Wpływ dodatku regeneratu na właściwości mas z żywicą furanową stosowanych na formy do odlewów ze staliwa manganowego

Transkrypt

1 A R C H I V E S of F O U N D R Y E N G I N E E R I N G Pblished qarterly as the organ of the Fondry Coission of the Polish Acadey of Sciences ISSN (897-33) Vole Special Isse / 57 6 / Wpływ dodatk regenerat na właściwości as z żywicą franową stosowanych na fory do odlewów ze staliwa anganowego * M. Holtzer, A. Bobrowski, D. Drożyński, B. Isendorf, M. Mazr AGH Akadeia Górniczo-Htnicza i. Stanisława Staszica, Wydział Odlewnictwa, l. Reyonta 3, 3-59 Kraków, Polska Prezes Zakład Odlewniczego MODELFORM w Rybnik *Kontakt korespondencyjny: e-ail: holtzer@agh.ed.pl Otrzyano 6.4.; zaakceptowano do drk.7. Streszczenie W artykle oówiono wpływ dodatk regenerat zyskiwanego procesie regeneracji echanicznej do asy z żywicą frfrylową na osnowie piask kwarcowego. Określono wpływ dział regenerat na takie paraetry asy jak: wytrzyałość na rozciąganie, ścieralność, przepszczalność i żywotność asy. Badania prowadzono przy dziale regenerat w osnowie w ilości od do %. Uzyskane wyniki wykazały, że optyalne właściwości, zyskje asa o składzie 6% regenerat, cz. as. żywicy i,5 cz. as. twardzacza. Słowa klczowe: staliwo anganowe, asy franowe, regenerat, asy franowe, spoiwa franowe. Wprowadzenie Przedstawione w artykle badania zostały wykonane w raach projekt celowego realizowanego w Zakładzie Odlewniczy MODELFORM w Rybnik. Cele przedstawionych w artykle badań było określenie optyalnego dodatk regenerat do as z żywica frfrylową, stosowanych na fory dla odlewów ze staliwa anganowego, zapewniającego zyskanie odlewów wysokiej jakości []. W Zakładzie Odlewniczy MODELFORM do wykonywania odlewów ze staliwa stosje się fory z as na osnowie piask kwarcowego wiązane żywicą PERMASET 839 twardzaną twardzacze PERMACAT 3 prodkcji EUROTEK. Zakład posiada instalację do regeneracji echanicznej zżytych as. Udział regenerat w asie jest zienny, w zależności od rodzaj stop odlewniczego, z którego wykonywane są odlewy.. Materiały stosowane do badań Do badań wytypowano następjące ateriały: osnowa: piasek kwarcowy (stosowany dotychczas w odlewni) (ph = 6,8, teperatra topnienia 67 o C) (skład ziarnowy piask podano w tabeli ) regenerat zyskany w odlewni z regeneracji asy na osnowie piask kwarcowego z żywicą franową (charakterystykę regenerat podano w tabeli ) spoiwo żywica franowa PERMASET 839 (kwaśna) i twardzacz PERMACAT 3 firy EUROTEK [4]. Żywica ta zawiera 6-75% alkohol frfrylowego, poniżej % fenol i poniżej % foraldehyd. Jest cieczą o barwie (w o C). Żywica Peraset 839 jest cięższa od wody i nie A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l e, S p e c i a l I s s e / 57

