Nowa ekologiczna metoda wykonywania odlewów z żeliwa sferoidyzowanego lub wermikularyzowanego w formie odlewniczej

Transkrypt

1 PROJEKT NR: POIG /08 Badania i rozwój nowoczesnej technologii tworzyw odlewniczych odpornych na zmęczenie cieplne Nowa ekologiczna metoda wykonywania odlewów z żeliwa sferoidyzowanego lub wermikularyzowanego w formie odlewniczej Autorzy: Zbigniew Stefański Andrzej Pytel Miejsce, Zakopane, data maja ul. Zakopiańska Kraków tel fax iod@iod.krakow.pl

2 Cel podjęcia pracy oraz wskazanie kierunku praktycznego wykorzystania. Podstawowym celem pracy było opracowanie nowej innowacyjnej technologii wykonywania odlewów z żeliwa wysokojakościowego, w wyniku przeprowadzenia procesów sferoidyzacji lub wermikularyzacji oraz modyfikacji w formie odlewniczej, w tzw. komorze reakcyjnej. Podjęcie tej tematyki jest istotne ze względów poznawczych, praktycznych, a także ze względów ekologicznych. 2

3 Przewidywane efekty ekonomiczne oraz ekologiczne wynikające z zastosowania nowego procesu: budowa reaktora i układu wlewowego zapewnia atmosferę redukcyjną w formie odlewniczej, przez co eliminuje zbędne utleniania magnezu tlenem z powietrza, istnieje możliwość uzyskania znacznych oszczędności w zużyciu zapraw, a zwłaszcza magnezu, możliwość ograniczenie dużej ilości szkodliwych gazów emitowanych do atmosfery, zjawiska typowego dla stosowanych metod sferoidyzacji. 3

4 W pierwszym etapie w 2012 roku zrealizowano badania dotyczące zagadnień związanych z reaktorem, w którym znajduje się jedna komora reakcyjna służąca tylko do sferoidyzacji, lub wermikularyzacji, modyfikacji i filtracji żeliwa. W kolejnych latach planuje się kolejne badania przykładowo dotyczące zastosowania metody dla żeliwa wyjściowego o podwyższonej zawartości siarki. W wyniku zrealizowania dotychczasowych prac opracowano i złożono do U.P.R.P. wniosek o udzielenie patentu na nowe rozwiązanie.

5 W powszechnie stosowanych metodach wykonywania odlewów z żeliwa sferoidalnego lub wermikularnego sferoidyzacja i modyfikacja wytopionego żeliwa wykonywana jest poza formą odlewniczą, w kadzi odlewniczej stosując odpowiednie zaprawy, lub stosując tzw. metodę drutową. Po zgarnięciu produktów sferoidyzacji i modyfikacji, żeliwo wlewane jest do form odlewniczych.

6 Jednym z warunków uzyskania wysokiej jakości odlewów przy obecnie stosowanych procesach otrzymywania żeliwa sferoidalnego lub wermikularnego jest konieczność rozlania całej porcji żeliwa z kadzi do form odlewniczych, w czasie kilkunastu minut, z uwagi na zanikające wraz z upływem czasu efekty sferoidyzacji i modyfikacji.

7 Zakres wykonanych prac oraz ich wyniki W roku 2012 wykonano następujący zakres prac: opracowano technologię wykonywania obudowy rektora przeznaczonego do otrzymywania odlewów z żeliwa sferoidalnego lub wermikularnego: skład masy ceramicznej obudowy, konstrukcję reaktora, oprzyrządowanie do formowania obudowy, technika formowania, wykonano odlewy doświadczalne z żeliwa sferoidalnego i wermikularnego według opracowanej próby technologicznej, przeprowadzono badania składu chemicznego oraz struktur żeliwa dla próbek, przeprowadzono próby doboru różnych sferoidyzatorów i modyfikatorów.

