ANALIZA GŁĘBOKOŚCI WNIKANIA CIEKŁEGO ŻELIWA W POR O ZARYSIE ELIPTYCZNYM

Transkrypt

1 6/1 ARCHIUM ODLENICTA Rk 4, Rcznik 4, Nr 1 Archives f Fundry Year 4, Vlume 4, Bk 1 PAN Katwice PL ISSN ANALIZA GŁĘBOKOŚCI NIKANIA CIEKŁEGO ŻELIA POR O ZARYSIE ELIPTYCZNYM NIEDŹIEDZKI Zenn 1 Plitechnika Łódzka, Zakład Odlewnictwa 9-94 Łódź, ul. Stefanwskieg 1 STRESZCZENIE pracy przedstawin analizę zjawiska wnikania ciekłeg żeliwa w hiptetyczny pr masy frmierskiej zarysie eliptycznym i kłwym. Określn zależnść uwzględniającą budwę i warunki wyknania frmy raz dlewu, pzwalającą na przewidywanie zmiany chrpwatści surwej pwierzchni dlewów żeliwnych. Key wrds: fundry, muld, cast irn, wettability 1. STĘP Na granicy kntaktu stp-frma zachdzi wiele złżnych, fizyk-chemicznych zjawisk wpływających na naskórek dlewniczy raz właściwści dlewu [1,, 3]. Zjawiska te uzależnine są również d stanu zagęszcznej masy piaskwej frmy. szczególnści w zesple cech zagęszcznej masy, mżna wyróżnić czynniki charakteryzujące ją pd względem gemetrycznym. Strukturę warstwy przypwierzchniwej wnęki piaskwej frmy, mżna scharakteryzwać wielkścią ziarna masy raz wielkścią prów między ziarnami masy. ielkści te charakteryzują chrpwatść wnęki piaskwej frmy. Jest t isttne ze względu na t, że większść dlewów żeliwnych wyknywanych jest w frmach piaskwych wnękach bez ddatkweg pkrycia. Ziarn masy jest jedną z wielkści kreślających gemetryczny stan zagęszcznej masy frmierskiej. Średnica zastępczeg ziarna masy zależy d: wielkści i kształtu ziaren 1 Dr hab. inż. Zenn Niedźwiedzki prf. PŁ, ck-sg.p.ldz.pl

2 snwy, wielkści i kształtu ziarnistych ddatków, ddatków ciekłych, wielkści zlepków i grudek, zagęszczenia, prwatści, płynnści i innych. Tak sknstruwana wymiarwa wielkść daje nam fizyczny pgląd na ziarnistść struktury masy frmierskiej i stanwić mże element knstrukcji hiptetyczneg pra. prezentwanym zagadnieniu jednym z isttnych zjawisk jest zwilżalnść materiału frmy przez ciekły stp. atmsferach utleniających zwilżalnść materiałów piaskwych frm dlewniczych przez ciekłe stpy żelaza jest większa niż w atmsferach bjętnych [1]. Dla stpów, które nie zwilżają pwierzchni wnęki piaskwej frmy dlewniczej mżna sknstruwać mdel pra zarysie kłwym bądź eliptycznym użyteczny w analizie zjawiska wnikania żeliwa.. GŁĘBOKOŚĆ NIKANIA ŻELIA HIPOTETYCZNY POR O ZARYSIE ELIPTYCZNYM. Hiptetyczny pr przedstawiny na rys. 1 psiada zarys eliptyczny uzależniny d prmienia ziarna masy raz prmienia kapilary masy. Jeg pwierzchnia jest stycznie wpisana w każdy dwlny płaski układ złżny z więcej niż dwóch jednrdnych zrientwanych eliptycznych ziaren, które są równ ddalne d śrdka układu. Z warunku równwagi pwierzchni swbdnej ciekłeg stpu w prze kreślnej gemetrii wynika równść ciśnienia wywieraneg na zwierciadł cieczy (ciśnienia słupa ciekłeg stpu nad prem) z ciśnieniem kapilarnym i ciśnieniem w prze. artść ciśnienia kapilarneg wywieraneg na ciekły stp przez pwierzchnię dwlneg kształtu kreśln z równania L. P. Laplace a, stąd: p g h p p (1) 1 k gdzie: p 1 - ciśnienie wywierane na zwierciadł cieczy, - gęstść ciekłeg stpu, g przyśpieszenie ziemskie, h wyskść słupa ciekłeg stpu nad prem, p k ciśnienie kapilarne, p ciśnienie wywierane na pwierzchnię menisku ciekłeg stpu w prze. p 1 1 k R1 R () gdzie: R 1 i R znaczają prmienie krzywizny prfili przekrjów nrmalnych pwierzchni w danym punkcie prstpadłych względem siebie, a znacza napięcie pwierzchniwe ciekłeg stpu. Dla pwierzchni kulistej R 1 =R =R, stąd p k () R Z równania (1) p uwzględnieniu w nim () trzymuje się 6

