BADANIE ZJAWISKA EROZJI FORM PIASKOWYCH ZALEWANYCH ŻELIWEM SZARYM

Transkrypt

1 13/5 Archives of Foundry, Year 2002, Volume 2, 5 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2002, Rocznik 2, Nr 5 PAN Katowice PL ISSN BADANIE ZJAWISKA EROZJI FORM PIASKOWYCH ZALEWANYCH ŻELIWEM SZARYM J. MOCEK 1 Katedra Technologii Form Odlewniczych Wydziału Odlewnictwa AGH ul. Reymonta 23, Krakowie STRESZCZENIE Praca niniejsza zawiera ocenę odporności erozyjnej form piaskowych z masą z żywicą mocznikowo formaldehydową, w zależności od zmieniających się wybranych czynników technologicznych tj. temperatury zalewania i kąta padania strumienia metalu na powierzchnię wnęki formy. Opracowano metodę ilościowej oceny odporności erozyjnej form piaskowych. Jako jednostkę przyjęto objętość narośli utworzonej na płaskiej powierzchni odlewu przypadającej na jednostkę masy ciekłego metalu przepływającego przez zniekształcaną erozyjnie powierzchnię wnęki formy. Key words: sndmix, erosion 1. WPROWADZENIE Zjawisko erozji powstaje na wskutek osłabienia wytrzymałości masy na powierzchni wnęki formy lub powierzchni rdzenia omywanej przez strumień ciekłego metalu i polega na wymywaniu przezeń cząstek masy. Zjawisko to występuje tym silniej, im większa jest szybkość strumienia metalu i jego temperatura, dłuższy czas działania oraz im bardziej obniża się odporność powierzchniowa masy na wysoką temperaturę [1]. W pracy podjęto próbę oceny odporności erozyjnej mas formierskich w zależności od wybranych czynników technologicznych : - temperatury zalewania formy, - kąta padania strumienia ciekłego metalu na ściankę wnęki formy. 1 mgr inż., jmocek@uci.ahg.edu.pl

2 101 W badaniach podjęto również próbę opracowania metody pozwalającej na ilościową ocenę stopnia erozji form piaskowych zalewanych żeliwem szarym. W wyniku działania energii cieplnej wiązania osnowy w warstwie przy powierzchni wnęki formy piaskowej ulegają osłabieniu. Prowadzi to, w okresie dalszego zalewania formy metalem, do wyrywania ziaren z powierzchni formy. Im bardziej intensywny jest proces erozji tym większy stopień zniekształcenia powierzchni odlewu. Objętość utworzonej narośli odniesiona do ilości metalu, który przepłynął nad tą powierzchnią może być miarą zjawiska erozji i może stanowić podstawę do ilościowej oceny odporności masy na erozję. 2. METODYKA BADAŃ Opierając się na badaniach J. Szreniawskiego, P. Poyeta, F. Elsena i E. Bollingera [3,4] oraz uzyskanych przez nich wynikach, zaprojektowano własną formę badawczą, która pozwoliła badać wpływ poszczególnych czynników technologicznych na stopień erozji form piaskowych. Do każdej formy montowano dodatkowo wkładkę porównawczą, która pozwoliła na ocenę powierzchni uzyskanego odlewu z pominięciem erozyjnego działania strumienia ciekłego żeliwa. Budowę formy doświadczalnej opisano w pracach autora [5,6]. Wkładki badawcze - 1 jak i porównawcze - 2 rysunek 1 oraz forma o założonych parametrach technologicznych do każdego pomiaru była wykonywana oddzielnie. Każda wkładka z poddawanej testowi masy była przygotowywana na 24h wcześniej przed planowanym doświadczeniem. Gęstość pozorna form wynosiła każdorazowo około 1,65 g/cm 3. Formy zalewano żeliwem szarym klasy ZL 200.Ciężar odlewu wraz z układem wlewowym wynosił przy każdym doświadczeniu 25kg zaś energia kinetyczna strumienia ciekłego metalu była ustalona wysokością nadstawki i czaszowego zbiornika wlewowego - 590mm. Przekrój wlewu doprowadzającego był stały i wynosił 32mm 2. Stała była również odległość końca wlewu doprowadzającego od wkładki badawczej i wynosiła 30mm. Czas zalewania wynosił średnio 42 45s. Temperatura zalewania C. Usytuowanie wkładek badawczych i porównawczych dla poszczególnych prób przedstawia rysunek 1. Wkładki testowe były montowane w formie pod różnymi kątami - α w odniesieniu do pionowego doprowadzenia strumienia metalu na badaną powierzchnię i wynosiły odpowiednio: a) α 1 =30 0, α 2 =45 0, α 3 =60 0, b) α 4 =90 0. Wkładki porównawcze dla poszczególnych form były ustawione na pionowej tylnej ściance w pobliżu przelewu. Ustawienie to pozwoliło wyeliminować erozyjne działanie strumienia ciekłego metalu. Uzyskany odlew po oczyszczeniu szczotką drucianą posłużył jako model do odwzorowania kształtu powierzchni wnęki formy zalanej ciekłym metalem rysunek 2. Ze względu na rozbudowany kształt odlewu w obrębie płaskiej powierzchni wnęki formy zastosowano metodę objętościowego pomiaru powstałych zmian erozyjnych. Polegała ona na tym, że każdą zmianę erozyjną fotografowano a następnie mierzono specjalną techniką. Na powierzchni ze zmianami erozyjnymi ustawiano tuleję