2 Wytrzyałość na rozciaganie R, MPa Wytrzyałość na rozciaganie R, MPa rozpszcza się w niej, lega biodegradacji jedynie częściowo. Odpady należy składować na zarejestrowanych wysypiskach lb zastosować inne etody przewidziane dla odpadów toksycznych lb niebezpiecznych [, 3, 5-]. 3. Składy badanych as oraz stosowana etodyka W cel określenia właściwości as przebadano następjące składy as: osnowa: piasek kwarcowy + regenerat (w ilości od do %) spoiwo: żywica PERMASET 839 (w zakresie,8 cz. as. do, cz. as.) twardzacz PERMACAT 3 (w zakresie od,3 cz. as. do,6 cz. as.); W tabeli przedstawiono analizę ziarnową piask kwarcowego, a w tabeli regenerat zyskanego z asy na osnowie piask kwarcowego z żywicą Peraset 839 i twardzacze Peracat 3. Badano następjące paraetry as: wytrzyałość na rozciąganie R ; ścieralność S; przepszczalność P ; żywotność Ż (czas przydatności do forowania); Masy sporządzano w krążnikowej ieszarce laboratoryjnej typ LM- stosjąc następjącą kolejność wprowadzania składników i czasy ieszania: osnowa piaskowa + twardzacz -,5 inty + żywica,5 inty. Warnki poiarów były następjące: teperatra otoczenia t ot =,, o C, wilgotność względna powietrza W w = 35-38%. 4. Wyniki badań i ich dysksja 4.. Wpływ dodatk regenerat na wytrzyałość na rozciąganie R Na rys. przedstawiono wpływ dział regenerat w osnowie asy na wytrzyałość na rozciąganie R. Stosowano dział regenerat w ilości od do %. Wzrost dodatk regenerat powodował spadek właściwości wytrzyałościowych, co wyraźnie się zaznaczało po czasie odstania 4 godziny. Masa sporządzona na czysty piask kwarcowy iała wytrzyałość około,4 MPa, natoiast na czysty regeneracie tylko,35 MPa. Przy dziale 6% regenerat wytrzyałość na rozciąganie wynosiła,75 MPa. Zniejszając stosnek twardzacza do żywicy z,5:, do,4:, przy 6% dziale regenerat w osnowie następje spadek wytrzyałości z,75 MPa do,4 MPa (rys. ). Na rys. 3 przedstawiono wpływ stosnk twardzacza do żywicy na wytrzyałość na rozciąganie asy na osnowie % regenerat. Zakres dział twardzacza wynosił od,3 do,6 cz. as., natoiast dział żywicy wynosił, cz. as. Wzrost dodatk twardzacza nawet do,6 cz. as. nie spowodował istotnego wzrost wytrzyałości tej asy. Rys.. Wpływ czas twardzania na wytrzyałość na rozciąganie R dla as o różny dziale regenerat. Skład asy (w częściach,5,5, asowych): piasek kwarcowy (p. kw.)/regenerat (reg.), żywica Peraset 839,, twardzacz Peracat 3,5,8,6,4,,8,6,4, Rys.. Wpływ czas twardzania na wytrzyałość na rozciąganie R dla as o różny stosnk twardzacza do żywicy (/ż). p. kw. % p. kw. 8%, reg. % p. kw. 6%, reg. 4% p. kw. 4%, reg. 6% p. kw. %, reg. 8% reg. % Czas twardzania, h /ż =,5/, /ż =,4/, Czas twardzania, h Skład asy (w częściach asowych): piasek kwarcowy 4, regenerat - 6, żywica Peraset 839, twardzacz Peracat Wpływ dodatk regenerat na ścieralność asy Na rys. 4 i rys. 5 zaieszczono wykresy dotyczące ścieralności as na osnowie czystego piask kwarcowego oraz z dodatkie ziennych ilości regenerat (od do %). Przy dziale 8% regenerat ścieralność asy gwałtownie wzrasta. 58 A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l e, S p e c i a l I s s e /

3 Sa odsiewów przeliczonych, % Sa odsiewów przeliczonych, % Tabela. Analiza ziarnowa piask kwarcowego Piasek kwarcowy Nr kolejny Odsiewy, g Odsiewy Odsiewy ph = 6,8 sita Próbka I Próbka II sa, % przelicz., % Gęstość = 63 kg/ 3,6,,,, Liczba ziarnistości AFS L = 4,94,8,7,8,5,5 Średnia wielkość ziarn d L =,3,63 3,8 3,5 6,68 6,68 Średnia geoetryczna d g =,35,4,48,47 3,95 3,95 Średnia arytetyczna d a =,39,3,36,8 3,7 3,7 Średnia haroniczna d h =,3, 5,36 8,79 34,5 34,5 Mediana d M =,34,6 3,77,46 6,3 6,3 Średnia wielkość ziarn D5 =,34,,,7 3,9 3,9 Frakcja główna F g = 8,7 %,7,3,,3,3 Współczynnik rozdział S =,36,56,,,, Wskaźnik nachylenia S k =,99 Denko,,,, Stopień jednorodności GG = 59, % Sa 5, 5,,, Powierzchnia właściwa S t = 7,6 /kg Zaw. lep.,,, Powierzchnia właściwa S w = 9,7836 /kg Raze 5, 5,, Wskażnik kształt W k =, Krzywa s sporządzona etodą AFS Krzywa s sporządzona etodą DIN Jak wynika z rys. 5 dla zyskania odpowiednio ałej ścieralności, w przypadk stosowania osnowy na regeneracie, konieczne jest trzyanie określonego stosnk ilości twardzacza do żywicy oraz dodanie odpowiedniej ilości żywicy. Przy zachowani stosnk żywicy do twardzacza /ż=,5, ale gdy ilość żywicy wynosi tylko,8 cz. as, następje bardzo gwałtowny wzrost ścieralności asy przy % dziale regenerat w osnowie Wpływ dodatk regenerat na przepszczalność asy Dodatek regenerat do osnowy piask kwarcowego w zasadzie tylko w niewielki stopni wpływa na zianę przepszczalności asy i to dopiero od zawartości 8% regenerat, kiedy to zaważa się pewien wzrost przepszczalności (rys. 6). Może to wynikać z fakt, że regenerat zawiera większy dział ziaren dżych (,4 ) w stosnk do piask kwarcowego (średnia wielkość ziaren dla regenerat wynosi,37, a dla piask kwarcowego,34 ). A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l e, S p e c i a l I s s e / 59

