PROGNOZOWANIE WŁACIWOCI SYNTETYCZNYCH MAS FORMIERSKICH W OPARCIU O WYBRANE PARAMETRY MATERIAŁÓW FORMIERSKICH

Transkrypt

1 55/21 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 21(1/2) ARCHIVES OF FOUNDARY Year 2006, Volume 6, Nº 21 (1/2) PAN Katowice PL ISSN PROGNOZOWANIE WŁACIWOCI SYNTETYCZNYCH MAS FORMIERSKICH W OPARCIU O WYBRANE PARAMETRY MATERIAŁÓW FORMIERSKICH J. St. Kowalski 1 Politechnika Krakowska, Instytut Inynierii Materiałowej, Zespół Odlewnictwa, al. Jana Pawła II 37, Kraków STRESZCZENIE W opracowaniu przedstawiono problem doboru składu mas formierskich ze wzgldu na ich właciwoci w warunkach kontaktu z ciekłym metalem. Badania zjawisk zachodzcych w wysokich temperaturach umoliwiaj dokonanie oceny przydatnoci składu mas formierskich w rzeczywistych warunkach pracy, eliminujc moliwo powstawania wad odlewniczych pochodzcych od masy formierskiej. Key words: properties, synthetic moulding sand. 1. WSTP Przez pojcie właciwoci formierskich rozumie si taki stan masy, w którym ma ona optymalne właciwoci pod wzgldem przydatnoci do formowania [1]. Stosowanie klasycznych metod pomiaru właciwoci mas formierskich pozwala w zasadzie na okrelenie ich przydatnoci do formowania, natomiast rzeczywiste warunki pracy okrela si w oparciu o praktyk oraz obserwacj surowego odlewu. Masa formierska, jako mieszanina podstawowych i pomocniczych materiałów formierskich, posiada skład ustalany na podstawie analizy właciwoci wytrzymałociowych i technologicznych otrzymanych w wyniku bada. Przeprowadza si je stosujc róne zawartoci lepiszcza i wilgotnoci (stosunek wodno-glinowy). Skład masy (udział podstawowych materiałów formierskich i wody) ustala si wic tak, aby uzyska optymalne właciwoci co nie oznacza w kadym przypadku najwysze 1 dr in., jskowal@mech.pk.edu.pl

2 Rys. 1. Wpływ wilgotnoci na podstawowe właciwoci masy formierskiej [1] Fig. 1. The impact of humidity on basic properties of moulding sand 480

3 wytrzymałociowe i technologiczne. Zazwyczaj w tym celu posługujemy si skomplikowanymi, wielowykresowymi diagramami, sporzdzonymi dla konkretnych zestawów materiałów formierskich (rys. 1). Jednak działania takie daj w efekcie mas o dobrych właciwociach formierskich ale nie gwarantuj odpowiednich właciwoci termicznych. Ciekły metal,wpływajc do wnki formy, oddaje ciepło masie formierskiej. Podniesienie temperatury powoduje zmian właciwoci masy poprzez zmian jej objtoci, a tym samym powstanie napre w formie. Dowolne jednostki powierzchni wnki formy znajduj si w stanie napre, powstałych w wyniku warstwowego rozkładu temperatur, powodujc róny stopie zmian objtociowych masy formierskiej. W praktyce nie ma takich form odlewniczych, których powierzchniowe warstwy masy mogłyby rozszerza si bez przeszkód. Najwiksze naprenia, powstałe w wyniku hamowanej rozszerzalnoci, wystpuj w przypadku duych, płaskich i nieprzerwanych powierzchni wnki formy. Powoduj one oderwanie si warstwy masy (o wyszej temperaturze) od warstw głbiej lecych (o niszej temperaturze), co doprowadza do powstania wad odlewniczych. Rozwaania tego typu prowadz do konkluzji, i powstanie napre w formach, po zalaniu ich ciekłym metalem, stanowi powane utrudnienie w otrzymywaniu odlewów zdrowych, bez wad powierzchniowych. Powysze rozwaania wskazuj wyranie na istotn potrzeb prowadzenia bada zjawisk dylatacyjnych, których celem byłoby zastosowanie mas o składzie optymalnym, zarówno z punktu widzenia właciwoci technologicznych zwizanych z procesem formowania, jak i zachowania si formy podczas zalewania jej ciekłym metalem i jego krzepnicia. 2. BADANIA WŁASNE Badania przeprowadzono na masach formierskich, sporzdzonych z materiałów formierskich najczciej stosowanych w produkcji odlewów eliwnych i staliwnych, tj.: piaski - Krzeszówek, Zbiec rednioziarnisty, Bukowno, bentonity - Bentomak i ZGM. Zawarto spoiwa (bentonitu) wynosiła: 5, 7, 10%, wilgotno mas: 2, 3, 4 i 5%. Doboru tych materiałów dokonano w oparciu o badania podstawowe, W W W W okrelajce własnoci technologiczne, takie jak: R, R, P, S, W, W. Próbki do pomiaru dylatacji swobodnej (metoda I.O.) oraz dylatacji pod obcieniem (piec Dieterta) wykonano wg. zasad zalecanych przez H. Dieterta i innych [2]. Do bada dylatometrycznych wybrano 19 najbardziej charakterystycznych mas z całego zestawu (72 masy). Dla kadej z wybranych mas przeprowadzono badania: 1. badanie dylatacji swobodnej (metoda I.O.) a) w temperaturze 400 C; b) w temperaturze 500 C; c) w temperaturze 600 C. 2. badanie dylatacji pod obcieniem wstpnym (metoda Dieterta) a) w temperaturze 400 C; 481 c r bent masy