3 102 o stałej średnicy Ø 50mm obejmującą całą powierzchnię zmiany erozyjnej, którą uszczelniano u podstawy. a b Rys. 1. Usytuowanie wkładek we wnęce formy: 1 testowa, 2 porównawcza. Fig. 1. Position of the test samples in the mould. 1 test sample, 2-comparative sample. Rozbudowany kształt odlewu znajdujący się w tulei zwilżano oddzielaczem. Tuleję wypełniano następnie gumą gumosil B. Po zestaleniu gumy uzyskiwano zmieniony pod wpływem erozji kształt wnęki formy. W podobny sposób odwzorowywano powierzchnię formy porównawczej. Wnęki w gumowych wkładkach (2), odtwarzające narośl na odlewie wypełniano cieczą, a następnie mierzono jej objętość. Dla dokładnego zmierzenia objętości używano cieczy o dobrej zwilżalności, a taką był zabarwiony alkohol etylowy. Rys. 2 Schemat formy pośredniej i badanej objętości erozji: 1-powierzchnia odlewu ze zmianami erozyjnymi, 2 gumowa forma, 3 tuleja Ø50, 4 wnęka formy zalana czynnikiem pomiarowym Fig. 2. Preparation of the negative of test sample for the volume of defect measurement:1- casting surface with changes caused by erosion, 2- rubber mould, 3- sleeve, 4- mould avity filled by colored liquid.

4 Objętość erozji [cm 3 /kg] WYNIKI BADAŃ Zniekształconą powierzchnię odlewu, której objętość jest mierzona metodą z zastosowaniem gumowych odcisków, powstaje w wyniku nakładania się dwóch zjawisk: penetracji metalu i erozji. Dla rozdzielenia udziału erozji od penetracji, obok pomiaru objętości, w miejscu działania strumienia dokonywany jest pomiar objętości na tylnej ściance odlewu (rys.1). Różnica objętości narośli na wkładce badawczej i porównawczej daje dopiero rzeczywisty obraz erozji formy. Dla ilościowego opisu erozji formy objętość narośli odniesiono do masy metalu przepływającego nad badaną powierzchnię wnęki formy. 3.1 Wpływ temperatury zalewania na stopień erozji form piaskowych I a b c II V(całkow). V(erozja) Temperatura zalewania [ o C] Rys. 3. Wpływ temperatury zalewania na erozję form piaskowych ze spoiwem organicznym żywicą mocznikowo-formaldehydową: I. Powierzchnie odlewów: a - Tzal = C, b - Tzal = C, c - T zal = C. II. Objętość względna utworzonej narośli erozji. Fig. 3. Effect of the pouring temperature on the erosion of sand mould bounded with organic binder. I. Surface of castings, pouring temperature: a o C, b C, c C. II. Relative volume of the defect.

