KRYTERIA OCENY WYBIJALNOŚCI MAS ZE SZKŁEM WODNYM

Transkrypt

1 18/17 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2005, Rocznik 5, Nr 17 Archives of Foundry Year 2005, Volume 5, Book 17 PAN - Katowice PL ISSN KRYTERIA OCENY WYBIJALNOŚCI MAS ZE SZKŁEM WODNYM K. MAJOR-GABRYŚ 1, ST.M. DOBOSZ 2, J. ZYCH 3 Wydział Odlewnictwa, Akademia Górniczo- Hutnicza, ul. Reymonta 23, Kraków, Polska STRESZCZENIE Artykuł dotyczy metod oceny wybijalności mas ze szkłem wodnym i nowym dodatkiem Glassex. Szczególny nacisk położono na nowo zaproponowaną ocenę wybijalności mas opartą o badania ultradźwiękowe. Metoda okazała się szybka, precyzyjna i bardzo przydatna. Key words: moulding sands, knock -out properties, ultrasonic 1. WPROWADZENIE Coraz częściej technologia odlewnicza zwraca się w kierunku mas ze spoiwami nieorganicznymi. Decydującym czynnikiem powodującym te zmiany jest koszt masy, ale przede wszystkim ich bardzo mała szkodliwość dla środowiska, która aktualnie nabiera coraz większego znaczenia. Masy ze spoiwami nieorganicznymi mają jednak bardzo poważną wadę, którą jest słaba wybijalność i mała zdolność do regeneracji. W wielu ośrodkach światowych prowadzone są prace nad poprawą tych niekorzystnych cech. Wśród mas poddawanych tym intensywnym badaniom są masy ze szkłem wodnym. Aby móc właściwie ocenić skuteczność stosowania dodatków należy dobrać właściwe kryteria oceny wybijalności. Do kryteriów tych należą próby technologiczne takie jak np. próba zawarta w polskiej normie PN-85/H W próbie tej za kryterium wybijalności masy przyjmuje się ilość energii potrzebnej do usunięcia rdzenia z doświadczalnego odlewu. 1 mgr inż.,katarzyna.majorgabrys@neostrada.pl 2 prof. nadzw.dr hab. inż.,dobosz@.agh.edu.pl 3 dr inż., jzych@agh.edu.pl 163

2 L w = 1,63n [J] gdzie: - 1,63 wartość pracy jednego uderzenia ciężarka, J, - n liczba uderzeń ciężarka do chwili wypchnięcia rdzenia z odlewu. Drugą metodą oceny wybijalności mas jest pomiar wytrzymałości końcowej na ściskanie, nazywanej przez niektórych autorów wytrzymałością resztkową [1,2]. W artykule zaproponowano nową metodę oceny wybijalności mas na podstawie badań ultradźwiękowych. 2. BADANIA WŁASNE W niniejszym artykule przedstawiono nową metodę poprawy wybijalności na podstawie badań obejmujących wprowadzeniu do masy nowego dodatku. Badania technologiczne dotyczące mas z nowym dodatkiem zamieszczono w innych publikacjach [3,4]. Badania obejmowały porównanie mas bez dodatku i z nowym dodatkiem Glassex. Niniejszy artykuł przedstawia tylko fragmenty przeprowadzonych badań Ocena wybijalności zgodnie z PN-85/H praca, kj 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 masa bez dodatku masa z Glassex Rys.1. Porównanie wybijalności masy bez dodatku i z dodatkiem Glassex ocenianej zgodnie z PN-85/H Fig. 1. Comparison of the knock-out properties of moulding sand with and without the Glassex additive according to PN-85/H Z wykresu widać, że dodatek Glassex zdecydowanie poprawia wybijalność masy. Praca potrzebna do wybicia kształtki wykonanej z masy z nowym dodatkiem jest dwukrotnie mniejsza niż praca potrzebna do wybicia kształtki z masy bez dodatku. 164

