DEFORMACJA CIEPLNA RDZENI ODLEWNICZYCH Z POWŁOKAMI OCHRONNYMI

Transkrypt

1 VIII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 5 ODLEWNICZYCH Z POWŁOKAMI OCHRONNYMI. Wprowadzenie. Jarosław JAKUBSKI, Stanisław DOBOSZ Wydział Odlewnictwa Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica Petr JELINEK 3 Katedra Odlewnictwa, Uniwersytet Techniczny w Ostrawie, Wysokie wymagania stawiane obecnie odlewniom dotyczce jakoci otrzymywanych wyrobów sprawiaj, e prowadzone s poszukiwania nowych materiałów na formy i rdzenie odlewnicze, które sprostaj oczekiwaniom odbiorców dotyczcych jakoci powierzchni i dokładnoci otrzymanych odlewów. Inn metod poprawy właciwoci mas, a co za tym idzie i odlewu jest zastosowanie odpowiednich powłok ochronnych. Stosowane obecnie powłoki mona podzieli pod wzgldem oddziaływania na stop odlewniczy na pasywne, aktywne, wzmacniajce i adsorbujce. Powłoki aktywne maj na celu zmian właciwoci powierzchniowej warstwy odlewu poprzez wprowadzenie do tej warstwy okrelonego składnika. Powłoki pasywne, zwane równie ochronnymi, nie powinny powodowa zmiany składu chemicznego wierzchniej warstwy odlewu. Ich zadaniem jest umoliwienie uzyskania gładkiej powierzchni odlewu oraz zabezpieczenie przed powstawaniem przypale i war []. Jako kryterium oceny wpływu rodzaju powłoki na zachowanie rdzeni zastosowano badanie parametru hot distortion okrelanego na aparacie DMA. Parametr hot distortion symuluje zachowanie si gotowych rdzeni w trakcie zalewania []. W czasie oddziaływania cieplnego w rdzeniach zachodzi wiele rónych zjawisk, jak na przykład deformacja cieplna (rozszerzanie i kurczenie), termoplastyczno, destrukcja cieplna i mechaniczna, które w sumie decyduj o kocowym kształcie odlewu, jego dokładnoci wymiarowej i gładkoci powierzchni a ostatecznie o jakoci produkowanych odlewów. W próbie hot distortion kształtka masy jest umieszczona na wsporniku i silnie nagrzana na rodku po jednej stronie. W wyniku rónicy w rozszerzalnoci cieplnej pomidzy nagrzan i zimn powierzchni, kształtka odkształca si od ródła ciepła. Ta wielko odkształcenia jest mierzona i rejestrowana na wykresie. Do wolnego koca kształtki przykładany jest czujnik, który rejestruje zmiany odkształcenia. Na skutek termoplastycznej natury wizania podczas nagrzewania osigany jest punkt, gdzie utwardzona masa nie moe si dłuej odkształca przy obcieniu, po czym nastpuje odkształcenie w przeciwnym kierunku. Wielko tego przeciwnego odkształcenia take jest mierzona i rejestrowana na wykresie. Ostatecznie dalszy rozkład spoiwa objawia si całkowit utrat wytrzymałoci i uplastycznieniem kształtki [4, 5]. mgr in. jjakubski@o.pl. dr hab. in., prof. ndzw. dobosz@agh.edu.pl 3 prof. dr hab. in. petr.jelinek@vsb.cz 9

2 VIII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 5 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze. Badania własne. Przeprowadzone zostały badania wpływu rodzaju powłoki ochronnej na zachowanie si mas w czasie odkształcenia cieplnego. Kształtki do badania wykonano z sypkich mas samoutwardzalnych z ywic furfurylow. Na wykonane kształtki naniesiono nastpujce powłoki: - powłoka grafitowa; - powłoka aluminiowo-krzemowa; - powłoka korundowa; - powłoka cyrkonowa. Powłoki nanoszono przez malowanie pdzlem. Wykonano badania kształtek pokrytych podwójn warstw powłoki. W kadym przypadku rozcieczalnikiem był alkohol. Na wykresach przedstawiono porównanie zachowa kształtki bez powłoki oraz z pojedyncz i podwójn warstw powłoki. Na rysunku przedstawione s wyniki bada parametru hot distortion dla powłoki glinowo-krzemowej. Przebieg odkształcenia kształtki bez powłoki jest charakterystyczny dla tego rodzaju materiałów [6]. W pocztkowym etapie nagrzewania nie wystpuj z zasadzie widoczne zmiany w zachowaniu kształtki. Z upływem czasu nagrzewania badana kształtka odkształca si ku górze. Po niewielkim odkształceniu nastpuje gwałtowne załamanie kształtki spowodowane całkowit destrukcj spoiwa. Zastosowanie powłoki glinowo-krzemowej nie zmienia zasadniczo samej charakterystyki krzywej odkształcenia. W przypadku powłoki pojedynczej wykonano dwa pomiary. Krzywe maj zbliony przebieg. W stosunku do kształtki bez powłoki daje si zaobserwowa, e wzrasta zarówno wielko, jak i czas, w którym zachodziło odkształcenie. Al-Si jedna warstwa próbka Al-Si jedna warstwa próbka Al-Si dwie warstwy Czas,[s] Rys. Deformacja cieplna rdzeni z powłok Al-Si. Fig. Thermal deformation of core sands with silicate aluminum coating. Nie mona jednoznacznie okreli jak grubo powłoki wpływa na wytrzymało ciepln, poniewa porównanie wyników uzyskanych dla pojedynczej i podwójnej warstwy pokazuje, e odkształcenia s podobne w obu przypadkach. W przypadku powłoki cyrkonowej (rys. ) daje si zaobserwowa zdecydowany wpływ iloci nałoonej warstwy na zachowanie kształtek. Zastosowanie powłoki polepsza Nowa Sól.5.5 r.

