BADANIA SKURCZU LINIOWEGO W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 6.9

Transkrypt

1 25/19 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 19 Archives of Foundry Year 2006, Volume 6, Book 19 PAN - Katowice PL ISSN BADANIA SKURCZU LINIOWEGO W OKRESIE KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA STOPU AlSi 6.9 STRESZCZENIE J. MUTWIL 1, S. KŁOS 2 Wydział Mechaniczny Uniwersytetu Zielonogórskiego Zielona Góra, ul. Szafrana 4 Przedstawiono badania przebiegu skurczu liniowego w okresie krzepnięcia i stygnięcia dwuskładnikowego stopu AlSi6.9. Badania prowadzono w metalowych i piaskowych formach testowych. Key words: linear contraction, aluminum-silicon alloy 1. WPROWADZENIE W zamieszczonej w tym numerze Archiwum Odlewnictwa pracy [1] przedstawiono instalację doświadczalną pozwalającą rejestrować proces kurczenia się odlewu pręta w okresie krzepnięcia i stygnięcia w formie metalowej bądź piaskowej. Przykładowe ilustracje badań nad przebiegiem skurczu liniowego dwuskładnikowego stopu AlSi6.9 krzepnącego w formie piaskowej i metalowej zaprezentowano poniżej. 2. PRZYKŁAD POMIARU W eksperymentach stosowano identyczną długość pręta skurczowego (236 mm). Formy zalewano metalem przegrzanym o 100 C, jedynie część badań prowadzono dla metalu przegrzanego o 50 C. Formy metalowe podgrzewano do 150 C. Poniżej zaprezentowano w postaci graficznej wyniki trzech eksperymentów, stanowiące dobrą ilustrację charakteru uzyskiwanych wyników. W części (a) każdego z trzech rysunków zamieszczono krzywe ilustrujące zmiany temperatury metalu T(t) i skurczu bezwzględnego S(t) oraz ich pochodnych T (t) i S (t). Dodatkowo przedstawiono krzywą zmian 1 dr hab. inż., prof. UZ j.mutwil@iipm.uz.zgora.pl 2 dr inż. 201

2 temperatury T f (t) i wymiaru liniowego formy S f (t). W każdym przypadku forma rozszerzała się termicznie, stąd ujemna wartość jej skurczu. W części (b) rysunków pokazano temperaturową charakterystykę skurczu względnego S(T) i pochodnej wydłużenia be z- względnego po temperaturze. Na rysunkach zaznaczono symbolami literowymi charakterystyczne etapy procesu : L początek krzepnięcia odlewu, E maks. efektu cieplnego przemiany eutektycznej, K koniec krzepnięcia odlewu, B koniec wydłużania się odlewu, C koniec wydłużania się formy, D początek kurczenia się odlewu. Na rysunkach w części (b) wprowadzono dodatkowe oznaczenia (M, N) dla wskazania punktów charakterystycznych, wynikających z przebiegu pochodnej skurczu po temp e- raturze. Dla tak wprowadzonych oznaczeń, na każdym z rysunków obok głównej osi rzędnych, wydrukowano odpowiadające im wartości. Dla rysunków z części (a) były to odpowiednio: czas i temperatura dla wszystkich punktów oraz skurcz w punktach B, C, D. Podane zmiany wymiarowe w punktach B, C to odpowiednio: maksymalne wydłużenie odlewu i formy. W częściach (b) każdego rysunku dla wszystkich oznaczeń wyprowadzono wartości temperatury i względnego skurczu odlewu, a dla punktów L, E, M, N dodatkowo wartości pochodnej wydłużenia odlewu po temperaturze. Dla lepszego zilustrowania kurczenia się stopu w okresie krzepnięcia i początkowym stadium stygnięcia odlewu, w części (a) rysunków pokazano jedynie początkowe 120 sekund z rejestrowanego przeciętnie przez 600 sekund procesu, a pełny obraz zmian skurczowych przedstawiono w ujęciu temperaturowym na rysunkach (b). We wspomnianym czasie eksperymentu temperatura odlewu spadała przeciętnie do poziomu ok. 260 C, stąd dla oszacowania skurczu odlewniczego dokonano ekstrapolacji przebiegu charakt e- rystyki S(T) do temperatury 20 C. Ekstrapolację wykonano za pomocą funkcji liniowej, uwzględniając przebieg charakterystyki S(T) w przedziale temperaturowym zaznaczonym na rysunkach (b) dwoma czarnymi kółkami. Dla tak przedłużonej charakterystyki S(T) program wykreślił poziomy odcinek ilustrujący przebieg pochodnej. Analiza zaprezentowanych wykresów pozwala zauważy, że zarówno w formie piaskowej, jak i metalowej odlew pręta ze stopu AlSi6.9 wydłużał się w początkowym stadium procesu. W przypadku form piaskowych analiza wszystkich wykonanych eksperymentów wykazała, że kurczenie się odlewu rozpoczynało się dopiero ok C poniżej temperatury eutektycznej, natomiast dla formy metalowej skurcz następował 5-50 C poniżej temperatury przemiany eutektycznej. Pokazany w części (a) rysunków przebieg zmian wymiarowych formy pozwala na stwierdzenie, że wydłużan ie się odlewu to efekt jego plastycznego odkształcania na skutek tarcia na granicy odlewwydłużająca się termicznie forma. Dla obu typów form zauważyć można wzmożenie zmian wymiarowych w początkowym i końcowym stadium krzepnięcia, co przejawia się pojawieniem pików na wykresach pochodnej wydłużenia po temperaturze. Rys. 1 dobrze ilustruje typowy przebieg skurczu w formach piaskowych, natomiast w formach metalowych całkowity skurcz, jak i jego przebieg mogły zasadniczo się różnić, co d o- brze ilustrują zamieszczone rysunki 2 i

