WYTWARZANIE ODLEWÓW Z ELIWA ADI METOD WYTAPIANYCH MODELI. A. KOWALSKI 1. Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiaska, Kraków.

Transkrypt

1 35/21 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 WYTWARZANIE ODLEWÓW Z ELIWA ADI METOD WYTAPIANYCH MODELI A. KOWALSKI 1. Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiaska, Kraków. STRESZCZENIE Przedstawiono technologi produkcji odlewów z ADI metod wytapianych modeli. Opisano technologi formy, stanowisko do sferoidyzacji metod drutow, lini technologiczn do hartowania izotermicznego odlewów. Podano przykłady produkcji odlewów z ADI metod wytapianych modeli i ich własnoci przed i po obróbce cieplnej: mikrostruktur, wytrzymało na rozciganie, wydłuenie i twardo. Key words: ADI, austempering, mechanical properties 1. WPROWADZENIE Prace prowadzone w Instytucie Odlewnictwa nad eliwem ADI koncentrowały si głównie na eliwie z dodatkiem Ni i Cu. Opracowano technologi wytwarzania rónych gatunków ADI wg normy EN Pierwszy etap prac miał na celu uzyskiwanie w sposób powtarzalny podstawowych gatunków ADI oraz okrelenie podstawowych właciwoci mechanicznych. Nastpnie przystpiono do produkcji rónego typu odlewów. Ostatnie prace skoncentrowano na odlewach wykonywanych metod wytapianych modeli, ze wzgldu na szczególn przydatno tej technologii do eliwa ADI, a m.in. moliwo uzyskiwania drobnoziarnistej struktury eliwa o duej iloci sferoidów grafitu oraz prawie całkowit eliminacj obróbki mechanicznej 1 dr in., awkowal@iod.krakow.pl

2 2. PRZYKŁADY ODLEWÓW Z ADI WYKONYWANYCH W INSTYTUCIE ODLEWNICTWA METOD WYTAPIANYCH MODELI Zakład Dowiadczalny Instytutu Odlewnictwa (obecnie spółka Specodlew) wykonuje odlewy metod tradycyjna w formach piaskowych a take metod traconego wosku (investment castings). Ta ostatnia technologia nie była dotychczas stosowana w produkcji odlewów z ADI, a wydaje si godna uwagi włanie dla tego rodzaju tworzywa. Odmienne warunki szybszego odprowadzania ciepła i krzepnicia odlewów z eliwa sferoidalnego przyczyniaj si do powstawania drobnoziarnistej struktury odlewów, a co za tym idzie, znacznej liczby drobnych sferoidów grafitu. Powinno to wpływa korzystnie na własnoci wytrzymałociowe i plastyczne odlewów z ADI. Piercie Element tamy w chłodni tamowej spieków. Element ten dotychczas był wykonywany ze staliwa 55LI ulepszanego cieplnie. Ogniwo gsienicy Odlewy ogniwa gsienicy s stosowane w maszynach do układania torów w kolejnictwie. Odlewy te były dotychczas wykonywane z eliwa gat. EN-GJS wg EN 1563 i importowane z zagranicy (rys. 1) Wkładki do wypychaczy w produkcji pustaków Elementy te były wykonywane ze stali. Odlane z eliwa ADI s tasze w produkcji i bardziej wytrzymałe Łoa do zwrotnic kolejowych Pocztkowo wytaczane z odkuwek stalowych, duym nakładem pracochłonnoci i kosztów, w dalszym etapie odlewane ze staliwa przy duej iloci wad. Zastpienie tych tworzyw eliwem ADI przyniosło znaczne oszczdnoci kosztów produkcji przy zadowalajcej trwałoci (rys. 2). Rys. 1. Ogniwo gsienicy. GJS Fig. 1. Caterpilar ring GJS Rys. 2. Łoe. GJS Fig. 2. Cradle. GJS

3 3. TECHNOLOGIA PRODUKCJI 3.1. Formy Do odlewania zastosowano samonone formy ceramiczne, wykonane metod wytapianych modeli. Zastosowano technologie wykonania formy, według której na modele woskowe nanosi si na przemian ciekłe masy ceramiczne, zawierajce spoiwo w postaci zolu kwasu krzemowego lub zhydrolizowanego krzemianu etylu. W takim przypadku wykorzystuje si rónice wykładnika jonów wodorowych ph poszczególnych spoiw, co powoduje wzajemne dodatkowe wizanie poszczególnych powłok, a w efekcie kocowym skraca czas wykonania form i gwarantuje właciwoci mechaniczne, umoliwiajc zastosowanie form samononych. Formy wykonano stosujc: zol kwasu krzemowego Sizol 030, krzemian etylu Silbond 40, materiały ceramiczne: mczka kwarcu krystalicznego oraz materiał do posypywania w postaci piasku kwarcowego o trzech rónych składach ziarnowych, temperatur wyarzania wynoszc C Topienie i sferoidyzacja eliwo wytapiano w piecu indukcyjnym redniej czstotliwoci o wyłoeniu kwanym. Sferoidyzacj i modyfikacj prowadzono metod przewodu elastycznego wypełnionego FeiMg (metoda drutowa). Stanowisko sferoidyzacji przewodem z Mg zostało zainstalowane w hali Odlewni Precyzyjnej (rys. 3 i 4). Podstawowym elementem konstrukcji jest platforma, na której umieszczono podajnik dwu-yłowy wyprodukowany przez Przedsibiorstwo PRODRUT Sp z o.o. z Gliwic oraz zwój przewodu rdzeniowego na specjalnym stelau (tej samej produkcji). Z boku platformy zamocowana jest pokrywa z rur transportujc przewód rdzeniowy oraz odcig pyłów i gazów połczony przez wentylator z ogóln instalacj odpylania odlewni Obróbka cieplna W Instytucie Odlewnictwa zainstalowano prototyp agregatu do hartowania z przemian izotermiczn odlewów eliwnych oraz opracowano technologi produkcji odlewów z eliwa ADI w skali przemysłowej. 323