3 VIII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 5 odporno termiczn kształtki. W przypadku nałoenia pojedynczej warstwy wydłuenie wytrzymałoci jest jednak zwizane z prawie trzykrotnym wzrostem odkształcenia. Podwójna powłoka działa zdecydowanie lepiej. Polepsza si wytrzymało na oddziaływanie cieplne, natomiast zmiana wielkoci odkształcenia jest niewiele wysza ni dla kształtki bez powłoki. Zastosowanie powłoki grafitowej powoduje niewielk popraw wytrzymałoci termicznej (czas destrukcji wzrasta o około 4sekund) zdecydowanie zwiksza si wielko odkształcenia. Jest to zjawisko niekorzystne ze wzgldu na moliwo pojawienia si niedokładnoci wymiarowych, czy dodatkowych napre w odlewie. Nie zaobserwowano wpływu gruboci powłoki na zachowanie masy w czasie nagrzewania. Powłoka cyrkonowa jedna warstwa próbka Powłoka cyrkonowa jedna warstwa próbka Powłoka cyrkonowa dwie warstwy Czas,[s] Rys. Deformacja cieplna rdzeni z powłok cyrkonow. Fig. Thermal deformation of core sands with zirconium coating. Powłoka grafitowa jedna warstwa Powłoka grafitowa dwie warstwy Czas, [s] Rys. 3 Deformacja cieplna rdzeni z powłok grafitow. Fig. 3 Thermal deformation of core sands with graphite coating.

4 VIII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 5 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze Powłoka korundowa jedna warstwa próbka Powłoka korundowa jedna warstwa próbka Powłoka korundowa dwie warstwy Odkształcenie,[mm] Czas, [mm] Rys. 4 Deformacja cieplna rdzeni z powłok korundow. Fig. 4 Thermal deformation of core sands with corundum coating. Wyniki uzyskane dla powłok korundowych trudno jednoznacznie zinterpretowa. Analizujc krzywe widoczne na rysunku 4 mona tylko stwierdzi, e stosowanie powłoki korundowej poprawia wytrzymało termiczn. Rozbiene wyniki otrzymane dla kształtek pokrytych pojedyncz warstw uniemoliwiaj stwierdzenie jak grubo warstwy wpływa na wielko odkształcenia masy z powłok. Powłoka korundowa dwie warstwy Powłoka cyrkonowa dwie warstwy Al-Si dwie warstwy Powłoka grafitowa dwie warstwy Czas, [s] Rys. 5 Deformacja cieplna rdzeni z podwójn warstw powłoki. Fig. 5 Thermal deformation of core sands with double layer of coating. Nowa Sól.5.5 r.

5 VIII KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 5 Na rysunku 5 przedstawiono wyniki odkształcenia cieplnego kształtek pokrytych podwójn warstw powłok. Zastosowanie powłok polepsza właciwoci rdzeni poprzez zwikszenie odpornoci na oddziaływanie termiczne czas potrzebny do całkowitej destrukcji spoiwa ulega wydłueniu. Kształtki pokryte powłokami korundow i cyrkonow charakteryzuj si poza tym mniejszym stopniem deformacji. 3. Wnioski kocowe. Przeprowadzone badania pokazuj, e w zalenoci od zastosowanej powłoki deformacj cieplna masy moe przebiega w róny sposób. Nie chodzi o sam charakter odkształcania, ale o czas potrzebny do destrukcji spoiwa, czy wielko odkształcenia. Najlepszy wpływ na zachowanie rdzeni ma powłoka cyrkonowa. Praca jest finansowana przez Komitet Bada Naukowych w ramach projektu nr 3 T8B Literatura.. Lewandowski J. L.: Tworzywa na formy odlewnicze, Kraków, Akapit, 997. Jakubski J., Dobosz St. M.: Badanie zjawisk wysokotemperaturowych w rdzeniach odlewniczych, DOKSEM,, s Hot-distortion Tester for Bonded Sands Instruction Manual 4. Morgan D., Fashman E. W.: The BCIRA Hot Distortion Tester for Quality in Production of Chemically Bonded Sands, AFS Transaction, 975, nr 9, s Keil M. J., Rodrigez J., Ramrattan S. N.: Thermal Distortion of Shell and Nobake Binder System, AFS Transaction,, nr 99, s Jakubski J., Dobosz St. M.: Analiza deformacji cieplnej mas z zastosowaniem aparatu DMA, Archiwum Odlewnictwa, 3, vol. 3, nr 9, s