3 gdzie p = p 1 - p R p g h ARCHIUM ODLENICTA (3) Rys. 1. Przekrój hiptetyczneg pra Fig. 1. Sectin f hypthetical pre Dla pra kreślnej średnicy z równści parcia kapilarneg i siły pwierzchniwej wynika zależnść sin( c x ) R (4) gdzie: - jest kątem zwilżenia, a x dciętą punktu kntaktu menisku z pwierzchnią pra. Uwzględniając, że wartść kąta nachylenia stycznej d zarysu pra w punkcie współrzędnych x, y kreślna jest zależnścią x b arctg ( ) (5) y a raz t, że równanie wewnętrzneg prfilu pra eliptyczneg ma pstać 61

4 x a b y 1 wyznaczamy wartści x i y pzwalające na kreślenie głębkści 1, raz z pniższych zależnści b (7) 1 y R [1 cs( )] (8) 1 (9) Argumentami funkcji głębkści wnikania są: p 1, p, h,,,, a, b raz r k. ynika stąd, że głębkść wnikania ciekłeg stpu w hiptetyczny pr jest uzależnina d ciśnienia gazu nad zwierciadłem cieczy, ciśnienia gazu w prze, wyskści słupa ciekłeg stpu nad prem, gęstści ciekłeg stpu, jeg napięcia pwierzchniweg, kąta zwilżania, prmienia ziarna masy i jeg kształtu raz prmienia kapilary (przewężenia) pra. 3. ANALIZA YNIKÓ Przedstawine brazy graficzne, funkcji (9) dla wybranych wielkści przy ustalnych pzstałych, bliczn dla pra zarysie eliptycznym, uzyskaneg pprzez styczne wpisanie wewnętrznej pwierzchni zarysie eliptycznym w płaski układ trzech elipsidalnych ziaren równ ddalnych d si pra. Rzpatrywany pr psiada przewężenie średnicy równej najmniejszej średnicy kuli stycznie wpisanej pmiędzy trzy stykające się ziarna elipsidalne. Stąd dla mawianeg przypadku wielkść c wyniesie c a (1) 3 Graficzne brazy funkcji (9) wykreśln dla: a > b, a < b raz a = b. D bliczania prmienia menisku R przyjęt p=. Zwilżalnść pwierzchni frmy zależy d jej stanu, właściwści ciekłeg żeliwa, temperatury, atmsfery, czasu kntaktu itp. Czas kntaktu ciekłeg żeliwa wpływa znacząc na twrzenie się fazy pśredniej, która zazwyczaj plepsza zwilżalnść pwierzchni frmy przez ciekłe żeliw. Czas ten isttnie uzależniny jest d masy dlewu i temperatury zalewania żeliwa. Zwiększenie głębkści wnikania ciekłeg żeliwa jest intensywniejsze przy mniejszych wartściach kąta zwilżania. (6) 6

