Seminarium: Niekonwencjonalne próby technologiczne w odlewnictwie Mieczysław Kuder Zakład Stopów Żelaza

Transkrypt

1 ul. Tytuł Zakopiańska prezenatacji Kraków, POLAND tel fax Seminarium: Niekonwencjonalne próby technologiczne w odlewnictwie Mieczysław Kuder Zakład Stopów Żelaza

2 Wprowadzenie Ogromna konkurencyjność obecna na rynku odlewów wymusza konieczność skrócenia procesu produkcyjnego, przy zapewnieniu wysokiej jakości odlewów Nawet przy bardzo dobrej organizacji produkcji, tradycyjne metody kontroli wydłużają cykl produkcyjny Zamiast tradycyjnych metod kontroli jakości ciekłego żeliwa, propagowane jest zastosowanie nowoczesnych technik pomiarowych i aparatury pozwalających w bardzo krótkim czasie ocenić stan fizyko-chemiczny wytapianego żeliwa oraz prognozować właściwości samego tworzywa i wyprodukowanych odlewów.

3 Takie wymagania może spełnić, zakupiona przez Instytut Odlewnictwa aparatura do badań właściwości żeliwa najnowszej generacji: system pomiaru zawartości wodoru w ciekłym żeliwie i w stali Hydris -Net system do pomiaru aktywności tlenu w ciekłym żeliwie Celox -Foundry z miernikiem Multi-Lab III CF (może być również stosowany przy ciekłej stali); oba firmy Heraeus Electro-Nite adaptacyjny system analizy termicznej ATAS (firmy NovaCast Foundry Solutions AB)

4 Pomiary zawartości wodoru w żeliwie Wodór w żeliwie jest czynnikiem bardzo szkodliwym, gdyż wskutek małej gęstości i bardzo niskiej rozpuszczalności w stopach żelaza w stanie stałym, nawet niewielka jego ilość rozpuszczona w ciekłym żeliwie podczas krzepnięcia jest wydzielana powodując szereg wad odlewniczych jak: pęknięcia międzykrystaliczne, zabielenie odwrotne, nakłucia. W przypadku występowania w/w wad, niezbędne jest określenie źródła tego gazu. Bardzo pomocne w walce z tym gazem jest możliwość precyzyjnego pomiaru już w stanie ciekłym. System pomiarowy, spełniający wymagania współczesnego procesu produkcji żeliwa, został opracowany przez firmę Heraeus Electro-Nite i znany pod nazwą Hydris NET.

5 Służy on do pomiaru zawartości wolnego wodoru w metalach w stanie ciekłym, przy użyciu jednorazowych próbników Hydris i specjalnej lancy zanurzeniowej, z wykorzystaniem czystego azotu jako gazu nośnego Schemat ideowy systemu pneumatycznego Hydris System pomiarowy Hydris.NET

6 Pomiar zawartości wodoru w ciekłym żeliwie w warunkach TŻ i w warunkach przemysłowych

7 Wyniki pomiarów wodoru Cały pomiar trwa około 2,5 min. W trakcie etapu Pomiar na ekranie jednostki procesorowej wykreślany jest wykres zmian wartości azotu i wodoru Po zakończeniu pomiaru wyświetlany jest wykres z danymi parametrami pomiaru i wynikiem pomiaru, jako wartość równowagowa: Equ w ppm. Wyniki pomiarów są zapisywane w pamięci wewnętrznej panelu procesorowego. Każdy wynik pomiaru może być wydrukowany lub wyeksportowany w postaci plików w formacie pdf.

8 Protokół wybranego pomiaru na tle ekranu szczegółów wybranego pomiaru Wynik pomiaru na ekranie jednostki procesorowej i pneumatycznej systemu Hydris.NET bezpośrednio po zakończeniu pomiaru

9 Pomiar aktywności tlenu w ciekłym żeliwie Tlen w ciekłym żeliwie posiada silny wpływ na kształtowanie się struktury żeliwa, szczególnie morfologii grafitu. Istotne znaczenie posiada ta część tlenu, który pozostaje aktywna w kąpieli w pobliżu temperatury krzepnięcia. Aktywność tlenu rozpuszczonego w kąpieli określana jest przez pomiar siły elektromotorycznej odpowiednio dobranego ogniwa stężeniowego. System pomiaru aktywności tlenu w ciekłym żeliwie Celox - Foundry z użyciem jednorazowych czujników, instalowanych na specjalnej lancy wibracyjnej opracowała firma Heraeus Electro- Nite. Nowy czujnik CF-Nod, o bardzo wysokiej czułości (rzędu 0,001 ppm = 1 ppb) i dający bardzo dobrą powtarzalność wyników pomiarów, umożliwia zastosowanie do żeliwa poddanego obróbce stopami magnezu, tj. sferoidalnego i wermikularnego. Czas pomiaru około 10 s.

