35/12 Solidilication ofmetals and Alloys, No. JS, 1998 Krzepnięcie Metali i Stopów, Nr JS, 1998 PAN- Oddział Katowice PL-ISSN

Transkrypt

1 35/12 Solidilication ofmetals and Alloys, No. JS, 1998 Krzepnięcie Metali i Stopów, Nr JS, 1998 PAN- Oddział Katowice PL-ISSN ELŻBIET A DOBIElEWSKA WPL YW REOLOGICZNYCH WŁAŚCIWOŚCI SUSPENSJI IŁOWYCH NA STRUKTURĘ KWARCOWO- IŁOWYCH MAS FORMIERSKICH Streszczenie W artykule przedstawiono wpływ w;;:glowych i węglotwórczych dodatków oraz siarczanów litowców i temperalwy na zmianę lepkości suspensji lepiszcze iłowe - woda. Istnieje wyraźna zależność pomi;;:dzy wartością lepkości suspensji a strukturą masy formierskiej, szczególnie topografią i morfologią powlok lepiszcza oraz mostków wiążących osnowę kwarcowo - iłowych mas formierskich. WSTĘP Syntetyczne kwarcowo - iłowe masy formierskie mają nadal zastosowanie w odlewniach stopów żelaza i metali nieżelaznych ; automatyzacja procesu wytwarzania form odlewniczych stawia tym masom coraz wyższe wymagania. Szczególnie ważny jest wtedy zakres tolerancji wartości poszczególnych parametrów mas formierskich. Dlatego też obok parametrów standardowych należy opisywać cechy, które oddzialywują na właściwości mas, takie jak wartości : pracy zagęszczania [l], nawrotu sprężystego [2], zdolności do kondensacji [3] i pomagają w analizie mechanizmu zmian wywołanego składem masy formierskiej. Wiadomo bowiem, że wartości wymienionych parametrów zależą od struktury masy formierskiej opisywanej na podstawie obrazu mikroskopo wego morfologii i topografii: - powierzchni składników masy, - powlok lepiszcze - woda i lepiszcze - woda - specjalny dodatek, -budowy mostków wiążących i ich liczby, -wzajemnego układu, wielkości orazjednorodności ziaren osnowy. Na tak opisaną masę fom1ierską [l] oddzialywują zjawiska powierzchniowe, zachodzące pomiędzy składnikami masy. Na nie zaś wpływ ma lepkość suspensji lepiszcze- woda Celem przedstawionej pracy jest pokazanie, w jaki sposób rodzaj zastosowanego lepiszcza kaolinitowego łub montmoryllonitowcgo * dr inż. - Instytut Technologii Budowy Maszyn i Automatyzacji Folitechniki Wrocławskiej

2 106 oraz specjalne dodatki wqglowe i węglotwórcze, np. pył węgla kamiennego, sadza PS [4], grafit, olej P [5] oraz siarczany grupy litowców \vpływają zmianę lepkości suspensji lepiszcze- woda. na Dobór dodatków użytych w badaniach podyktowany został: -próbą oceny wpływu oddziaływania siarczanów na wartość lepkości suspensji lepiszcze kaolinitowe - woda. Wyniki tych badań mogą być wskazówką do przeprowadzenia procesu chemicznej aktywacji glin kaolinitowych, a przez to uzyskania informacji o możliwości podwyższenia ich właściwości wiążących; - możliwością zmiany lepkości suspensji lepiszcze montmoryllonitowe - woda, pod wpływem dodatków węgłowych i węgłotwórczych Rodzaj zastosowanego specjalnego dodatku wpływa bowiem nie tylko na zmianę właściwości technologicznych mas formierskich takich jak np. wytrzymałość, przepuszczalność i osypliwość, ale oddziaływuje też na zjawiska powierzchniowe zachodzące w strukturze masy formierskiej i na granicy stop odlewniczy - powierzchnia formy. To zaś decyduje o jakości surowej powierzchni odlewów, a więc o aspektach ekonomicznych odlewni. - a ponadto możliwość wielokrotnego użycia i odświeżania kwarcowo - iłowych mas formierskich do sporządzania form odlewniczych była przyczyną pomiaru zmian lepkości suspensji lepiszcze montmoryllonitowe - woda jako funkcji temperatury. MATERIAŁY STOSOWANEDOBADAŃ W badaniach zastosowano materiały zestawione w tablicy l. Właściwości materiałów stosowanych w badaniach Tablica l: l. p materiał 8l:;Q 1 &~QL Ti02 C a O M go Si02 % l. lcpis7..czc kaolinitmn:. kopalnia 35.7 :!.OH 3.0:! - - reszta.., " Stani~ław. Jaros7ów lepiszcze z Milowic. zawartość ~R,4 l. l :!.OR reszta montmorvllonitu 55% wilgotność nogiół t:7~śt:i lotne s c 'Yo ~ - nvł wegla kamiennego :!,4X sadza PS 0,4 O l olei P 0,05-0, O. '.> R 5. grafit lo l 7. siarczany litowców (NT) S04: N 1 = Na. K. Li. Rd. Ce orod. Koch-Light, Anglia 8. oiasck kwarwwv z Krzcszówka lk 0.20/0. l6/0. l-j80-l350 C

