KRZEPNIĘCIE STRUGI SILUMINU AK7 W PIASKOWYCH I METALOWYCH KANAŁACH FORM ODLEWNICZYCH

Transkrypt

1 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2001, Rocznik 1, Nr 1 (1/2) Archives of Foundry Year 2001, Volume 1, Book 1 (1/2) PAN - Katowice PL ISSN KRZEPNIĘCIE STRUGI SILUMINU AK7 W PIASKOWYCH I METALOWYCH KANAŁACH FORM ODLEWNICZYCH J. MUTWIL 1, D. NIEDŹWIECKI 2 Wydział Mechaniczny Politechniki Zielonogórskiej STRESZCZENIE Opisano wpływ materiału i średnicy kanału formy na kinetykę oraz zakres temperatur krzepnięcia płynącej w nim strugi siluminu AK7. Określono temperaturę zatrzymania przepływu. Key words: alloy flow, stream, solidification, mould channel, silumin 1. WPROWADZENIE Metale i stopy już w okresie zalewania podlegają krzepnięciu. Udział fazy stałej wydzielonej w okresie przepływu konkretnego stopu zależny jest od geometrii i mat e- riału formy oraz parametrów zalewania. W wielu przypadkach postępująca krystalizacja może być powodem złego wypełnienia formy. Krystalizacja w warunkach przepływu ma zazwyczaj charakter nierównowagowy, a miarą odstępstwa od równowagi jest obn i- żenie zakresu temperatur krzepnięcia, któremu sprzyjać będzie wzrost szybkości st u- dzenia. Ten ostatni czynnik zależy przede wszystkim od modułu odlewu i materiału formy. Opracowana w Politechnice Zielonogórskiej metodyka badawcza [1], pozwala na ocenę wpływu wymienionych czynników na przebieg krystalizacji metali i stopów w okresie przepływu. W dalszej części opracowania opisano badania nad krystalizacją siluminu AK7 płynącego w kanałach metalowych i piaskowych form odlewniczych. 1 dr hab. inż., prof. PZ, jmutwil@wm.pzgora.pl 2 mgr inż. 177

2 2. TECHNIKA BADAŃ Opis stanowiska badawczego pozwalającego rejestrować przebieg przepływu i temperaturę czoła strugi w kanale formy wypełnianej techniką odlewania niskociśnieniowego przedstawiono w opublikowanej w tym numerze Krzepnięcia Metali i St o- pów pracy [2]. Badania prowadzono w pionowych kanałach 12, 14, 16 mm form metalowych (stal WCL) oraz w kanałach piaskowych 6.5 i 10 mm (suszone formy piaskowe na masie z bentonitem i pyłem węglowym). W każdym przypadku długość kanałów przepływowych wynosiła 180 mm. Formy metalowe podgrzewano wstępnie do temperatury 150ºC. Metal do wnęki formy wstępnej doprowadzano szczeliną o przekroju 20 mm 2, utrzymując nadciśnienie w komorze pieca na poziomie 14 kpa. We wszystkich badaniach utrzymywano temperaturę metalu w piecu na poziomie 820ºC. Przed badaniami zasadniczymi oceniono przebieg krzepnięcia siluminu w próbniku ATD (rys. 1). Do badań użyto silumin o składzie wg. atestu: 6.9%Si, 0.36% Mg, 0.16 % Mn, 0.74% Fe, inne: 1.06%, reszta Al. 3. OPIS WYNIKÓW BADAŃ Rysunek 1 ilustruje przebieg krzepnięcia badanego siluminu w próbniku ATD. Na rysunku zaznaczono charakterystyczne dla krzepnięcia temperatury i wydrukowano ich wartości. W dalszych opisach odczytane z wykresu temperatury krzepnięcia (TL=605.2 ºC; TE=566.4 ºC) uważane będą za równowagowe. 178 Rys. 1. Wykres ATD badanego siluminu Fig. 1. The ATD diagram of investigated silumin