10 Pomiar aktywności tlenu systemem Celox-Foundry w Zakładzie Stopów Żelaza i w warunkach przemysłowych System pomiarowy Celox-Foundry

11 Wyniki pomiarów aktywności tlenu Wyniki pomiarów są zapisywane w pamięci wewnętrznej przyrządu i stanowią archiwum. W skład zestawu wyników wchodzą: temperatura żeliwa w momencie pomiaru wartość wskaźnika Emf aktywność tlenu w temperaturze pomiaru bo w ppm aktywność tlenu w temperaturze odniesienia, tj o C ao w ppb wykres przebiegu pomiaru elementy identyfikacji wytopu (czas pomiaru, miejsce i numer wytopu). Dane zapisane w przyrządzie mogą być przeglądane na ekranie przyrządu Multi-Lab II CF lub przenoszone do komputera poprzez sieć wewnętrzną

12 Tryby wyświetlania wyników pomiarów: graficzny Zrzut ekranu komputera z danymi przeniesionymi z pamięci przyrządu Multi-Lab cyfrowy

13 F. Seutens ustalił zależności wiążące postać wydzieleń grafitu i niektóre właściwości żeliwa od aktywności tlenu w ciekłym żeliwie bezpośrednio przed zalewaniem form. Po adaptacji do warunków konkretnej odlewni, mogą one być wykorzystane do kontroli i sterowania procesem metalurgicznym.

14 Ocena stanu metalurgicznego żeliwa na drodze analizy termicznej Tradycyjnym wskaźnikiem metalurgicznego stanu żeliwa sferoidalnego jest tzw. równoważnik węgla (CE) obliczany ze składu chemicznego i porównanie go z punktem eutektycznym, w którym powinniśmy uzyskać krzepnięcie w pełni eutektyczne, tj. bez wydzieleń austenitu lub grafitu pierwotnego, z wystarczającą siłą grafityzacji i bez skłonności do zabieleń. W wielu odlewniach stosowana jest aparatura do badania krzywej krzepnięcia żeliwa, stanowiąc uzupełniające (obok spektrometru) narządzie do kontroli jakości ciekłego żeliwa. Aparaty tego typu najczęściej podają takie dane jak: maksymalna temperatura pomiaru, równoważnik węgla, zawartość węgla i krzemu, temperatura likwidus, eutektyczna i solidus, przechłodzenie.

15 Firma NovaCast Foundry Solutions AB opracowała zaawansowany system pomiarowo-analityczny ATAS (adaptacyjny system analizy termicznej), który służy do wyznaczania charakterystycznych punktów na krzywej krzepnięcia wszystkich rodzajów żeliwa. Uzyskane z bieżącego wytopu dane porównuje z optymalnymi parametrami, znajdującymi się w bazie danych programu, generuje ocenę jakości metalurgicznej żeliwa, prognozuje możliwości powstania wad typu skurczowego jak również podaje ewentualne środki zaradcze. Panel ATAS Ductile sprawia, że w przypadku żeliwa obrabianego magnezem (sferoidalnego), na ekranie pomiarowym wyświetlane są parametry obróbki zaprawą magnezową, przewodem magnezowym lub miszmetalem cerowym i modyfikacji, które umożliwiają w sposób ekonomiczny uzyskać optymalne właściwości żeliwa zalewanego do form i zdrowe, wolne od wad odlewy.

16 Charakterystyczne punkty krzywej krzepnięcia określane przez system ATAS Parametr Żeliwo szare Żeliwo wyjściowe do sferoidyzacji Żeliwo sferoidalne TElow, C > R, C 3-8 < GRF > GRF < TS, C < S1 Zależnie od gatunku (wytrzymałości) 0 5 (zależnie od grubości ścianki) Typowe wartości niektórych parametrów żeliwa z krzywej krzepnięcia określone systemem ATAS

17 Kubki Quik-Cup podczas analizy krzepnięcia systemem ATAS Ekran programu ATAS z krzywymi krzepnięcia; jedną kompletną i drugą w trakcie wykreślania System pomiarowo-analityczny ATAS

18 Przykładowe okna programu ATAS Wyników Oceny Pochodnych Ryzyko + Objaśnienia

19 Uwagi końcowe Tytuł prezenatacji Dotychczasowe badania przeprowadzone w Instytucie Odlewnictwa przy użyciu przedstawionej powyżej aparatury, pozwalają na sformułowanie poniższych wniosków: Pomiar zawartości wodoru przy pomocy systemu Hydris.Net w ciekłym metalu pozwala na wczesne rozpoznanie zagrożenia powstania wad typu gazowego w odlewach, w momencie gdy jeszcze jest możliwość ingerencji w proces metalurgiczny i uniknięcia skutków wysokiej zawartości tego gazu w metalu Pomiar aktywności tlenu w ciekłym żeliwie systemem Celox-Foundry pozwala na szybkie i proste prognozowanie struktury grafitu i skłonności żeliwa do powstania niektórych wad typu skurczowego System ATAS z panelem DUCTILE może służyć do badań procesu sferoidyzacji i modyfikacji różnych rodzajów i gatunków żeliwa, jak też sterowania całym procesem metalurgicznym w odlewni Przedstawione systemy pomiarowe umożliwiają precyzyjną ocenę jakości ciekłego metalu i prognozowanie właściwości wyprodukowanych odlewów, jednak precyzja ta jest bezpośrednio związana z jakością posiadanej bazy danych, równolegle prowadzonych laboratoryjnych badań materiałowych i bieżącej, krytycznej analizy wszystkich danych

20 ul. Tytuł Zakopiańska prezenatacji Kraków, POLAND tel fax Dziękuje za uwagę. Mieczysław Kuder Zakład Stopów Żelaza