STEROWANIE PROCESEM KRZEPNIĘCIA ODLEWU W TECHNOLOGII MODELI CIEPLNIE ZGAZOWYWANYCH. Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, Kraków 3

Transkrypt

1 119/18 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 18 (2/2) ARCHIVES OF FOUNDRY Year 2006, Volume 6, N o 18 (2/2) PAN Katowice PL ISSN STEROWANIE PROCESEM KRZEPNIĘCIA ODLEWU W TECHNOLOGII MODELI CIEPLNIE ZGAZOWYWANYCH Z. ŻÓŁKIEWICZ 1, M. ŻÓŁKIEWICZ 2, W. JANKOWSKI 3, J.WILK 4 1,2 Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, Kraków 3 Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta 23, Kraków 4 Instytut Odlewnictwa, Kraków, ul. Zakopiańska 73, Kraków STRESZCZENIE Przedstawiono problematykę związaną z zastosowaniem modeli polistyrenowych cieplnie zgazowywanych formowanych w medium o różnej szybkości odprowadzenia ciepła krzepnącego i stygnącego staliwnego odlewu. Porównywano własności mechaniczne odlewu wykonywanego w masie składającej się z 100% piasku kwarcowego oraz mieszaninie piasku kwarcowego oraz śrutu żeliwnego. Formę wykonano z mieszaniny dwóch mediów o różnym wzajemnym procentowym stosunku wagowym. Tak wykonana masa formy charakteryzuje się różną prędkością przewodzenia ciepła oraz pojemnością cieplną. Starano się określić wpływ szybkości odprowadzenia ciepła z krzepnącego i stygnącego odlewu na jego własności mechaniczne oraz strukturę. Key words: evaporative pattern technology, casting, pattern, pattern made of foamed polystyrene, ferrous alloys 1. OKREŚLENIE PARAMETRÓW PROCESU Przystępując do badań przyjęto kierunki działania oraz założono parametry procesu wykonywania odlewów ze stopów żelaza (staliwa). Kierunek działania: określono skład masy, 1 Dr inż., kzs@iod.krakow.pl 2 Mgr inż.,malarz@poczta.onet.pl 3 Dr inż., wj@agh.edu.pl 4 Dr jwilk@iod.krakow.pl 219

2 przeprowadzono analizę cieplnych parametrów formy, określono kształt i parametry modelu, określano sposób formowania, rys 1, określono sposób oraz parametry zalewania, określono właściwości odlewu w tym: odtworzenie kształtu odlewu, gładkość powierzchni odlewu, czystość powierzchni odlewu, ciągłość materiału odlewu, własności mechaniczne. Rys. 1. Schemat formy doświadczalnej Fig. 1. Schematic representation of pilot mould Wykonanie formy doświadczalnej Do wykonania odlewów doświadczalnych technologią modeli cieplnie zgazowywanych wykorzystano suchy piasek kwarcowy o dopuszczalnej zawartości lepiszcza do 2 % oraz śrut żeliwny o średnicy do 2 mm zmieszany w odpowiednich proporcjach masowych. Do badań w Instytucie Odlewnictwa wykorzystano piasek kwarcowy gruby z kopalni Jaworzno Szczakowa, o ziarnistości 0,40/0,32/0,20 (wg PN-83/H-11077). W takiej osnowie ziarnowej formuje się polistyrenowy model z układem wlewowym na który naniesiona jest powłoka ceramiczna. 220

3 Parametry technologiczne wykonania formy Do wykonania form wykorzystane zostało zaprojektowane i wykonane gniazdo wykonywania odlewów metodą modeli zgazowywanych składające się między innymi ze specjalistycznych skrzynek formierskich, stanowiska wykonania modeli oraz zestawów modelowych, stanowiska nanoszenia pokrycia ceramicznego, stanowiska formowania zestawów modelowych, stanowisko zagęszczania, stanowisko przygotowania formy do zalewania oraz zalewania. Układ zalewania W założeniach do badań przyjęto różne systemy zalewania odlewu doświadczalnego (zalewanie syfonowe, boczne, od góry). Analizując wyniki badań przyjęto system zalewania od góry. W trakcie badań określono sposób doprowadzenia metalu do wnęki formy, parametry układu zalewania, czas i temperaturę zalewania oraz czas przetrzymania odlewu w formie. Badania twardości Badania strukturalne, nieniszczące, twardości przeprowadzono w akredytowanym Zespole Laboratoriów Badawczych Instytutu Odlewnictwa. Przeprowadzono je w temperaturze otoczenia, sposobem Brinella. Do pomiaru wykorzystano odlewy doświadczalne wykonane technologią modeli zgazowywanych. Przykładowe wyniki podano w tabeli 1. Tabela 1. Twardość staliwnych odlewów wykonanych w Instytucie Odlewnictwa w masie o różnej pojemności cieplnej, technologią modeli zgazowywanych Table 1. Hardness of steel castings made at the Foundry Research Institute by evaporative pattern technology in moulding mixtures characterised by different thermal capacities Oznaczenie próbki Nr pomiaru Twardość odlewu wykonanego technologią modeli zgazowywanych, HRC Masa I 30/70 Masa II 50/50 Masa III 70/30 Masa IV 0/

