MODYFIKACJA ŻELIWA W FORMIE Z JEDNOCZESNĄ JEGO FILTRACJĄ - PIERWSZE DOŚWIADCZENIA PRAKTYCZNE

Transkrypt

1 28/6 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2002, Rocznik 2, Nr 6 Archives of Foundry Year 2002, Volume 2, Book 6 PAN - Katowice PL ISSN MODYFIKACJA ŻELIWA W FORMIE Z JEDNOCZESNĄ JEGO FILTRACJĄ - PIERWSZE DOŚWIADCZENIA PRAKTYCZNE A. OŚCIŁOWSKI 1, W. PLIŚ 2 FERRO-TERM Sp. z o.o. ul. Przybyszewskiego 176, Łódź STRESZCZENIE W pracy omówiono nowatorską metodę modyfikacji żeliwa w formie odlewniczej połączoną z jednoczesnym filtrowaniem strugi metalu z wykorzystaniem piankowych filtrów ceramicznych. Przedstawiono doświadczenia FERRO-TERM jako producenta systemów modyfikująco- filtrujących oraz odlewni będących ich odbiorcami. Key words: ceramic foam filters, inoculation, filtration, liquid cast iron 1. WSTĘP POJĘCIA PODSTAWOWE 1.1. Modyfikacja Przez modyfikację rozumie się celowe dodawanie substancji powodujących wzmożone zarodkowanie w traktowanym stopie, mające na celu poprawę struktury a w konsekwencji parametrów technicznych stopu. Znane są rozmaite rodzaje modyfikatorów, różniące się składem chemicznym oraz postacią decydującą o sposobie wprowadzenia do ciekłego stopu. Generalnie wyróżnić można: - Modyfikację wstępną w piecu lub kadzi; - Modyfikację końcową w piecu przetrzymującym (zalewowym) lub przeprowadzaną w trakcie przelewania żeliwa lub jego zalewania do formy; - Modyfikację kombinowaną, będącą połączeniem modyfikacji wstępnej i końcowej w różnych konfiguracjach. 1 mgr inż., ferroterm@ferroterm.pl 2 mgr inż., ferroterm@ferroterm.pl 241

2 1.2. Filtrowanie stopów metali Filtrowanie jest procesem usuwania z płynnego stopu wtrąceń niemetalicznych metodą przepuszczenia strumienia metalu poprzez filtr umieszczony w układzie wlewowym. Poprzez usunięcie wtrąceń, uzyskuje się poprawę jakości powierzchni (zaró w- no surowych jak i obrabianych) oraz poprawę parametrów mechanicznych i plastyczn o- ści tworzywa odlewów. Znane są różne rodzaje filtrów np. tkaninowe, sitka jedno- i wielowarstwowe, piankowe filtry ceramiczne. Decyzja o typie zastosowanego filtra zależy od filtrowanego stopu oraz wymaganego stopnia oczyszczenia. 2. WPROWADZENIE Współcześni konstruktorzy odlewów w coraz większym stopniu starając się wykorzystać maksymalne parametry tworzyw, stawiają przed odlewnikami coraz wy ż- sze wymagania. Powstają konstrukcje o bardzo cienkich ściankach, jednocześnie przenoszące bardzo duże obciążenia, również często o charakterze zmęczeniowym. Od takich odlewów wymaga się zapewnienia wzorcowej struktury we wszystkich. przekrojach zarówno w cienkich jak i grubszych ściankach. Wiele odlewów np. tarcze hamulcowe, obrabianych jest na nowoczesnych, wysokowydajnych liniach, stosujących najwyższe parametry obróbcze. W takich odlewach niedopuszczalne są zarówno lokalne utwardzenia wynikające np. z zabieleń krawędziowych jak i wtrącenia niemetaliczne. Występowanie tego typu wad powodowało by przyspieszone zużycie narzędzi. Oczywiście wtrącenia niemetaliczne są najczęściej niedopuszczalne ze względów eksploatacyjnych. Podobnie ma się sprawa, choć z innych powodów, w przypadku cienkościennych odlewów z żeliwa sferoidalnego a szczególnie w przypadku odlewów z żeliwa GGG 40.3 (EN-GJS ) o gwarantowanej udarności w niskich temperaturach. Wymagane jest uzyskanie w całej objętości odlewu drobnoziarnistej struktury ferrytycznej z dużą ilością wydzieleń sferoidalnego grafitu. Oczywiście niedopuszczalne są również obce wtrącenia. Z kolei odlewy hydrauliczne częstokroć cienkościenne o stosunkowo rozb u- dowanej powierzchni wykazują dużą skłonność do zabieleń szczególnie krawędziowych. Wzrost twardości utrudnia a niejednokrotnie uniemożliwia obróbkę, co zmusza do wprowadzenia dodatkowej operacji wyżarzania zmiękczającego dla uratowania odlewów przed zabrakowaniem. W przypadku takich trudnych technologicznie odlewów częstokroć jedynym rozwiązaniem jest modyfikacja w formie oraz filtrowanie strugi metalu. Dla umożliwienia przeprowadzenia takiego procesu bez konieczności inwestowania, na przykład w drogie urządzenia do inżekcyjnego wprowadzania drobnozia r- nistego modyfikatora bezpośrednio do strugi podczas zalewania form, FERRO-TERM proponuje zastosowanie systemu modyfikująco filtrującego. 242