3 107 WYNIKI BADAŃ Badania lepkości suspensji lepiszcze - woda jako funkcji temperatury lub dodatku przeprowadzono na rotacyjnym wiskozymetrze Rheotest 2 produkcji VEB Priifgerete- Werk Medingen, Niemcy, stosując- w zależności od potrzeby - układ cylindrów pomiarowych S/S l i H/H. Lepkość suspensji lepiszcze montmoryllonitowe- woda jako funkcja temperatury prażenia Zmiana temperatury prażenia od 20 do 400 C podyktowana została: l) potrzebą ustalenia temperatury suszenia i chemicznego aktywowania kopaliny - surowego minerału, przeznaczonego na lepiszcze odlewnicze, 2) temperaturą, jaką może osiągać masa formierska w czasie zalewania, krystalizacji stopu oraz stygnięcia odlewu w formie. Przygotowaną suspensję badano po czasie odstania O, 2 i 24 godziny. Jak pokazano na rysunku l, największą lepkość suspensja uzyskała przy temperaturze prażenia l50 C i po czasie odstania 24 godziny. n. [cp) ~~-r~~;--+~~--~ o T[ 11 C l Rys. l. Lepkość suspensji lepiszcze ntmoryllo-nitowe-woda jako funkcja temperatury prażenia. Fig. l. Viscosity of mont - moriiioni t clay bond-water as a function o f roasting temperature.

4 108 Z wyników tych wypływa wniosek, że w procesie przygotowania, a wi<;:c suszenia i mielenia złoża, jak i w procesie aktywacji chemicznej lepiszcza nie powinno się przekroczyć temperatury 150 C. Zmniejszenie bowiem lepkości suspensji może powodować obniżenie właściwości wiążących lepiszcza, co obniża wytrzymałość masy i inne związane z nią właściwości technologiczne. Informacja o zmniejszeniu lepkości suspensji jest również przydatna w procesie odświeżania mas formierskich. Wiadomo bowiem, że zdolność do pochłaniania wody i właściwości wiążące lepiszcza są wzajemnie zależne [6]. Lepkość suspensji lepiszcze montmoryllonitowe- woda jako funkcja dodatków specjalnych Zależnie od praktyki odlewniczej, do badań przyjęto3, 4 i 5% dodatki pyłu węgla kamiennego, sadzy PS, grafitu i oleju P. Dla porównania wyników badań, charakteryzujący się dużą ilością części lotnych olej P (patrz tabela l) został zastosowany w tej samej ilości co inne dodatki. Stałe dodatki węglowe spowodowały zwiększenie lepkości suspensji w stosunku do układu lepiszcze- woda bez dodatków (11 = 561 cp), odpowiednio dla: sadzy PS do 11 = 1907 cp, grafitu do 11 = 1496 cp, pyłu węgła kamiennego do 11 = 1328 cp. Wiadomo, że dodatki te rozmą si<;: wielkością cząstek oraz morfologią i topografią powierzchni [7]. Dzięki temu odmienne jest też zachowanie się w fazie rozpraszającej, jak i w reakcji z cząstkami lepiszcza o nicwysyconych ładunkach elektrycznych. Z reguły jednak, przy odpowiednim stosunku wodnoiłowym, zachowują one właściwości tiksotropowe układu lepiszcze - woda. Olej P jako ciecz nie stanowi rozpraszającego składnika suspensji. Zawartość oleju P do 3% (11 = 1851 cp), nie powoduje też pod wpływem bodźców mechanicznych, np. mieszania, przemiany żelu w zol. Wszystkie zastosowane więc w badaniach dodatki oddział y wują na wzrost lepkości układu lepiszcze - woda, co zmieniło topografię powierzchni ziaren masy formierskiej. PODSUMOW ANIE Celem stosowania dodatków do klasycznych mas formierskich jest uzyskanie określonych właściwości, które zapewniałyby otrzymanie odlewów bez wad. Często znany jest skutek oddziaływania, bez znajomości przyczyn jakie te zmiany powodują. W pracy zwrócono uwagę na parametr lepkości suspensji lepiszcze - woda i jego oddziaływanie na strukturę mas formierskich. Przeprowadzone badania wykazały, że:

5 109 a) b) c) d) Rys. 2. Topografia ziaren syntetycznych kwarcowo- iłowych mas formierskich, pow. xlooo: a) bez dodatku, R: w= 0,08 MPa; b) 5% sadzy PS, R: w= O, 18 MPa; c) 5% pyłu węgla kamiennego, R: w= O, 14 MPa;d) 5% oleju P, R: w= O, l l MPa. Fig. 2. Topography of synthctic quartz-clay grains of moulding sands, magn a) without additions; b) 5% of soot PS: c) 5% of coal dust; d) 5% of oil P.

6 110 siarczany sodu, litu, potasu, rubidu i cezu, dodawane do lepiszczy kaolinitowych, i- dodatki pyłu węgla kamiennego, sadzy, grafitu i oleju P do lepiszczy montmoryllonitowych wpływają na wartość lepkości 11 suspensji lepiszcze iłowe -woda. Niezależnie od stanu skupienia, dodatki te zwiększają lepkość a układ zachowuje właściwości tiksotropowe, co ma wpływ na topografię powierzchni ziaren i mostków wiążących kwarcowo - iłowych mas formierskich. Dla porównania na rysunku 2 przedstawiono fotografie czterech syntetycznych kwarcowo - iłowych mas formierskich. Widać wyraźnie, jak pośrednio dodatki węglowe, a bezpośrednio lepkość suspensji, wpływają na zmianc;: struktury masy. Pod wpływem dodatków topografia powlok ulega zmianie. I tak im bardziej jest ona równomierna i "zagęszczona" (rys. 2b,c), tym wic;:ksza może być sumaryczna powierzchnia mostków wiążących, decydująca o wytrzymałości masy. Dlatego też dodatki sadzy PS i pyłu węgla kamiennego b y ły przy czyną znaczącego wzrostu wytrzymałości na ściskanie Re w tych mas. Wykazano też, że wyniki pomiarów lepkości suspensji lepiszcze - woda mogą przy czy nić się do opracowania prawidłowego procesu technologicznego otrzymywania lepiszczy iłowych na drodze przeróbki mechanicznej i aktywacji chemicznej. LITERATURA [l] Dobiejewska E.: Wpływ pracy zagęszczania na strukturę i właściwości masy formierskiej., w: XX Konferencja Wydz. Odlew. AGH, Kraków 1995, s [2] Dobiejewska E., Furmanek A : Nawrót spężysty kwarcowo-iłowych mas formierskich. Arch. Bud. Maszyn PAN, Tom XXVI, , s.31. [31 Dobiejewska E.: Zjawiska powierzchniowe w iłowych masach formierskich spowodowane dodatkami węglowymi. W: II Konf. Zjawiska Powierzchniowe w Procesach Odlewniczych, Poznań-Kolobrzeg, 1996, s.33. (41 Dobiejewska E., Seweryniak M., Bialas T. : Sadza PS jako dodatek do mas fonnierskich. Przegl. Odlewnictwa, , s.383. [5] Dobiejewska E., Micker A.. : Oddziaływanie oleju w klasycznych masach fonnierskich. W: Prace Naukowe JTBM P.Wr. Nr 35, ser. Konferencje, Nr 12, 1987, s. 49. [6] Dobiejewska E.: Application of differential thennal analisis in the investigation of moulding sand. W: ICT A, IX In ter. Congress on Thermal Analisis, Jerusalem, 1988, part C. s [7] Dobiejewska E.: Dodatki węglowe modyfikatorem strul.:tury iłowych mas formierskich. W: VI Konf. Mikroskopii Elektronowej Ciała Stałego, PAN, Kraków-Krynica, 1981, s Recenzent: prof. dr hab. inż. Józef Dańko

7 l li Elżbieta DOBIEJEWSKA The Influence o f Rheologic Properties o f Clay Suspensions u po n tbe Structurc o f Quartz Clay Moulding Sands Sumary In this paper we prescnt the influence of carbon and alkali metal sulphates additions, as wcll as tcmpcraturc upon the viscosity of suspension: clay bond-water. lncrease of viscosity a!tects the topography o f clay bond coatings and bonding bridges, and hence if a!tects quartz-clay moulding san ds.