8 Założenie dotyczące technologii wykonania formy : Przyjęto że obudowa reaktora według zaproponowanej metody wykonywana będzie z odpowiednio dobranej suchej masy, skład jej zapewnia powstawanie atmosfery redukcyjnej, dzięki temu podczas zachodzących w nim procesów sferoidyzacji lub wermikularyzacji oraz modyfikacji ciekłego żeliwa nie występuje efekt rozkładu wody i zagazowania żeliwa produktami jej rozkładu.

9 Opracowując konstrukcję reaktora przyjęto że będzie on wykonany w postaci foremnej bryły geometrycznej posiadającej otwór wpływowy i wypływowy dla ciekłego żeliwa oraz dwie wnęki, jedna do zamocowania filtra ceramicznego, druga w której włożony zostanie sferoidyzator i modyfikator. Po wykonaniu oprzyrządowania do formowania obudowy reaktora wykonane zostały próbne komory reakcyjne.

10 Wykonane oprzyrządowanie służące do formowania komory reakcyjnej oraz wykonana obudowa komory według opracowanej technologii

11 Założenia dotyczące technologii wykonywania metalu: zarówno sferoidyzacja jak i modyfikacja będą przebiegały w formie odlewniczej, w jednej komorze reakcyjnej, sferoidyzator jak i modyfikator o odpowiedniej granulacji zostały umieszczone w odpowiedniej ilości w komorze, w celu sprawdzenia nowej technologii sferoidyzacji w badaniach przyjęto jako podstawowy, odpowiednio dobrany sprawdzone sferoidyzatory i modyfikatory przeznaczone do sferoidyzacji i modyfikacji żeliwa sferoidalnego, przyjęto że w wyniku sferoidyzacji do odlewu powinno zostać wprowadzone 0,03% Mg oraz ok. 0,1-0,3 modyfikatora.

12 Kolejne założenia dotyczące technologii formy: Przyjęto że całkowita metalochłonność formy wyniesie ok. 13 kg., w celu całkowitego rozpuszczenie sferoidyzatora i modyfikatora w komorze reakcyjnej założono że czas zalewania formy musi być zawarty w przedziale od 7 do 15 sekund, w celu otrzymania czystego odlewu pozbawionego niemetalicznych produktów reakcji zachodzących procesów sferoidyzacji i modyfikacji (tlenków, żużla itp.), metal po rozpuszczeniu sferoidyzatora i modyfikatora przepływał przez filtr, przy obliczeniu poszczególnych elementów układu wlewowego uwzględniono fakt że komory reakcyjne muszą pomieścić odpowiednią ilość zapraw oraz filtr do filtracji metalu, formy odlewnicze wykonywano w typowej masie bentonitowej

13 Testy sprawdzające jakość reaktora polegały na wykonywaniu odlewów, pobraniu próbek, a następnie sprawdzenie ich właściwości. Na rysunkach pokazano technologię wykonywania odlewów według nowej metody.

14 Przykład wykonanej formy odlewniczej wraz z odwzorowanym modelem testowym oraz układem wlewowym

15 Forma odlewnicza z założoną komorą reakcyjną, widoczna w niej zaprawa sferoidyzująca i modyfikująca oraz filtr.

16 Forma odlewnicza wraz z odwzorowanym modelem testowym, układem wlewowym oraz złożoną komorą reakcyjną

17 Forma odlewnicza po złożeniu i położona na niej komora reakcyjna

18 Wykonany odlew testowy po wybiciu z formy

19 Wyniki badań Wyniki badań dotyczących skuteczności działania nowej metody wykonywania żeliwa sferoidalnego zamieszczono w tabeli, w wierszu 1w podano skład chemiczny żeliwa wyjściowego to jest przed sferoidyzacją i modyfikacją, a wierszu 1s skład żeliwa po obróbce żeliwa w komorze reakcyjnej w formie odlewniczej.