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA a) T(t) T (t) S (t) T f (t) S f (t) S(t) b) S(T) Rys. 1. Skurcz liniowy stopu AlSi6.9 w formie piaskowej: a) temperatura metalu T(t) i p ochodna T (t), skurcz S(t) i pochodna S (t), temperatura T f (t) i termiczne wydłużenie formy S f (t); b) skurcz względny S(T) i pochodna wydłużenia odlewu po temperaturze Fig. 1. Linear contraction of AlSi6.9 alloy in sand mould: a) metal temperature T(t) and derivative T (t), contraction S(t) and derivative S (t),mould temperature T f (t) and thermal mould expansion S f (t); b) relative contraction S(T) and temperature derivative of casting expansion 203

4 a) T (t) T(t) S (t) S(t) S f (t) T f (t) b) S(T) Rys. 2. Skurcz liniowy stopu AlSi6.9 w formie metalowej: a) temperatura metalu T(t) i p ochodna T (t), skurcz S(t) i pochodna S (t), temperatura T f (t) i termiczne wydłużenie formy S f (t); b) skurcz względny S(T) i pochodna wydłużenia odlewu po temperaturze Fig. 2. Linear contraction of AlSi6.9 alloy in metal mould: a) metal temperature T(t) and derivative T (t), contraction S(t) and derivative S (t),mould temperature T f (t) and thermal mould expansion S f (t); b) relative contraction S(T) and temperature derivative of casting expansion 204

5 ARCHIWUM ODLEWNICTWA a) T (t) T(t) S (t) T f (t) S f(t) S f (t) b) S(T) Rys. 3. Skurcz liniowy stopu AlSi6.9 w formie metalowej: a) temperatura metalu T(t) i p ochodna T (t), skurcz S(t) i pochodna S (t), temperatura T f (t) i termiczne wydłużenie formy S f (t); b) skurcz względny S(T) i pochodna wydłużenia odlewu po temperaturze Fig. 3. Linear contraction of AlSi6.9 alloy in metal mould: a) metal temperature T(t) and derivative T (t), contraction S(t) and derivative S (t),mould temperature T f (t) and thermal mould expansion S f (t); b) relative contraction S(T) and temperature derivative of casting expansion 205

6 Różnorodność przebiegu skurczu w formie metalowej wskazuje na istotny wpływ tarcia na granicy odlew-forma, które silnie zależy od niepowtarzalnego w warunkach eksperymentu kontaktu pomiędzy powierzchnia odlewu i formy. Dla form piaskowych i metalowych intensywność skurczu w stanie stałym zależy istotnie od temperatury. Na j- większą intensywność zmian skurczowych, wyrażoną za pomocą pochodnej, stop wykazywał w początkowym okresie stygnięcia (zakres temperatury w przedziale D-M). Ekstrapolacja krzywej skurczowej do temperatury otoczenia wykazała, że skurcz całkowity w formie piaskowej był większy niż w formie metalowej, co należy przypisać większemu hamowaniu skurczu w formie metalowej. 3. PODSUMOWANIE Przedstawiony w pracy materiał pozwala na stwierdzenie, że dwuskładnikowy stop AlSi6.9 na skutek rozszerzalności termicznej formy podlega w początkowym okresie krzepnięcia i stygnięcia odkształceniom plastycznym, powodującym wydłużanie odlewu. Właściwy skurcz w formie metalowej rozpoczyna się około 5-50 C, a dla formy piaskowej około C poniżej temperatury przemiany eutektycznej. Największa intensywność zmian skurczowych, niezależnie od materiału formy, ma miejsce w początkowym okresie stygnięcia zakrzepłego odlewu, a jej maksymalnej temperat u- rowej dynamiki należy się spodziewać w przedziale temperatur: C. LITERATURA [1] Mutwil J.: Doskonalenie odlewniczych systemów produkcyjnych poprzez rozwój badań, Archiwum Odlewnictwa, vol. 6, nr 19, 2006, s SUMMARY INVESTIGATION OF LINEAR CONTRACTION OF SOLIDIFING AND SELF-COOLING AlSi6.9 ALLOY Investigations of the development of linear contraction 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 206