CASTING SUMMARY The methds f investigatin f mechanical prperties f shell mlds fr investment casting are described in the paper. Measuring methd similar t the MOR test cmpleted with the measurement f deflectin at the critical lad has been applied in rder t determine the bending strength. Recenzwał: Prf. Zbigniew Piłkwski 66