5 ARCHIUM ODLENICTA 16 1 m a NIRYS , N/m Rys.. Zależnść () Fig.. Dependence () m 4 a=1 m a=4 m NIRYS h, m Rys. 3. Zależnść (h) Fig. 3. Dependence (h) ynika t z analizy zależnści () przedstawinych na rys.. Na rysunku tym przedstawin głębkść wnikania dla pra zarysie eliptycznym stsunku si elipsy a/b=1/1.33 znaczną jak, dla stsunku a/b=1 (zarys kłwy) znaczną jak raz stsunku si a/b=1.33 znaczną jak. Z analizy przedstawinych zależnści () wynika większy wpływ napięcia pwierzchniweg na głębkść wnikania w pr większych rzmiarach (a=1 m), dla, któreg uzyskan największe ddalenie krzywych raz. Świadczy t znacznym wpływie ułżenia i kształtu dużych ziaren masy na głębkść wnikania. Napięcie pwierzchniwe ciekłeg żeliwa zmienia się w znacznie mniejszych granicach niż przedstawiny na rysunku zakres. Stąd też wnika, że przy małych wymiarach pra wpływ tych zmian na głębkść wnikania jest znikmy. yskść (słupa ciekłeg stpu) dlewu łącznie z układem wlewwym ma znaczny wpływ w przypadku dużych ziaren snwy masy frmierskiej, wynika t z analizy zależnści (h) przedstawinej na rys. 3. Głębkść wnikania w pr utwrzny przez duże ziarna różnie ułżne charakteryzuje się największą różnicą wartści wnikania, c wynika z analizy płżeń krzywych i. Krzywa zajmuje płżenie pśrednie między krzywymi i. Płżenia kńców krzywych, raz wyznaczają wartści h słupa ciekłeg żeliwa p przekrczeniu, któreg następuje filtracja żeliwa w głąb masy frmierskiej. 63

6 6 4 m a=5 m a=4 m a=1 m 16 m O O NIRYS a, m 3 4 Rys. 4. Zależnść () Rys. 5. Zależnść ( a) Fig. 4. Dependence () Fig. 5. Dependence ( a) pływ zwilżalnści kreślnej kątem na głębkść wnikania wynika z analizy zależnści () przedstawinej na rys. 4. pływ ten ujawnia się intensywniej w miarę zwiększania rzmiarów pra i zmniejszania wartści kąta. Dla dużych ziaren (a=5 m) dległści pmiędzy krzywymi i jest największe i zwiększa się na w miarę zwiększania zwilżalnści. pływ wielkści ziarna masy frmierskiej (a) i jeg kształtu (krzywe raz ) na głębkść wnikania przedstawin na rys. 5. Z analizy przedstawinych zależnści (a) wynika, że wpływ wielkści ziarna i jeg kształtu nie jest wprst prprcjnalny na wielkść wnikania, czym świadczy charakter i płżenie krzywych, i. Płżenie wykreślnych krzywych dla =95 i 14 świadczy tym, że kształt pra (ułżenie ziaren masy) ma większy wpływ na głębkść wnikania przy lepszej zwilżalnści pwierzchni frmy przez ciekle żeliw. 5. PODSUMOANIE Z analizy przedstawinych i mówinych zależnści wynika, że wymiary pra i jeg kształt mają szczególnie intensywne ddziaływanie na głębkść wnikania ciekłeg żeliwa w zakresie większych jeg wymiarów raz mniejszych wartści kąta zwilżania. pływ ciśnienia słupa ciekłeg żeliwa na głębkść wnikania ujawnia się intensywniej dla prów większych rzmiarach najbardziej dla tych, które charakteryzują się wartściami jeg parametrów a < b. Przedstawina metdyka i analiza zjawiska wnikania ciekłeg żeliwa w hiptetyczny pr masy frmierskiej pzwala na właściwe kreślenie stanu piaskwej frmy zapewniająceg najlepszą jakść trzymaneg dlewu. 64

7 ARCHIUM ODLENICTA LITERATURA [1] Niedźwiedzki Z.: "nikanie ciekłeg żeliwa w pry frmy piaskwej. Archiwum Technlgii Maszyn i Autmatyzacji PAN. Zeszyt 11 (1993), s [] Niedźwiedzki Z.: "łasnści chrpwatści surwej pwierzchni dlewów z żeliwa". IV Knferencja Metrlgia w Technikach ytwarzania. rcław 1993, s [3] Niedźwiedzki Z.: "Analiza wnikania ciekłeg żeliwa w pry frmy piaskwej i wielkści chrpwatści". III Knferencja "Zjawiska pwierzchniwe w prcesach dlewniczych". Sekcja Terii Prc. Odlew. Km. Met. PAN, Km. Bud. Masz. PAN - Oddz. w Pznaniu. Inst. Techn. Masz. P.P. Pznań - Kłbrzeg 1996, s ANALYSIS OF THE DEPTH PENETRATION OF LIQUID CAST IRON INTO ELLIPTIC PORES. SUMMARY The analysis f penetratin by liquid cast irn int hypthetic sand muld pre f elliptic r circular shape is presented in the wrk. A relatin enabling predictin the changes f rughness f surface cast-irn castings has been derived. Recenzwał: prf. dr hab. inż. Michał Szweycer 65