BADANIA ZALEŻNOŚCI GRUBOŚCI POWIERZCHNIOWEJ WARSTWY KOMPOZYTOWEJ OD WIELKOŚCI ODLEWU I RODZAJU WKŁADKI KOMPOZYTUJĄCEJ

Transkrypt

1 /5 Archves of Foundry, Year 005, Volume 5, 5 Archwum Odlewnctwa, Rok 005, Rocznk 5, Nr 5 PAN Katowce PL ISSN BADANIA ZALEŻNOŚCI GRUBOŚCI POWIERZCHNIOWEJ WARSTWY KOMPOZYTOWEJ OD WIELKOŚCI ODLEWU I RODZAJU WKŁADKI KOMPOZYTUJĄCEJ C. BARON, J. GAWROŃSKI Zakład Odlewnctwa, Instytut Materałów Inżynerskch Bomedycznych, Wydzał Mechanczny Technologczny, Poltechnka Śląska ul. Towarowa 7, Glwce, Polska STRESZCZENIE Praca przedstawa badana powerzchnowe warstwy kompozytowe na odlewe stalwnym. Dotyczą one wskazana czynnków, które w stotnym stopnu wpływały zarówno na grubość akość powstałego kompozytu. Zbadano grubośc warstwy kompozytowe na trzech rodzaach kul o średncach odpowedno 00, 80, 60 [mm] trzech gruboścach wkładek z żelazochromu (, 3, 5 [mm]). Stosuąc narzędza statystyk eksperymentalne przeprowadzono analzę danych zebranych w dośwadczenu. Key words: castng, composte, cast alloy layer.. PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA Badana modelowe polegały na wytworzenu powerzchnowe warstwy stopowe na trzech kulach o różnych średncach (00, 80, 60 [mm]). Powerzchnowa warstwa stopowa powstała z przetopena wkładk kompozytuące umeszczone na wewnętrzne strone formy paskowe. Jako materału na wkładkę użyto żelazochrom o zarnstośc ponże 0,3 [mm] składze chemcznym podanym w tabel, natomast grubośc wkładek wynosły, 3, 5 [mm]. mgr nż., czeslaw.baron@polsl.pl prof. zw. dr nż., ozef.gawronsk@polsl.pl

2 6 Tabela Skład chemczny żelazochromu Table Chemcal consttuton of ferrochromum Produkt Cr C S* P* S* T FeCr HC ,5 0,03 0,05 0,05 * Zawartość ma. Jako materał bazowy zastosowano stalwo nskowęglowe GP40GR o temperaturach charakterystycznych T L C, T S C składze chemcznym podanym w tabel. Tabela Skład chemczny stalwa Table Chemcal consttuton of cast steel Produkt C Mn S P* S* Stalwo nskowęglowe 0,3-0,4 0,4-0,9 0,-0,5 0,04 0,04 * Zawartość ma. W wynku dośwadczena powstała powerzchnowa warstwa kompozytowa charakteryzuąca sę zwększoną twardoścą, średno trzykrotne wększą od materału bazowego oraz równomernym rozłożenem perwastków stopowych w kompozyce. Analza chemczna stężena oraz rozłożena chromu w powerzchnowe warstwe kompozytowe potwerdzła, że dwukerunkowa dyfuza dąży do wyrównana potencałów składu chemcznego. Wynk pomarów grubośc powstałe powerzchnowe warstwy kompozytowe przedstawaą tabele 3 4 Tabela 3 Grubość warstwy kompozytowe dla kul o średncy 00, 80, 60 [mm] Table 3 The thckness of the composte layer for the balls wth the dameter 00, 80, 60 [mm] Kula o średncy 00 [mm] Kula o średncy 80 [mm] Kula 3 o średncy 60 [mm] Grubość warstwy kompozytowe w [mm] 8,6 6,5 6,9 0, 7, 6,3 8,3 4,7 3, 7,8 6, 3 6, 5,9 5, 8,3 4,7 3, 6,5 4,6 6,9 4,,9 8,7 4,8,9 6,7 5,,3 6,7 6,9 4,8 8,4 7, 3,7 6,5 6,,8 7, 6,7 5,4 7,6 8, 6,

3 7 Tabela 4 Grubość warstwy kompozytowe dla wkładek o welkośc, 3, 5 [mm] Table 4 The thckness of the composte layer for the composte pads wth the thckness, 3, 5 [mm] Wkładka o grubośc [mm] Wkładka o grubośc 3[mm] Wkładka o grubośc 5[mm] Grubość kompozytu w [mm] 6,7 8,3 8,6 8,4 6,5 0, 6,5 6,9 8,3 7, 8,7 7,8 7,6 6,7 6, 6,9 4,7 6,5 7, 4 7, 6, 4, 4,7 6,7 4,8 6, 8, 5, 5,9 4,8 3, 6,9 3,7,6 6,3,8,9 3, 5,4,9 3 6,,3 5,. ANALIZA DANYCH Analzę danych zebranych w dośwadczenu umeszczonych w tabelach 3 4 przeprowadzono stosuąc narzędza statystyk eksperymentalne. Celem analzy było stwerdzene czy stnee wpływ rodzau kul (średncy), bądź rodzau wkładk (grubośc) na grubość powstałe warstwy kompozytowe. W perwsze częśc dośwadczena dotyczące rodzau kul postawono następuące hpotezy: H 0 : brak wpływu rodzau kul na grubość warstwy kompozytowe H : stnee wpływ rodzau kul na grubość warstwy kompozytowe Druga część dośwadczena dotyczyła zbadana ewentualnego wpływu rodzau wkładk na grubość warstwy kompozytowe, czyl przeprowadzono weryfkacę następuących hpotez: H 0 : brak wpływu rodzau wkładk na grubość warstwy kompozytowe H : stnee wpływ rodzau wkładk na grubość warstwy kompozytowe Do weryfkac postawonych hpotez wykorzystano test analzy waranc ako edne z metod badana wpływu pewnych czynnków, które można dowolne regulować