5 Objętość erozji [cm 3 /kg] 104 Wykonano badania wpływu temperatury zalewania w zakresie od: C. Formy (wkładki testowe) wykonano z masy SMS na osnowie piasku kwarcowego Szczakowa żywicą mocznikowo-formaldehydową i utwardzaczem RS 20. Temperatura zalewania w zakresie C ma zdecydowany wpływ na stopień erozji form piaskowych. Jej intensywny wpływ został pokazany na zdjęciach z powierzchni odlewów - rysunek 3 I oraz na wykresie opisującym względną objętość utworzonej narośli. Badania te przeprowadzono dla kąta padania 45 0 (rys. 1 a). 3.2 Wpływ kata padania strumienia ciekłego metalu na powierzchnię wnęki formy Przeprowadzono badania nad określeniem wpływu kąta padania pionowego strumienia ciekłego metalu na erozję ścianki formy. W badaniach tych określono wielkość erozji występującej przy kątach: 30 0, 45 0, 60 0, 90 0 rysunek 4. Zmieniając nachylenie ścianki formy zachowano niezmienione pozostałe czynniki technologiczne (temperatura, czas zalewania, H met. itd. ). 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 V(całkow). V(erozja) Kąt pochylenia [ o ] Rys. 4 Wpływ kąta padania pionowego strumienia ciekłego metalu na objętość erozji, T zal C. Fig. 4. Influence of the angle between the falling stream and tested sample on the volume of formed defect. Pouring temperature 1420 o C Z badań wynika, iż istnieje wyraźna zależność między objętością erozji a kątem padania pionowego strumienia ciekłego metalu na powierzchnię wnęki formy. Dla masy z żywicą mocznikowo-formaldehydową największa erozja występuje wtedy, gdy kąt padania wynosi Kontynuowanie badań w tym zakresie pozwoli na dokładniejsze wyjaśnienie przyczyn tej zależności np. w oparciu o teorię Bitter`a [7].

6 PODSUMOWANIE Metoda objętościowa pomiaru daje ilościowy opis stopnia erozji form piaskowych. Z badań wynika, że temperatura zalewania ma zdecydowany wpływ na stopień erozji przedmiotowej masy. Im jest ona wyższa, tym większa jest erozja formy. Dla konstrukcji form badawczych ważnym jest również kąt padania strumienia ciekłego metalu na badaną powierzchnię wnęki formy. Największa erozja występuje wtedy, gdy kąt padania wynosi 60 0 (wynosi ona ok. 0,1 cm 3 na 1 kg przepływającego żeliwa klasy ZL 200) i jest ona około 2,5 razy większa niż przy kącie 90 0 lub Wyjaśnienie tej zależności wymaga dalszych doświadczeń i teoretycznych analiz złożonego zjawiska erozji. LITERATURA [1] P. Januszewicz, C.Kalata, S.Kobyliński : Systematyka wad odlewów żeliwnych, (1956).Kraków [2] J. Baler, M. Köppen: Podręcznik wad odlewniczych, Wyd. IKO Erblöh, (1994).Tłumaczenie na język polski [3] P. Poyet, F. Elsen, E. Bollinger: Giesserei Weltkongress, Communication, (1986) Praha. [4] J. A. Zapalski, P. Sajewski: Badanie trwałości powierzchni form dla odlewów staliwnych metodą form doświadczalnych J.Szreniawskiego. Przegląd Odlewnictwa 2/77. [5] J. Mocek: Wpływ wybranych czynników technologicznych na erozję form piaskowych zalewanych żeliwem. Archiwum Odlewnictwa, Wydane przez Polską Akademię Nauk Oddział Katowice ( 2001) s [6] J. Mocek: Badania erozji form piaskowych zalewanych żeliwem. Materiały międzynarodowej konferencji. Doxem (2001) w Sul'ov s [7] A. Drotlew, M. Grabiak : Procedura opisu zużycia materiałów atakowanych strumieniem ścierniwa pod różnymi kątami, Acta Metallurgica Slovaca, 8, (2002), s Praca finansowana przez KBN. Praca N r EROSION OF THE SAND MOULDS DURING FILLING BY LIQUID CAST IRON SUMMARY Process of the destruction of the sand moulds bounded with the organic binder, as a result of the liquid iron erosion has been studied. The original method of evaluation of the erosion effect was elaborated. The ratio of volume of the lifting formed at the surface of test casting to the total mass of the liquid metal flowing through the destroyed surface has been adopted as a measure of the sand stability. Author has analyzed the effects of the casting temperature, and position of the surface relatively to the falling metal stream. Recenzował Prof. Stanisław M. Dobosz