4 Sa odsiewów przeliczonych, % Sa odsiewów przeliczonych, % Tabela..Analiza ziarnowa regenerat zyskanego z asy na osnowie piask kwarcowego z żywicą Peraset 839 i twardzacze Peracat 3 Nr kolejny Odsiewy, g Odsiewy Odsiewy ph = 3,65 sita Próbka I Próbka II Regenerat sa, % przelicz., % Gęstość = 5 kg/ 3,6,,,, Liczba ziarnistości AFS L = 4,98,8,69,46,5,5 Średnia wielkość ziarn d L =,3,63,3,8 5,3 5,3 Średnia geoetryczna d g =,37,4 6,44 7,6 34,4 34,4 Średnia arytetyczna d a =,4,3,7 3,6 5,88 5,88 Średnia haroniczna d h =,34,,48 3,38 5,86 5,86 Mediana d M =,37,6 3,88,63 5,5 5,5 Średnia wielkość ziarn D5 =,37,,43,93,36,36 Frakcja główna F g = 85,78 %,7,3,,5,5 Współczynnik rozdział S =,3,56,,,, Wskaźnik nachylenia S k =,4 Denko,,,, Stopień jednorodności GG = 63, % Sa 5, 5,,, Powierzchnia właściwa S t = 7,8 /kg Zaw. lep.,,, Powierzchnia właściwa S w = 7,676 /kg Raze 5, 5,, Wskażnik kształt W k =, Krzywa s sporządzona etodą AFS Krzywa s sporządzona etodą DIN Straty prażenia:,39%; ph = 3,8; zawartość siarki:,4% Żywotność asy na osnowie z dodatkie regenerat Do oznaczenia żywotności (czas przydatności do forowania) została wykorzystana etoda określania zian wytrzyałości wraz z pływe czas odstawienia nie zagęszczonej asy. Jako iarę żywotności w tej etodzie przyjje się czas (licząc od oent zetknięcia się wszystkich składników asy), po który asa traci 3% wytrzyałości w stosnk do aksyalnej ożliwej do zyskania. Zwiększenie dodatk twardzacza w stosnk do ilości żywicy powodje wyraźne skrócenie żywotności asy zawierającej % regenerat jako osnowy (rys. 7 i rys. 8). Wnioski Na podstawie przeprowadzonych badań dotyczących dział regenerat zyskanego z asy zżytej z żywicą frfrylową w asach przeznaczonych dla odlewów staliwnych, ożna sforłować następjące wnioski: A6 R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l e, S p e c i a l I s s e /

5 Ścieralność S, % Przepszczalność P, x -8 /Pa.s Wytrzyałość na rozciaganie R, MPa Ścieralność S, %,6,4,,8,6,4, reg. %, ż.,,. -,3 reg. %, ż. -,,. -,4 reg. %, ż. -,,. -,5 reg. %, ż. -,,. -, p. kwarcowy regenerat Rys. 3. Wpływ czas twardzania na wytrzyałość na rozciąganie Czas twardzania, h R dla as o różny stosnk twardzacza do żywicy. Skład asy (w częściach asowych): regenerat (reg.)-, żywica Peraset 839 (ż),, twardzacz Peracat 3 () 3,5,5, Zawartość regenerat, % Rys. 4. Wpływ dział piask kwarcowego i regenerat na ścieralność S dla as o składzie (w częściach asowych): piasek kwarcowy/regenerat, żywica Peraset 839,, twardzacz Peracat 3,5. Przy dodatk regenerat, zyskiwanego z asy z żywicą franową, do osnowy kwarcowej w ilości % osiąga się wytrzyałość na rozciąganie rzęd MPa. Natoiast dodatek regenerat w ilości 8% powodje spadek wytrzyałości na rozciągnie do około,5 MPa. Przy czy przy % dziale regenerat nawet zwiększenie dodatk twardzacza w stosnk do żywicy nie powodje istotnego wzrost wytrzyałości na rozciąganie. Natoiast zniejszenie ilości żywicy z, cz. as. do,8 cz. as. powodje wyraźny spadek wytrzyałości na rozciąganie. Wydaje się, ze optyalny dodatek spoiwa, przy stosowani regenerat, powinien wynosić:, cz. as. żywicy i,5 cz. as. twardzacza. Rys. 5. Wpływ ilości spoiwa na ścieralność S przy stały stosnk twardzacz/żywica /ż =,5 dla as o składzie: osnowa, żywica Peraset 839, twardzacz Peracat ,8, Zawartość żywicy, cz. wag. / 8/ 6/4 4/6 /8 / Stosnek piask kwarcowego do regenerat Rys. 6. Wpływ wartości stosnk piask kwarcowego do regenerat na przepszczalność P dla as o składzie (w częściach asowych): piasek kwarcowy/regenerat, żywica Peraset 839,, twardzacz Peracat 3,5. Ścieralność asy z dodatkie regenerat w zakresie do 6% niewiele się zienia. Gwałtowny wzrost ścieralności następje przy dodatk 8% regenerat, przy czy również i w ty przypadk najkorzystniej jest stosować dodatek żywicy, cz. as. i twardzacza,5 cz. as. 3. Ścieralność asy z dodatkie regenerat w zakresie do 6% niewiele się zienia. Gwałtowny wzrost ścieralności następje przy dodatk 8% regenerat, przy czy również i w ty przypadk najkorzystniej jest stosować dodatek żywicy, cz. as. i twardzacza,5 cz. as.. Przepszczalność asy z dodatkie regenerat wykazje niewielki wzrost w iarę zwiększania jego dział. Praca zrealizowana w raach projekt celowego Nr ROW III-64/ A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l e, S p e c i a l I s s e / 6