3 3. SYSTEMY MODYFIKUJĄCO FILTRUJĄCE ARCHIWUM ODLEWNICTWA System modyfikująco filtrujący składa się z produkowanego przez FERRO- TERM piankowego filtra ceramicznego o najwyższej skuteczności filtrowania oraz połączonej z nim trwale kostki modyfikującej: - GERMALLOY dla żeliwa sferoidalnego, - OPTIGRAN dla żeliwa szarego przodującej firmy SKW Giesserei- Technik GmbH. Kostka modyfikująca Filtr H C B A Rys. 1. Szkic systemu modyfikująco- filtrującego Fig. 1. Scheme of inoculation and filtration system Tabela 1.Systemy modyfikująco- filtrujące oferowane odlewniom przez FERRO- TERM Tabl 1. Inoculation and filtration system offered by FERRO-TERM to foundries Filtr Kostka modyfikująca Rodzaj żeliwa Ilość modyfikowana Czas zalewania AxBxC/H ppi mod. pełna ( 0,1%) mod. wtórna (0,06%) 10 GERMALLOY K20 SFERO 50x50x22/23 20 OPTIGRAN K20 SZARE 10 GERMALLOY K20 SFERO do 20 kg do 33 kg 7 sek. 60x60x22/23 20 OPTIGRAN K20 SZARE 10 GERMALLOY K40 SFERO 60x60x22/35 20 OPTIGRAN K40 SZARE 10 GERMALLOY K40 SFERO do 40 kg do 66 kg 11 sek. 75x75x22/35 20 OPTIGRAN K40 SZARE 10 GERMALLOY K60 SFERO 75x75x22/35 20 OPTIGRAN K60 SZARE do 60 kg do 99 kg 13 sek. 243

4 Skład chemiczny kostek modyfikujących GERMALLOY dla żeliwa sferoidalnego OPTIGRAN dla żeliwa szarego % Si %Al. 3,2-4,5 0,8-1,8 %Ca 0,3-1,5 0,3-1,4 %Mn 0 3,5-4,5 % metale ziem rzadkich ok. 0,5 ok. 0,5 %Fe reszta reszta gwarantuje uzyskanie bardzo dobrych efektów modyfikacji. 4. TECHNIKA ZASTOSOWANIA 4.1. Dobór układu wlewowego Dla odlewów z poziomą płaszczyzną podziału FERRO-TERM proponuje zastosować następujący układ wlewowy: Fwg Komora reakcyjna Fł min 20 Kostka modyfikująca Fbż2 ΣFwd 5-6 dookoła Filtr Fbż1 Fp min 100 Ok. 20 Komora mieszania pod filtrem Rys. 2. Szkic układu wlewowego Fig. 2.Scheme of gating system 244

5 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Przy projektowaniu przekrojów poszczególnych elementów układu wlewowego zaleca się zachować następujące proporcje: Fwg = Fł : Fbż1 = Fp = Fbż2 : ΣFwd 1 : 0,75 0,80 : 0,80 0,85 proporcje przekrojów zostały dobrane tak aby dzięki zahamowaniom przy przejściu z komory mieszania do belki żużlowej i pomiędzy belką żużlową 2 a wlewami doprowadzającymi zapewnić równomierne rozpuszczenia modyfikatora i ujednorodnienia składu w komorze mieszania. Również próby zastosowania systemów modyfikująco- filtrujących przy pionowym ustawieniu filtra wypadły pozytywnie. Dobór systemu modyfikująco- filtrującego INFERR opisano w karcie informacyjnej Systemy modyfikująco- filtrujące. 5. PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ Systemy modyfikująco- filtrujące produkcji FERRO-TERM Sp. z o.o. zostały zastos o- wane przy produkcji odlewów o różnym stopniu skomplikowania w kilku przodujących krajowych odlewniach. Poniżej przedstawiamy wyniki przeprowadzonych prób w p o- równaniu z dotychczas stosowanymi metodami produkcji Wentylowana tarcza hamulcowa Rys. 3. Tarcza hamulcowa wentylowana dominująca grubość ścianki 9 mm. Fig 3. Ventilated brake disk dominant wall thickness 9 mm. 245

