BADANIA NAPRĘŻEŃ SKURCZOWYCH W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 6.9

Transkrypt

1 26/19 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 19 Archives of Foundry Year 2006, Volume 6, Book 19 PAN - Katowice PL ISSN BADANIA NAPRĘŻEŃ SKURCZOWYCH W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 6.9 J. MUTWIL 1, J. PATALAS 2 Wydział Mechaniczny Uniwersytetu Zielonogórskiego Zielona Góra, ul. Szafrana 4 STRESZCZENIE Przedstawiono badania ewolucji naprężeń skurczowych w okresie krzepnięcia i stygnięcia dwuskładnikowego stopu AlSi6.9. Badania prowadzono w metalowych i piaskowych formach testowych. Key words: linear contraction, shrinkage stresses, aluminum-silicon alloy 1. WPROWADZENIE W zamieszczonych w tym numerze Archiwum Odlewnictwa pracach przedstawiono instalację doświadczalną [1] do badań przebiegu skurczu liniowego i wywoływanych nim naprężeń skurczowych w odlewie pręta oraz wyniki badań nad skurczem liniowym stopu AlSi6.9 krzepnącego w formie piaskowej i metalowej [2]. Opis badań nad ewolucją naprężeń skurczowych w odlewie z tego stopu przedstawiono pon iżej. 2. PRZYKŁAD POMIARU Naprężenia skurczowe, podobnie jak skurcz liniowy, badano w odlewie pręta krzepnącego i stygnącego w formie piaskowej i metalowej. Graficzne ilustracje typowych wyników badań przedstawiono poniżej. W części (a) rysunków 1, 2 zamieszczono krzywe ukazujące przebieg zmian temperatury odlewu T(t) i jej pochodnej T (t) oraz naprężeń rozciągających Sig(t) i ich pochodnej Sig (t). Pomocniczą informację stanowi- 1 dr hab. inż., prof. UZ, j.mutwil@iipm.uz.zgora.pl; 2 mgr inż. 207

2 ła krzywa zmian temperatury ścianki formy T f (t), mierzona w połowie długości segmentu pręta skurczowego (rys. 2 w [1]). a) T (t) T(t) Sig (t) Sig(t) T f (t) b) S(T) Rys. 1. Stop AlSi6.9 krzepnący w formie metalowej: a) temperatura formy T f (t) i metalu T(t) oraz naprężenia skurczowe Sig(t) i pochodne w funkcji czasu: T (t), Sig (t); b) naprężenia skurczowe i ich pochodna w funkcji temperatury metalu Fig. 1. AlSi6.9 alloy solidified in the metal mould: a) mould T f (t) and metal T(t) temperatures and contractions stresses Sig(t) versus time and time derivatives: T (t), Sig (t); b) contractions stresses and their derivative versus temperature 208

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA a) T (t) T(t) Sig (t) Sig(t) T f (t) b) S(T) Rys. 2. Stop AlSi6.9 krzepnący w formie piaskowej: a) temperatura formy T f (t) i metalu T(t) oraz naprężenia skurczowe Sig(t) i pochodne w funkcji czasu: T (t), Sig (t); b) naprężenia skurczowe i ich pochodna w funkcji temperatury metalu Fig. 2. AlSi6.9 alloy solidified in the sand mould: a) mould T f (t) and metal T(t) temperatures and contractions stresses Sig(t) versus time and time derivatives: T (t), Sig (t); b) contractions stresses and their derivative versus temperature 209

4 a) Sig(T) b) Sig(T) Rys. 3. Naprężenia skurczowe i ich pochodna w funkcji temperatury stopu AlSi6.9 (wyższa temperatura zalewania niż na rys. 1, 2): a) forma metalowa; b) forma piaskowa Fig. 3. Contractions stresses and their temperature derivative versus temperature of AlSi6.9 alloy (higher pouring temperature then on Fig. 1, 2): a) metal mould; b) sand mould 210