4 8 w toku eksperymentu, na kształtowane sę wartośc badanych cech merzalnych. Badane wpływu rodzau kul wkładk na kształtowane sę grubośc kompozytu przy założenu normalnośc ego rozkładu przeprowadzono przez porównane poszczególne waranc wynkaące z dzałana danego czynnka oraz waranc resztowe merzące błąd losowy. Problem polegał węc na porównanu trzech różnych obektów eksperymentalnych będących trzema rodzaam kul w perwsze częśc dośwadczena oraz trzema rodzaam wkładk w druge częśc dośwadczena w oparcu o 45 ednostek eksperymentalnych opsywanych za pomocą cechy będące gruboścą kompozytu. W celu przeprowadzena wnoskowana statystycznego wykorzystano test analzy waranc przy klasyfkac poedyncze. Został on przeprowadzony według schematu uętego w postac tablcy analzy waranc: źródło zmennośc Suma kwadratów Stopne swobody Średn kwadrat Mędzy k nsob populacam nsob n k- Vob (obektam) k Wewnątrz obektów (składnk losowy) ns e k n n-k V e nse n k gdze: n n k n n dla =,,3,...,k gdze n k n k lość obektów eksperymentalnych n lość ednostek eksperymentalnych n lość ednostek eksperymentalnych dla tego obektu eksperymentalnego W teśce wykorzystana została statystyka V F V ob e która przy założenu prawdzwośc hpotezy H 0 ma rozkład F Snedecora o k n k stopnach swobody. Obszar krytyczny est postac: P F F

5 9 Do sprawdzena konecznego dla testu analzy waranc założena o ednakowych warancach we wszystkch badanych grupach wykorzystano w pracy test ednorodnośc welu waranc Barletta. Jest on oparty na pewne statystyce, która ma rozkład asymptotyczny. Zbeżność do rozkładu est bardzo szybka węc można stosować rozkład nawet dla małych prób. Służy on weryfkac hpotez postac: H 0 : = =... = k H : ne wszystke warance są równe Z wynków k prób o lczebnoścach n oblczane są następuące welkośc: sˆ ~ s n n k c 3 n k,303 n sˆ k k n n k k n k log ~ s n log sˆ c Statystyka ma przy założenu prawdzwośc hpotezy H 0 rozkład asymptotyczny z k stopnam swobody. Wartość krytyczną odczytywana est z tablcy dla ustalonego z góry pozomu stotnośc dla odpowedne lczby k stopn swobody w tak sposób by zachodzło P. Analza wpływu rodzau kul na grubość kompozytu Test analzy ednorodnośc waranc 4 5 7,64, ,89, 53

6 ,0, 6 3 ~ s 4 7,6,38 36,6, 79 3 c, , ,5 9,69,03, 5,99 dla stopn swobody oraz pozomu stotnośc 0,05 Ze względu na nerówność, 5,99 ne ma podstaw do odrzucena hpotezy H 0 czyl ne stwerdzono różne waranc grubośc kompozytu przy różne średncy kul. Zatem zostało spełnone założene koneczne dla przeprowadzena testu analzy waranc o ednorodnośc waranc. Test analzy waranc W przypadku weryfkac hpotez dotyczących badana wpływu rodzau kul na grubość kompozytu otrzymano następuącą tablcę analzy waranc: źródło zmennośc Suma kwadratów Stopne swobody Średn kwadrat Mędzy populacam (obektam) 98,68 49,34 Wewnątrz obektów (składnk losowy) 75,3 4,79 Wartość statystyk F wynosła: F 7,54 Odczytana z tablc dla 4 stopn swobody oraz pozomu stotnośc 0,05 wartość krytyczna wynosła: 3, F