4 Struktura odlewów wykonanych technologią modeli zgazowywanych W przeprowadzonych badaniach analizowano strukturę odlewu staliwnego doświadczalnego, wykonanego metodą modeli wytapianych oraz zgazowywanych. Rys. 2. Przykładowa struktura odlewu (brzeg odlewu) wykonanego metodą zgazowanych modeli, HNO 3, 100x, P + C Fig. 2. Example of casting structure (edge of casting) made by the evaporative pattern technology, HNO 3, 100x, P + C 2. ANALIZA UZYSKANYCH WYNIKÓW, OPISANIE PARAMETRÓW TECH- NOLOGICZNYCH Przeprowadzono analizę otrzymanych wyników. Analizowano zmianę twardości i zmiany struktury odlewów uzyskanych technologią modeli zgazowywanych. Analizując struktury odlewów wykonanych technologią zgazowywanych można stwierdzić występowanie w strukturze na brzegu odlewu cementytu, nie występuje ferryt. Odlew ma podwyższona twardość. Analizując mikrostrukturę próbki odlewu z wykorzystaniem modelu polistyrenowego zauważono ze przy brzegach odlewu występuje perlit i cementyt, dalej od brzegu bainit górny, w środku bainit dolny. Zauważono wzajemne przenikanie się w/w rodzajów mikrostruktury. Struktura ta różni się od struktury tego samego odlewu ale wykonanego inną technologią. Otrzymano odlewy o dobrym odwzorowaniu kształtów i wymiarów odlewu. Natomiast analizując twardość odlewu stwierdzono najwyższą twardość w odlewach wykonanych w masie charakteryzującej się zwiększoną pojemnością cieplną oraz szybkością odprowadzenia ciepła z odlewu do otoczenia. 222

5 LITERATURA [1] Hirt C. W., Barkhudarow M. R.: Predicing Defects in Lost Foam Castings. Modern casting, december 2002, s [2] Jankowski W., Zdzisław Żółkiewicz Z.: A method to evaluate the permeability Jankowski W., Zdzisław Żółkiewicz Z.: A method to evaluate the permeability coatings applied on lost foam patterns. Archives of Metalurgy, Kraków, V. 48 nr 3/2003 s [3] Mirbagheri S.M. i inni: International Journal of Cast Metals Research Symulacja wypełnienia formy w procesie Lost Foam modeli cieplnie zgazowywanych, 2003 v. 16, nr 6, s 554 [4] Myszka D., Haratym R., Biernacki R., Żółkiewicz Z.; Mikrogeometria powierzchni odlewów z żeliwa sferoidalnego wykonanych metodą pełnej formy. Archives of Foundry, 2002, Volume 2 nr 5, art 14/5, s [5] Simpson R., Ravindran C.: Control of Microstrukture in Lost Foam Casting Using Chills. AFS Transaction, 2001, April 28-May 1, s [6] Shinsky O. I i inni.: Osobennosti zapolnenija formy peremennogo seczenija i jeje gazovyj rezim pri lit e po gazoficiruemym modeljam, Procesy lit a. 1995, nr.1, s [7] Shinsky O. I.: Nowoje w tieori i praktikie lit ia po gazyficiruemym modeljam. Litieinoie Proizwodstwo, 1998, 7, s.31 34, [8] Stoch G.: Opracowanie teoretycznego modelu procesu przebiegu zjawisk termofizycznych zachodzących w wybranych kształtach testowych form metalowych. Praca wykonana na zamówienie Instytutu Odlewnictwa nr MP/6208/17/18/20/114/99, r [9] Żółkiewicz Z.: Lost Foam Proces Destruction of Polystyrene Pattern in Mould. 38. [10] Żółkiewicz Z., Jankowski W., Żółkiewicz M. Wilk Jan.: Interaction Among liquid Metal, Pattern and Mold the Lost Foam Proces. Materials Engineering, (ISSN ), Slovakia Volume X, Issue 3/2003 s. 295 [11] Żółkiewicz Z., Maniowski Z., Żółkiewicz M.: Applying of the Foamed Expandable Polystyrene in the Fe-alloy cast making. Materials Engineering, (ISSN ), Slovakia, Volume X, Issue 3/2003 s

6 CONTROL OF CASTING SOLIDIDIFICATION PROCESS IN EVAPORATIVE PATTERN TECHNOLOGY ABSTRACT Problems related with the application of evaporative polystyrene patterns placed in moulding media characterised by diffrent rate of heat transfer from the solidifying and cooling steel casting were discussed. Mechanical properties of casting made in mixture composed in 100% of the silica sand and in mixture composed of silica sand and cast iron shot were compared. The mould was made of two different media mixed in different percent ratios. Thus prepared moulding mixture was characterised by different heat conduction rate and thermal capacity. An attempt was made to determine the effect of heat transfer rate from the solidifying and cooling casting on its mechanical properties and structure. Recenzował: Prof. Andrzej Białobrzeski 224