3 wytrzymałość końcowa na ściskanie, MPa ARCHIWUM ODLEWNICTWA 2.2. Ocena wybijalności przez pomiar wytrzymałości końcowej na ściskanie 2,5 2 1,5 1 0,5 masa bez dodatku masa z Glassex temperatura w ygrzania, o C Rys. 2. Porównanie wytrzymałości końcowej na ściskanie masy bez dodatku i z dodatkiem Glassex. Fig. 2. Comparison of the final compressive strength of moulding sands with and without the Glassex additive. Jak widać powyższa metoda bardziej precyzyjnie opisuje zjawisko wybijalności jednocześnie opisując mechanizm zjawiska. Z wykresu wynika, że nowy dodatek nie tylko obniża wytrzymałość końcową masy, ale również zmienia charakter krzywej wytrzymałości końcowej na ściskanie, przesuwając tzw. II maksimum w stronę wyższych temperatur. Zagadnienie to zostało opisane w innych publikacjach [5,6] Ocena wybijalności za pomocą metody ultradźwiękowej Rzeczywista wybijalność masy, czyli jej podatność na oddzielanie od odlewu i rozkruszanie fragmentów elementów formy i rdzeni zależy o chwilowej wytrzymałości masy. Chwila, do której należy odnosić wytrzymałość określana jest momentem wybijania odlewu z formy. Po zalaniu formy metalem, masa formierska na przekroju formy nagrzewana jest do różnej temperatury, im dalej od powierzchni odlewu tym niższy jest stopień przegrzania masy. Jeśli forma wraz z odlewami zostaje wystudzona do temperatury otoczenia to końcowa wytrzymałość masy może stanowić względnie dobry wskaźnik jej wybijalności. Jeśli jednak forma wybijana jest wcześniej (przed wystygnięciem), to końcowa wytrzymałość masy nie będzie dobrym wskaźnikiem do oceny wybijalności. Dla takiej pełnej oceny proponuje się wykorzystanie techniki ultradźwiękowej. Opracowana przez J. Zycha [7] metoda ciągłego monitorowania kinetyki zmian 165

4 względny moduł dynamiczny Ed(wzg dynamicznego modułu sprężystości masy w formie zalanej ciekłym metalem pozwala śledzić zmiany tego parametru w dowolnych warstwach formy po zalaniu metalem. Dla pełnej oceny przydatności takiej koncepcji i metodyki badań podatności masy do wybijania należało przeprowadzić badania pozwalające ustalić relacje pomiędzy wskaźnikami propagacji fal a wytrzymałością badanej masy poddanej wygrzewaniu. W ramach pracy przeprowadzono badania, w których dla dwóch różniących się mas ze szkłem wodnym wyznaczono zależności pomiędzy wytrzymałością końcową na zginanie i modułem dynamicznym (E d ) określonym metodą ultradźwiękową. Próbki badanych mas nagrzewano do wybranych temperatur, studzono a następnie określano wytrzymałość R g. Po próbie zginania określano prędkość podłużnej fali (V L ), oraz gęstość pozorną masy w próbkach. Moduł dynamiczny określano z zależności: E d = o V L 2 Wyniki badań opracowano graficznie i przedstawiono na rysunkach 3-6. Badaniami objęto masę ze szkłem wodnym bez dodatku i masę z nowym dodatkiem Glassex. Dla uzyskania bardziej uogólnionej postaci zależności: R g = f(t) i E d = f(t) wyniki badań przedstawiono w postaci bezwymiarowej, odnosząc wyznaczone wartości do wartości określonych w temperaturze otoczenia. 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 masa z Glassex masa bez dodatku 0,200 0,100 0, temperatura wygrzania, o C Rys. 3. Porównanie wpływu temperatury wygrzania na względny moduł dynamiczny masy bez dodatku i masy z dodatkiem Glassex. Fig. 3. Comparison of the soaking heat s influence on the relative dynamic modulus of moulding sand with and without the Glassex additive Rysunek 3 przedstawia porównanie wpływu temperatury wygrzewania na wartość modułów dynamicznych masy bez dodatku i z dodatkiem Glassex. Masa wyjściowa po nagrzaniu do temperatury 100 o C traci swoje właściwości sprężyste (o ok. 50%), a po nagrzaniu do temperatury powyżej 600 o C zwiększa je, osiągając maksimum w temperaturze 800 o C. Masa z dodatkiem Glassex wolniej traci sprężystość 166