6 Metoda tradycyjna Technologia obróbki metalu: Metal wyjściowy modyfikowano-0,2 % INOGEN 75 na strugę metalu+ 0,02 % RZM (ziarnisty) do formy. Uzyskane parametry -twardość odlewów:207, 212, 217, 217, 217 HB Obraz mikrostruktury grafitu i osnowy metalowej: Grafit Gr1-równomiernie rozmieszczony+ Gr7-międzydendrytyczny, wielkość Gw25; Osnowa- Perlit ok. 85% i ferryt ok. 15% (występują wydzielenia eutektyki fosforowej) Efekt modyfikacji wyrażony kształtem grafitu nienajlepszy Metoda z użyciem systemu modyfikująco filtrującego Technologia obróbki metalu OPTIGRAN K40 na filtrze 60 x 60 x 22 ppi 10 Uzyskane parametry -twardość odlewów:207, 207, 207, 207, 212 Obraz mikrostruktury grafitu i osnowy metalowej: Grafit Gr1-równomiernie rozmieszczony, wielkość Gw90 i 180; Osnowa- Perlit 100%. Efekt modyfikacji wyrażony kształtem grafitu dobry. WNIOSEK: stosując system modyfikująco- filtrujący z Optigranem można uzyskać żądane parametry przy jednym zabiegu modyfikacji w formie Korpus zacisku dwutłoczkowy Rys. 4. Korpus zacisku dwutłoczkowy grubość ścianki zróżnicowana. Fig. 4. Frame of disk brake caliper Wall thickness diversified. METAL Gatunek GGG 50 (żeliwo sferoidalne gat ) Metalochłonność formy- 30 kg Temperatura zalewania C Technologia obróbki metalu (GGG 50) Sferoidyzację i modyfikację pierwotną przeprowadzono w kadzi metodą sandwich. 246

7 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Modyfikacja wtórna: Metoda tradycyjna Poprzez wdmuchiwanie do strugi drobnoziarnistego modyfikatora 80 g na formę Metoda z użyciem systemu modyfikująco filtrującego GERMALLOY K20 na filtrze 50 x 50 x 22 PPI 10 Uzyskane parametry tworzywa (w obu przypadkach jednakowe) Cienka ścianka (próbka 1): Grafit: Gf9-Gw25 80%; Gf8-Gw25 20% Osnowa metalowa: P45- Pf1 Grubsza ścianka(próbka 2): Grafit: Gf9-Gw25 70%; Gf8-Gw25 30% Osnowa metalowa: P70- Pf1 WNIOSEK : Dzięki zastosowaniu systemu modyfikująco- filtrującego możliwe jest uzyskanie równie dobrej struktury tworzywa przy 3 -krotnie mniejszym zużyciu modyfikatora. 6. PODSUMOWANIE Dotychczas przeprowadzone próby potwierdzają skuteczność działania syst e- mów modyfikująco-filtrujących, zarówno przy zastosowaniu ich w przypadku odlewów z żeliwa szarego jak i sferoidalnego. Dzięki zastosowaniu bardzo efektywnej modyfikacji końcowej w formie łącznie z filtrowaniem ciekłego stopu, Odlewnia osiągnąć może następujące korzyści: Modyfikowanie bez zaniku efektu modyfikacji; Bardzo skuteczne zapobieganie zabieleniom; Uzyskanie drobnoziarnistej struktury osnowy z bardzo licznymi wydzieleniami kulek lub płatków grafitu; Bardzo skuteczne filtrowanie metalu; Możliwe jest uzyskanie ferrytycznej struktury o wysokich wydłużeniach; Oszczędne zużycie modyfikatorów dzięki modyfikacji bez dostępu powietrza i tuż przed dostaniem się metalu do wnęki formy; Możliwe staje się uzyskanie bardzo trudnych technologicznie odlewów bez dużych nakładów inwestycyjnych; Renoma Odlewni rośnie dzięki bezbrakowej i nie podlegającej reklamacjom produkcji. 247

8 INOCULATION AND FILTRATION SYSTEM PRACTICAL EXPERIENCE IN FERRO-TERM SUMMARY An innovative method of cast iron inoculation with simultaneous filtration of liquid cast iron with use of ceramic foam filters has been described. There has been presented FERRO-TERM experience as a producer of inoculation and filtration system INFERR and experience of foundries which are its receives. Recenzował: prof. dr hab. inż. Stanisław Pietrowski 248