7 Ze względu na nerówność 7,54 3, F F hpotezę H 0 należy odrzucć czyl stwerdzono stotny wpływ rodzau kul na grubość kompozytu. Dodatkowo przeprowadzono w tym przypadku test luk Tukeya aby potwerdzć dodatkową hpotezę, ż zastosowane wszystkch trzech kul spowodowało powstane stotnych różnc w gruboścach kompozytu. Perwszy etap procesu podzału badanych obektów na stotne różnące sę grupy to uporządkowane średnch obektowych:... k W celu określena czy stneące różnce mędzy grupam są stotne stosowany test oparty est na funkc testowe t V c e Wartość granczna t odczytywana est z tablc Studenta dla n k stopn swobody. Jeżel różnca est wększa od półprzedzału ufnośc L t V c e to luka ta uważana est za stotną. Metoda ta umożlwa wyodrębnene szeregu gru p wśród badanych obektów. W przypadku analzy grubośc warstwy kompozytu ze względu na rodza użyte kul otrzymano półprzedzał ufnośc postac:,79 L,0 0,987 5 gdze welkość,0 została odczytana z tablc dla 4 stopn swobody przyętego pozomu stotnośc 0,05. Ze względu na nerównośc:

8 ,75,88 3 0,987 0,987 wykazano stotne różnce pomędzy gruboścam warstw kompozytu odpowadaącym wszystkm trzem rodzaom kul.. Analza wpływu rodzau wkładk na grubość kompozytu Test analzy ednorodnośc waranc 4 5 6,8, ,85 4, ,4 3, 7 3 ~ s 4 34,0 65,5 5,07 3, 6 3 c, , ,56,77,03, 44 5,99 dla stopn swobody oraz pozomu stotnośc 0,05 Ze względu na nerówność,44 5,99 ne ma podstaw do odrzucena hpotezy H 0 czyl ne stwerdzono różne waranc grubośc kompozytu przy różne grubośc wkładk. Zatem zostało spełnone założene koneczne dla przeprowadzena testu analzy waranc o ednorodnośc waranc.

9 3 Test analzy waranc W przypadku weryfkac hpotez dotyczących badana wpływu rodzau wkładk na grubość kompozytu otrzymano następuącą tablcę analzy waranc: źródło zmennośc Suma kwadratów Stopne swobody Średn kwadrat Mędzy populacam (obektam),3,6 Wewnątrz obektów (składnk losowy) 5,59 4 3,609 Wartość statystyk F wynosła: F 3,09 Odczytana z tablc dla 4 stopn swobody oraz pozomu stotnośc 0,05 wartość krytyczna wynosła: 3, F 3,09 3, F Ze względu na nerówność F ne ma podstaw do odrzucena hpotezy H 0 czyl ne stwerdzono stotnego wpływu rodzau wkładk na grubość kompozytu. 3. WNIOSKI. Badana wykazały, że welkość odlewu ma wpływ na grubość powstałe powerzchnowe warstwy kompozytowe na pozome stotnośc 0,05.. Ustalono w wynku opracowana dośwadczena, że pozom stotnośc 0,05 okazał sę newystarczaący do zaakceptowana hpotezy o stotnym wpływe rodzau wkładk na grubość powerzchnowe warstwy kompozytowe. 3. W dalszych badanach statystycznych należy ustalć pozom stotnośc, dla którego rodza wkładk będze mał wpływ na grubość powstałego powerzchnowego kompozytu stopowego zweryfkować badaną hpotezę ponowne na baze kolenych dośwadczeń.

10 4 Część badań wykonano dzęk dofnansowanu przez Komtet Badań Naukowych (proekt badawczy KBN nr 3T08 B 03 7) LITERATURA [] J. GAWROŃSKI, J. MARCINKOWSKA, J. SZAJNAR, M. CHOLEWA, P. WRÓBEL, Stopowe warstwy kompozytowe na odlewach stalwnych. Krzepnęce metal stopów Nr4, 995 [] C. BARON, J. GAWROŃSKI, Wyznaczane grubośc warstw kompozytowych na odlewach rozważana teoretyczne, DOKSEM, Słowaca-Raecke Teplce,- November 003 s.5- [3] C. BARON, Kompozyty powerzchnowe ako materały o zwększone wytrzymałośc, III Sympozum Doktorancke, 3-4 czerwca 004 Lubln [4] J. GAWROŃSKI, C. BARON, Wyznaczane grubośc warstw kompozytowych metodą dyskretyzac, VI Mędzynarodowa Konferenca, Zawska Powerzchnowe w Procesach Odlewnczych, 7-9 czerwca 004 Kołobrzeg [5] P. WRÓBEL, Uszlachetnane powerzchn odlewów stalwnych kompozytową warstwą stopową w procese odlewana, Praca Doktorska, Glwce 004 [6] W. FELLER, Wstęp do rachunku prawdopodobeństwa, PWN, Warszawa 966 [7] W. OKTABA, Elementy statystyk matematyczne metodyka dośwadczalnctwa, PWN, Warszawa 980 THE EXAMINATION OF THE DEPENDENCE BETWEEN THE THICKNESS OF SURFACE COMPOSITE LAYER AND THE SIZE OF CAST AND THE KIND OF COMPOSITE PAD SUMMARY The studes over surface composte layer are presented n ths work. They have been done n search of factors, whch nfluence the thckness and qualty of composte. The thckness of composte formed on the three knds of balls (sze 00, 80, 60 [mm]) and the three knds of pads from ferrochromum (thckness, 3, 5 [mm]) have been eamned. The tools of epermental statstcs have done the analyss of data. Recenzował prof. Jan Szanar