4 Tabela 1. Parametry obróbki cieplnej Table 1. Heat treatment parameters Odlew Austenityzacja Wychładzanie izotermiczne Temperatura Czas Temperatura Czas Piercie ,5 Gsienica ,5 Kształtka ,5 Łoe Rys. 3. Schemat urzdzenia do sferoidyzacji i modyfikacji eliwa metod przewodu elastycznego Fig. 3. Diagram of device for cast iron Mgtreatment and inoculation with flexible line Rys. 4. Stanowisko firmy PRODRUT w Odlewni Precyzyjnej IOd do sferoidyzacji i modyfikacji eliwa Fig. 4. Stand of PRODRUT company for cast iron Mg-treatment and inoculation mounted in FRI Investment Foundry Schemat linii produkcyjnej przedstawiono na rys. 5. Rys. 5. Linia technologiczna LT ADI-350/1000 do hartowania z przemian izotermiczn i wytwarzania odlewów z ADI Fig. 5. LT ADI-350/1000 technological line for austempering and manufacturing ADI castings 324

5 3.4. Własnoci eliwa odlewów Tabela 2. Skład chemiczny odlewów z ADI Table 2. Chemical composition of ADI castings Odlew Skład chemiczny, % C Si Mn P S Mg Ni Cu Piercie 3,68 2,66 o,07 0,035 0,010 0,068 1,67 0,78 Gsienica 3,55 2,43 0,17 0,043 0,010 0,071 1,48 0,85 Kształtka 3,71 2,56 0,21 0,045 0,013 0,046 0,98 0,52 Łoe 3,60 2,70 0,23 0,031 0,015 0,060 1,48 0,60 Tabela 3. Własnoci mechaniczne Table 3. Mechanical properties Odlew Stan Własnoci mechaniczne Piercie Po odlaniu ,1 276 Po hartowaniu izotermicznym ,4 398 Po odlaniu 703-3,1 243 Gsienica Po hartowaniu izotermicznym ,4 302 Kształtka Po odlaniu ,6 248 Po hartowaniu izotermicznym ,1 444 Po odlaniu 765-3,8 223 Łoe Po hartowaniu izotermicznym ,1 275 Wszystkie odlewy charakteryzowały si drobnoziarnist struktur. rednia liczba sferoidów wynosiła ok. 200/mm 2, a ich rednica 15 µm. Na rys. 6 pokazano struktur eliwa po odlaniu, a na rys. 7 po hartowaniu izotermicznym. 4. PODSUMOWANIE Agregat do kompleksowej obróbki cieplnej eliwa ADI jest jedynym tego typu urzdzeniem w kraju i pozwala na uzyskiwanie eliwa ADI w rónych gatunkach wg norm EN, ASTM i ISO. Sferoidyzacja eliwa metod przewodu elastycznego wypełnionego FeSiMg jest bardzo efektywna i pozwala na precyzyjne dozowanie sferoidyzatora i modyfikatora, co zapewnia wysok jako obrabianego eliwa. Ma to szczególne znaczenie przy produkcji odlewów z ADI Metoda wytapianych modeli jest szczególnie godna polecenia do produkcji odlewów z ADI gdy pozwala na uzyskiwanie odlewów o drobnoziarnistej strukturze i wysokich parametrach wytrzymałociowych, bez koniecznoci dalszej obróbki mechanicznej Odlewy z eliwa ADI wykonywane metod wytapianych modeli, dziki specyfice tej technologii pozwalaj na otrzymywanie odlewów near net shape praktycznie 325

6 nie wymagajcych obróbki mechanicznej. Pozwala to na osignicie znacznych oszczdnoci, szczególnie przy produkcji odlewów z tzw. gatunków twardych, tj. o wytrzymałoci powyej 1000 MPa Rys. 6. Mikrostruktura odlewu łoa w stanie odlanym. Perlit, ferryt, grafit kulkowy, pow. 500x, traw. Nitalem Fig. 6. Microstructure of cradle casting in ascast state. Pearlite, ferrite, spheroidal graphite, magn. 500x, Nital etched Rys. 7. Mikrostruktura odlewu łoa po hartowaniu izotermicznym: ausferryt górny w eliwie ADI: - ferryt, austenit, grafit kulkowy, pow. 800x, traw. odcz. Braha Fig. 7. Microstructure of cradle casting after austempering: upper austenite in ADI: - ferrite, austenite, spheroidal graphite magn. 00x, Beraha agent etched SUMMARY MANUFACTURING OF ADI CASTINGS APPLYING INVESTMENT CASTING PROCESS Technology of ADI casting manufacturing applying investment casting process was presented. Mould technology, stand for Mg-treatment by flexible line, technological line for austempering were described. Examples of castings made by lost wax technology, their properties before and after heat treatment, i.e.: microstructure, tensile strength, elongation and hardness were given. Recenzował: prof. Edward Guzik. 326