20 Skład chemiczny żeliwa wykonanych odlewów według opracowanej metody sferoidyzacji w formie (w -żeliwo wyjściowe przed sferoidyzacją, s żeliwo po sferoidyzacji) Oznaczenie wytopu, nr sferoidyzatora Skład chemiczny żeliwa [%] C Si Mn P S Cr Ni Mg Al Ti 1w 3,700 2,250 0,550 0,045 0,015 0,010 0,020 0,000 0,003 0,026 1s 2,650 2,800 0,560 0,040 0,015 0,020 0,020 0,035 0,017 0,027 2s 2,860 2,980 0,530 0,050 0,019 0,020 0,020 0,073 0,014 0,032 3w 3,850 1,820 0,530 0,045 0,020 0,020 0,030 0,000 0,012 0,022 3s 3,350 2,750 0,540 0,040 0,010 0,020 0,020 0,050 0,045 0,024 4s 3,050 2,450 0,520 0,040 0,010 0,020 0,020 0,025 0,030 0,025 5w 3,860 1,920 0,170 0,053 0,025 0,020 0,030 0,000 0,001 0,019 5s 3,340 2,940 0,180 0,050 0,015 0,020 0,030 0,061 0,036 0,020

21 Badanie mikrostruktury, próbka PV1, trawiona t_100x-1.jpg

22 Badanie mikrostruktury grafitu, próbka PV2 nietrawiona 100x-1.jpg

23 Badanie mikrostruktury, próbka PV2, trawiona t-100x-1.jpg

24 Badanie mikrostruktury grafitu, próbka PV3, nietrawiona 100x-1.jpg

25 Badanie mikrostruktury, próbka PV3, trawiona t_100x-1.jpg

26 Badanie mikrostruktury grafitu, próbka 3 nietrawiona PV4_100x-1.jpg

27 Badanie mikrostruktury grafitu, próbka PV5, nietrawiona 100x-1.jpg

28 Przykład struktury próbki wykonanej z żeliwa wermikularnego ze ścianek grubości 12,5 mm próby schodkowej. Zgład trawiony, (IIIA4-60%, VIA4-30%, VA6-10%)

29 Przykład struktury próbki wykonanej z żeliwa wermikularnego ze ścianek grubości 50 mm próby schodkowej. Zgład traw. (IIIA4-90%, VA6-10%)

30 Właściwości wytrzymałościowe wykonanych próbek z żeliwa Właściwości wytrzymałościowe próbek z żeliwa sferoidalnego:rm MPa, A5 6,4-12,4%, HB Właściwości wytrzymałościowe próbek z żeliwa wermikularnego: Rm MPa, Ro 0, MPa, A5 4-6,4%, HB

31 Podsumowanie/ wnioski końcowe. Opracowana została konstrukcja reaktora, a następnie oprzyrządowanie służącego do formowania obudowy reaktora. Na podstawie rysunków konstrukcyjnych wykonany został jeden typ metalowego oprzyrządowania do formowania obudowy reaktorów. Opracowana została próba technologiczna przeprowadzania zabiegów sferoidyzacji i modyfikacji żeliwa w formie odlewniczej, wykonano oprzyrządowanie próbne oraz doświadczalne odlewy. Przeprowadzono badania sferoidyzacji i modyfikacji żeliwa w formie odlewniczej stosując poniżej 1% zapraw sferoidyzujących oraz 0,1-03% modyfikatora. Badając odpowiednio dobrane zaprawy otrzymano bardzo wysoką zawartość magnezu w odlewach z żeliwa sferoidalnego to jest 0,035%; 0,073%; 0,050%; 0,025%; 0,061%. Było to przyswojenie magnezu na poziomie około 90% (w tradycyjnych metodach wynosi ono od 25 do 40%). We wszystkich przypadkach sferoidyzacji otrzymano sferoidalne wydzielenia grafitu. Proces przebiega bez widocznych reakcji egzotermicznych.

32 Dziękuję za uwagę Kopiowanie całości lub części prezentacji wymaga pisemnej zgody Instytutu Odlewnictwa w Krakowie.