5 względne: wytrzymałość Rg(wzg) i modu dynamiczny Ed(wzg) względne: wytrzymałość Rg(wzg) i moduł dynamiczny Ed(wzg) ARCHIWUM ODLEWNICTWA w pierwszym okresie wygrzewania i zwiększa je nieznacznie dopiero po nagrzaniu do temp. 900 o C. Dobra korelacja pomiędzy modułem dynamicznym i wytrzymałością jest dobrze widoczna na rysunkach 4 i 5, gdzie oddzielnie dla każdej masy zestawiono wyniki pomiarów E d i R g. Charakter zmian wytrzymałości jest podobny do zmian modułu sprężystości. Rysunek 4 odnosi się do masy bez dodatku, a rysunek 5 do masy z dodatkiem Glassex. W przypadku obu mas uwidacznia się dobra zgodność charakteru krzywych: E d (wzg) = f(t) i R g (wzg) = f(t). 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 Ed(wzg ) Rg(wzg ) 0,10 0, temperatura wygrzania, o C Rys. 5. Zestawienie względnych: wytrzymałości i modułu dynamicznego masy bez dodatku. Fig. 4. Compilation: resistance and dynamic modulus of moulding sand without additive. 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 Ed(wzg) Rg(wzg) 0,200 0,100 0, temperatura wygrzania, o C Rys. 6. Zestawienie względnych: wytrzymałości i modułu dynamicznego masy z dodatkiem Glassex. Fig. 6. Compilation: resistance and dynamic modulus of moulding sand with the Glassex additive. 167

6 PODSUMOWANIE Z przeprowadzonych badań można wywnioskować, że zmiany modułu dynamicznego wyznaczonego metodą ultradźwiękową podążają za zmianami wytrzymałości badanej masy poddanej wygrzewaniu do temperatury 900 o C. Oznacza to, że w oparciu o pomiar ultradźwiękowy można prognozować zmiany wytrzymałości masy poddanej wygrzewaniu w wysokich temperaturach, a zatem można prognozować zdolność masy do wybijania. LITERATURA [1] Baliński A., Izdebska-Szanda I.: Wpływ morfoaktywnych modyfikatorów uwodnionego krzemianu sodu na przemiany temperaturowe zachodzące w masach formierskich z tym spoiwem. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 2004, s [2] Baliński A., Stechman M., Różycka D.: Influence of modification of the soluble sodium silicate with morphoactive agents on the mechanical properties of the moulding sands in temperatures to 900 o C. Materials Engineering, Vol.10, No.3, s [3] Dobosz St. M., Major-Gabryś K.: Nowa metoda poprawy wybijalności mas ze szkłem wodnym. Mat. XXVII Konferencji Naukowej z Okazji Święta Odlewnika 2003, Kraków 2003, s.. [4] Dobosz St. M., Major-Gabryś K.: Zjawiska powierzchniowe a wybijalność mas ze szkłem wodnym. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 2004, s [5] Dobosz St.M., Major-Gabryś K.: Glassex nowy dodatek poprawiający wybijalność mas ze szkłem wodnym. Archiwum Odlewnictwa, 2004, rocznik 4, Nr 13, PAN-Katowice s [6] Major-Gabryś K., Dobosz St.M.: Ocena wybijalności mas ze szkłem wodnym i nowym dodatkiem Glassex., Mat. XXVIII Konferencji Naukowej z Okazji Święta Odlewnika 2004, Kraków 2004, s [7] Zych J.: Nieniszczące badania kinetyki zjawisk w przypowierzchniowej warstwie form wilgotnych po zalaniu ich metalem. Archiwum Odlewnictwa 2004, rocznik 4, Nr 11, PAN-Katowice, s SUMMARY Badania finansowane w ramach pracy statutowej nr CRITERIA OF ESTIMATING THE KNOCK-OUT PROPERTIES OF MOULDING SANDS WITH WATER GLASS The article concerns the method of estimating the knock-out properties of moulding sands with water glass and new Glassex additive. Especially the lately proposed estimation of knock-out properties based on the ultrasound researches is taken into consideration. This method seems to be quick, precise and very useful. Recenzował: prof. dr hab. inż. Antoni W. Orłowicz