5 ARCHIWUM ODLEWNICTWA W części (b) rysunków 1, 2 oraz na rysunku 3 pokazano temperaturowe charakterystyki naprężeń Sig(T) i ich pochodnej. Podobnie, jak w [2], na rysunkach zaznaczono symbolami literowymi charakterystyczne etapy procesu. Dla oznaczeń L, E, K zachowano znaczenie identyczne jak w [2]. W części (b) rysunków 1, 2 i na rys. 3 wprowadzono dodatkowe oznaczenia: A, B, C, D, F wskazujące lokalne ekstrema na pochodnej naprężeń po temperaturze. Podobnie jak w [2] dla tak wprowadzonych oznaczeń wydrukowano w obszarze rysunków wartości parametrów eksperymentu w punktach charakterystycznych. Pełny obraz ewolucji naprężeń przedstawiają rysunki w ujęciu temperaturowym (1b, 2b, 3), gdzie dodatkowo dokonano ekstrapolacji przebiegu ch a- rakterystyki Sig(T) do temperatury 20 C. Ekstrapolację wykonano podobnie jak w [2] za pomocą funkcji liniowej. Zamieszczone wykresy pozwalają zauważy, że dla obu typów form temperatury począ t- ku trwałego narastania naprężeń i skurczu [2] są zbliżone. W badaniach naprężeń nie stwierdzono wyraźnego, chwilowego wzrostu ich dynamiki w początkowym i końcowym stadium krzepnięcia, co miało miejsce w przypadku skurczu [2]. W okresie st y- gnięcia odlewu odnotowano dwa wyraźne lokalne maksima na pochodnej naprężeń po temperaturze, tymczasem dla skurczu widoczne było ty lko pierwsze maksimum. Porównanie zamieszczonych wykresów pozwala zauważyć, że w odróżnieniu od skurczu, przebieg zmian naprężeń w funkcji temperatury jest charakterystyczny dla typu formy i wyraźnie różny dla form piaskowych i metalowych. W badaniach nap rężeń nie zauważono też charakterystycznej dla badań skurczu dużej różnorodności zachowań w przypadku form metalowych. Podobnie jak w przypadku skurczu wszystkie charakterystyczne dla okresu stygnięcia punkty na krzywych dla form metalowych wyprzedzały o kilkadziesiąt stopni Celsjusza odpowiedniki dla form piaskowych. Analiza przebiegu pochodnej naprężeń po temperaturze w zakresie temperatur krzepnięcia pozwala przypuszcza, że w krzepnącym odlewie mogły mieć miejsce lokalne mikropęknięcia, wypełniane przez jeszcze niezakrzepły metal. 3. PODSUMOWANIE Przedstawione tu, jak i w pracy [2], przykładowe ilustracje wyników przeprowadzonych eksperymentów potwierdziły przydatność opisanych w pracy [1] rozwiązań aparaturowych do badania ewolucji skurczu i naprężeń skurczowych w odlewach. Zgodnie z oczekiwaniami, w formach piaskowych i metalowych zauważalny przyrost naprężeń skurczowych odnotowano dla temperatur odlewu podobnych jak w przypadku skurczu liniowego [2]. Zarówno dla form piaskowych, jak i metalowych w okres ie stygnięcia stopu AlSi6.9 odnotowano cztery wyraźne ekstrema na pochodnej naprężeń po temperaturze, które wyznaczają charakterystyczne etapy procesu narastania naprężeń skurczowych. Analiza wykresów dla form metalowych pozwala zauważyć, że w ko ń- cowym okresie pomiarów temperaturowa szybkość zmian naprężeń stabilizowała się na poziomie ok MPa/ C, co może by wielkością charakterystyczną dla badanego stopu. Dla potwierdzenia tego należałoby w kolejnych eksperymentach wydłużyć czas pomiaru na tyle, by określić wartość tego parametru również dla formy piaskowej. 211

6 LITERATURA [1] Mutwil J.: Doskonalenie odlewniczych systemów produkcyjnych poprzez rozwój badań, Archiwum Odlewnictwa, vol. 6, nr 19, 2006, s [2] Mutwil J., Kłos S.: Badania skurczu liniowego w okresie krzepnięcia i stygnięcia stopu AlSi6.9, Archiwum Odlewnictwa, vol. 6, nr 19, 2006, s SUMMARY EXAMINATION OF SHRINKAGE STRESSES OF SOLIDIFING AND SELF-COOLING AlSi6.9 ALLOY Investigations of development of the shrinkage stresses which appear during the solidification and self-cooling of binary AlSi6.9 alloy have been presented. Experiments have been conducted in sand and metal test moulds. Recenzował: prof. dr hab. inż. Franciszek Binczyk 212