6 Wytrzyałość na rozciąganie R, MPa Wytrzyałość na rozciąganie R, MPa,8,6,4,,8,6,4, y = -,34x +,4994 R =, Rys. 7. Wpływ czas przydatności do forowania (żywotności) asy na wytrzyałość na rozciąganie R dla asy o składzie (w częściach asowych): regenerat -, żywica Peraset 839, (ż), twardzacz Peracat 3,5 (),5,5,5 Ż = in. Ż = 5 in. regenerat cz. wag., ż. -,,. -,5 Żywotność asy, in. Rys. 8. Wpływ czas przydatności do forowania (żywotności) asy na wytrzyałość na rozciąganie R dla asy o składzie (w częściach asowych): regenerat -, żywica Peraset 839, (ż), twardzacz Peracat 3,3 () p. kw. cz. wag., ż. -,,. -,5 y = -,49x +,3379 R =, Żywotność asy, in. Literatra [] Raport z projekt celowego Nr ROW III-64/ Zadanie. [] Holtzer, M., Drożyński, D., Bobrowski, A., Mazr, M. & Insedorf B. (): The inflence of reclai on properties of olding sand with fran resin, Archives of Fondry Engineering vol. spec. iss. s [3] Holtzer, M., Bobrowski, A., Dańko, R. & Grabowska, B. (). Research on the inflence of olding sand with fran resin on the environent, Eropean Congress on Advanced Materials and Processes EUROMAT, 5 Septeber, progra and presentation abstracts (dysk optyczny), Montpellier. [4] Prospekty reklaowe firy EUTROTEK. [5] [5] Dańko J., Dańko R. & Holtzer M. (3): Reclaation of sed sands in fondry prodction, Metalrgija = Metallrgy vol. 4, pp [6] Holtzer, M., Asłanowicz, M. & Jrczyk A (6): Sposoby zagospodarowania pyłów powstających w procesie regeneracji echanicznej as forierskich z żywicą franową, Przegląd Odlewnictwa, t. 56 nr 9, s [7] Report of Coision.4 CIATF (98): Reclaation of Fondry sands fro olding and coreaking processes. Brithish Fondryan, no 5, pp [8] Sith, D.L. & Leidel, D.S. (993): Changing fro theral reclaation to attrition only a step back to the ftre. AFS Transaction, pp. 45. [9] Leidel, D.S. (993): Low teperatre sand reclaation for draatically iproved qality and redced cost. Transaction of the Japan Fondryan s Society, vol.. [] Priblová, A., Barošová, A. & Gregš M. (5): Regenerácia franovych forovacích zesí, Acta Metallrgica Slovaca, vol. 3 pp Inflence of the reclai on the properties of olding sands with frfryl resin applied for olds for anganese steel castings Abstract The inflence of an addition of the reclai, obtained in the echanical reclaation process, to the olding sand prepared on the basis of the high-silica sand with frfryl resin, was discssed in the paper. The inflence of the reclai fraction on sch olding sand paraeters as: tensile strength, wear resistance, pereability and bench life, was deterined. Tests were perfored at the reclai fraction in the atrix being fro to %. The obtained reslts indicated that the optial properties were exhibited by the olding sand containing 6% of the reclai, 4% new sand and part by weigh of a resin and.5 part by weight of a hardener. 6 A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l e, S p e c i a l I s s e /