4 b) w temperaturze 500 C; c) w temperaturze 600 C. Interesujco przedstawiaj si wyniki tych bada, pokazane na rys. 2, w formie wykresów trójwymiarowych i map, przedstawiajcych zalenoci przyrostu Przyrost wytrzymałoci na ciskanie Rct [MPa] Stosunek w/g Rys. 2a Przyrost wydłuenia l [mm] 482

5 Przyrost wytrzymałoci na ciskanie Rct [mm] Stosunek w/g Rys. 2b Przyrost wydłuenia l [mm] 483

6 Przyrost wytrzymałoci na ciskanie Rct [MPa] Stosunek w/g Przyrost wydłuenia l [mm] Rys. 2c. Zaleno przyrostu wytrzymałoci na ciskanie R c t oraz przyrostu wydłuenia l w funkcji stosunku wodno-glinowego w/g dla mas o składzie: spoiwo Bentomak i piasek Krzeszówek. 2a - temperatura 400 C, 2b - temperatura 500 C, 2c - temperatura 600 C. Fig. 2c. Dependance of squeeze durability R c t and the length increase l in the function of clay - water w/g relation for sands consisting of : joint Bentomak and sand Krzeszówek. 484

7 t wytrzymałoci na ciskanie R c i przyrostu wydłuenia w funkcji stosunku wodnoglinowego, wykonane dla mas, w skład których wchodził piasek Krzeszówek oraz Bentomak, badanych w temperaturach 400 (rys. 2a), 500 (rys. 2b) i 600 C (rys. 2c). Taki sposób opracowania wyników umoliwia precyzyjny dobór składu masy (zawartoci spoiwa i wilgotnoci), bd okrelania wartoci dylatacji, przy znajomoci przyrostu wytrzymałoci. Analiza tych wykresów pozwala na stwierdzenie braku prostych zalenoci pomidzy poszczególnymi parametrami. PODSUMOWANIE Dobór składu mas formierskich do ktem tylko przydatnoci do formowania, jest błdem, jako e nie uwzgldnia zjawisk zwizanych z wysok temperatur metalu i jego działaniami erozyjnymi. Wady erozyjne powstaj w zasadzie w tych miejscach formy, gdzie metal płynie z najwiksz szybkoci, natomiast wady spowodowane zmianami dylatacyjnymi (objtociowymi) oraz powstałymi napreniami, mog powsta w całej wnce formy. W praktyce nie ma takich form odlewniczych, których powierzchniowe warstwy masy mogłyby rozszerza si bez przeszkód. Najwiksze naprenia, powstałe w wyniku hamowanej rozszerzalnoci, wystpuj w przypadku duych, płaskich i nieprzerwanych powierzchni wnki formy. Powoduj one oderwanie si warstwy masy (o wyszej temperaturze) od warstw głbiej lecych (o niszej temperaturze), co doprowadza do powstania wad odlewniczych. Rozwaania tego typu prowadz do konkluzji, i powstanie napre w formach, po zalaniu ich ciekłym metalem, stanowi powane utrudnienie w otrzymywaniu odlewów zdrowych, bez wad powierzchniowych. Z tych te wzgldów powinno si bra pod uwag, podczas doboru masy formierskiej i te aspekty majce wpływ na jako produkowanych odlewów. LITERATURA [1] J. L. Lewandowski: Tworzywa na formy odlewnicze. Wyd. Akapit, Kraków (1997). [2] E. Goerlich: Chemia krzemianów. Wyd. PWN Warszawa, (1973). [3] A. Baliski i in.: Komputerowa, trójwymiarowa ocena skłonnoci mas bentonitowych do tworzenia powierzchniowych wad odlewów. Opracowanie dla KBN, Instytut Odlewnictwa, Kraków

8 PROGNOSING PROPERTIES OF SYNTHETIC MOULDING SAND ON THE BASIS OF SELECTED PARAMETERS OF MOULDING MATERIALS SUMMARY The presents study deals with the issue of selection of moulding sand with regard to its properties conditioned by contact with liquid metal. Studies of the reactions occurring at elevated temperatures enable us to evaluate the sand applicability at the real condition of performance and to eliminate the possibility of formation of defects in casting caused by the sand. Recenzował: prof. Mariusz Holtzer 486