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Poniżej pokazano pięć ilustracji obrazujących zachowanie się strugi badanego siluminu podczas przepływu w kanałach metalowych ( 12, 14, 16 mm) oraz piaskowych ( 6.5 i 10 mm). Na rysunkach przedstawiono zmiany temperatury czoła strugi wraz z jej pochodną oraz krzywą przepływu. Na rysunkach oznaczono literami charakterystyczne dla przebiegu procesu zdarzenia. Wskazują one kolejno na: A- wpłynięcie metalu do wnęki wstępnej, B- maksymalną szybkość studzenia strugi w kanale, D- przechłodzenie inicjujące krystalizację, E- temperaturę eutektyczną, K- koniec przepływu, L- temperaturę likwidus. W polach rysunków wydrukowano wartości T, T w wybranych punktach charakterystycznych oraz wartość średnią pochodnej temperatury w przedziale A-K, będącą miarą średniej prędkości studzenia strugi w okresie przepływu. Na rysunkach naniesiono leżące tuż nad temperaturami krzepnięcia punktowe linie poziome, obrazujące równowagowe temperatury krzepnięcia uzyskane w próbniku ATD. Rys. 2. Przepływ w kanale 16mm formy metalowej Fig. 2. Flow in metal channel: 16mm Zamieszczone ilustracje pokazują, że struga siluminu AK7 krzepła we wszystkich kan a- łach przepływowych nierównowagowo. Obniżenie temperatury likwidus, w zależności od średnicy i materiału kanału, mieściło się w przedziale 2-7 deg. Temperatura przemiany eutektycznej obniżyła się w znacznie większym stopniu (26-30 deg), a dla przepływu w kanale metalowym 12 mm odnotowano jedynie jej wzrost o 3 deg. Charakterystyczna dla wszystkich przypadków jest dominacja przemiany likwidus nad przemianą eutektyczną, co powinno się przejawić wzrostem udziału fazy w strukturze. W każdym przypadku krystalizacja była poprzedzona przechłodzeniem metalu od 8 do 12 deg, We wszystkich przypadkach przepływ ustawał w zakresie temperat ury li- 179

4 kwidus. Za wyjątkiem przepływu w kanale piaskowym 10 mm, gdzie blokada nastąpiła tuż po przekroczeniu temperatury likwidus, przepływ ustawał w okresie przechłodzenia metalu. a) b) Rys. 3. Przepływ w kanale formy metalowej: a) 14 mm; b) 12 mm Fig. 3. Flow in metal channel: a) 14 mm; b) 12 mm 180

5 ARCHIWUM ODLEWNICTWA a) b) Rys. 4. Przepływ w kanale formy piaskowej: a) 10 mm; b) 6 mm Fig. 4. Flow in sand channel: a) 10 mm; b) 6 mm 181

6 Analiza przebiegu krzywej przepływu wskazuje, że - z uwagi na mniejsze średnice kanałów przepływowych - struga z większym trudem pokonywała w formach piaskowych opory na wlocie do kanału. Dlatego też na rysunku 4 wprowadzono dodatkowy punkt C wskazujący na moment osiągnięcia poziomu wlotu do kanału, a na rysunku 4a dodatkowo punkt F, od którego zaczął się efektywny przepływ w kanale. Na każdym z rysunków wydrukowano wartość maksymalnej prędkości studzenia strugi w kanale przepływowym (T (B)) oraz średnią prędkość studzenia na całej drodze przepływu (T -AK). Dla form piaskowych podano dodatkowo wartości odnoszące się jedynie do przepływu w samym kanale (T -CK, T -FK). Porównanie maksymalnych prędkości studzenia oraz ich wartości średnich w przedziale pokazuje, że najwolniej metal studził się w kanale 10 mm formy piaskowej. W pozostałych przypadkach wartości są porównywalne. Dla form metalowych nie zauważono istotnego wpływu średnicy kan a- łu, co można wyjaśnić większą dynamiką uwalniania ciepła krystalizacji w mniejszych kanałach. Zmniejszenie średnicy wpływało natomiast na wartość przechłodzenia i obniżenie temperatury likwidus. 4. PODSUMOWANIE Przedstawione badania wykazały, że silumin AK7 krzepnie w kanałach form metalowych i piaskowych nierównowagowo, czego objawem jest obniżenie temperatur krzepnięcia. Krystalizacja właściwa poprzedzona jest wyraźnym przechłodzeniem metalu. Przepływ ustaje w zakresie nierównowagowej temperatury likwidus, najczęściej w okresie przechłodzenia metalu. LITERATURA [1] Mutwil J., Żygadło M., Janowski R., Niedźwiecki D.: Nowe stanowisko do badań lejności, Krzepnięcie Metali i Stopów, vol. 2, nr 44, 2000, s [2] Mutwil J.,: Parametryczny opis cech przepływu metali i stopów w kanałach form odlewniczych, Krzepnięcie Metali i Stopów, vol.?, nr??, 2001, s.???-???. Badania prowadzone są w ramach projektu badawczego Nr 7 T08B finansowanego przez Komitet Badań Naukowych w latach SOLIDIFICATION OF AK7-SILUMIN STREAM IN SAND AND METAL CHANNELS SUMMARY The influence of both the channel material and the channel diameter on the solidific a- tion kinetic and the solidification range of the flowing stream of AK7-silumin has been described. The temperature of the flow stopping has been determined. Recenzował prof. dr hab. inż. Janusz Braszczyński