TADEUSZ SZMIGIELSKI BENTONIT Z NOŚNIKIEM WĘGLA BL YSZCZĄCEGO W WILGOTNYCH MASACH FORMIERSKICH. l.wprowadzenie

Transkrypt

1 35/9 Solidification ofmetals and Alloys, No. 35, 1998 Krzepnięcie Metali i Stopów, Nr 35, 1998 PAN- Oddzial Katowice PL-ISSN TADEUSZ SZMIGIELSKI BENTONIT Z NOŚNIKIEM WĘGLA BL YSZCZĄCEGO W WILGOTNYCH MASACH FORMIERSKICH Streszczenie Prtedstawiono badania \Vpływu zawartości nośnika węgla błyszczącego w bentonicie na jakość powierzchni odlewów żeliwnych. Stwierdzono, że udział nośnika dozowanego w odpowiednich ilościach w stosunku do bentonitu, gwarantuje uzyskanie powierzclmi odlewu czystych i bez wad powierzchniowych l.wprowadzenie W produkcji odlewów żeliwnych w masach wilgotnych z bentonitem, jako dodatek zapobiegający przypaleniom, szeroko są stosowane materiały zawierające aktywny węgiel. W procesie rozkładu materialu zawierającego węgiel aktywny powstaje węgiel błyszczący. Pokrywa on powierzchnie ziarn osnowy piaskowej zmieniając warunki wzajemnego oddziaływania cieklego metalu i formy [5,8]. W formie odlewniczej material zawierający wc;:gieł, nagrzewa się do 800 C jedynie w warstwach bliskich powierzchni odlewu [6,9]. W dalszych obszarach formy zachodzi zwykle kondensacja węglowodorów (metanolu, benzenu, fenolu, i innych) zgodnie z obniżeniem ich temperatur wrzenia. Ponadto materiały węglowe wprowadzają do masy produkty uboczne pirolizy ( popioły, związki siarki) pogarszające właściwości masy [2,3,5,6,7]. Skondensowane ciężkie frakcje węglowodorów sprzyjają hydrofobizacji bentonitu, zakłócają charakter chemiczny układu poprzez zmianę stanu w zakresie występowania anionów, co prowadzi do zakwaszenia i zasolenia masy użytkowej [4,5]. Nagromadzone w masie obiegowej uboczne produkty rozkładu termicznego materiałów węglowych utrudniają również regenerację osnowy. Według f l,2] szerokie zastosowanie mas z bentonitem w produkcji odłcwów spowodowane jest dużym stopniem ponownego wykorzystania mas używanych wynoszącym 95 do 98%, małym zużyciem świeżych materiałów formierskich błyszczącego [6,7,8,9,10], powinny przynieść oczekiwane dobre efekty zarówno, co do jakości powierzchni odlewów jak i korzystnego wpływu na stabilizację dr inż. - Połitechnika Zielonogórska

2 78 własności masy obiegowej. W Zakładzie Materiałoznawstwa i Technologii Bezubytkowych Folitechniki Zielonogórskiej prowadzone są prace mające na celu eliminację pyłu węglowego z mas formierskich, poprzez wprowadzanie zamiennika pyłu do wierzchniej warstwy formy, bądź stosowanic produktów pirolizy otrzymywanych poza formą odlewniczą. Celem takiego działania jest uzyskanie wysokiej czystości powierzchni odlewów żeliwnych, jak również eliminacja gromadzących się w masie obiegowej ubocznych produktów rozkładu termicznego. Fragment wyników z badań zaprezentowano w niniejszym referacie. 2. ZAKRES I METODA BADAŃ Do prób użyto żywicy KHD III uprzednio poddanej obróbce termicznej w obecności katalizatora. Odpowiednio rozdrobniony produkt o nazwie "ZU" wstępnie mieszano z bentonitem bułgarskim w ilościach odpowiednio od l% do 20% w stosunku do ilości bentonitu, a nast<;:pnie poddawano prasowaniu w odpowiedniej matrycy. Sprasowane kawalki o wymiarach cj>lo x 10 mm rozdrabniano w młynie kulowym. Tak przygotowany bentonit, wzbogacony w nośnik węgla błyszczącego używano do sporządzania wilgotnej masy formierskiej, zgodnie z ogólnie przyjętą normą. Masy sporządzano z piasku z Krzeszówka i bentonitu wzbogaconego nośnikiem węgla błyszczącego " ZU". o - o Rys. l. Schemat formy doświadczalnej Fig. l. Thc cxpcrimental mould model Przygotowaną masę o wilgotności 4,2 do 4,5 %, używano do sporządzania znormalizowanych próbek cylindrycznych na ubijaku standardowym, które

3 79 następnie montowano w odpowiednie gniazda formy doświadczalnej odlewu testowego. Szkic fonny przedstawiono na rysunku l.odlew testowy stanowił 5,5kg pierścień żeliwny z sześcioma nadlewami odtwarzanymi przez czołowe powierzchnie próbek masy. Formy zalewano żeliwem w gatunku Zł 200 o temperaturze 1250 C. Odlewy wybijano po l godzinie od zalania zwracając szczególną uwagę na odpalenie masy, barwę wierzchniej warstwy wnęki formy, oraz czystość powierzchni odlewów. Badane powierzchnie klasyfikowano wstępnie do określonej klasy chropowatości zgodnie z odpowiednią normą, a następnie określano parametr Ra, jako średnia arytmetyczna odchylenia profilu chropowatości od linii średniej. J. OMÓWIENIE WYNIKÓW Na rysunku 2 pokazano wyniki badań wpływu udziału nośnika węgla błyszczącego w bentonicie na kształtowanie się parametru chropowatości Ra dla poszczególnych powierzchni odlewu testowego. 80 Ra nr odlewu [l.m) zawartoic nocenika.. ZU.. [%) 1 do 5 10 do do 20 6% pyłu w~glowego nr powierzchni C1D2C3.4C5D o nr odlewu Rys. 2.Wpływ zawartości nośnika "ZU" węgla błyszczącego w bentonicie, na chropowatość powierzchni odlewów żeliwnych Fig. 2.The influence of contents in the bentoni te of lustrous carbon carrier "ZU" on the roughness o f iron castings surface W celach porównawczych, dodatkowo przedstawiono chropowatość powierzchni odlewów, otrzymanych w formach z dodatkiem 6% zawartości pyłu

4 80 węglowego w całej objętości masy (odlew nr 4 powierzchnia -1). Spośród 3 ~owanych odlewów testowych, otrzymanych w masach o różnej zawartości nośnika węgla błyszczącego zaobserwowano, że udział nośnika w stosunku do bentonitu w ilości l O do 20% skutecznie zabezpiecza masy przed przypaleniami (odlewy nr 2 i 3). Odlewy otrzymane w masach o zawartości nośnika "ZU" poniżej 5% w stosunku do bentonitu, były zanieczyszczone przywartą masą (odlew nr 1). Masę trudno było usunąć z powierzchni, nawet przy użyciu szczotki z drutu stalowego. Chropowatość powierzchni zakwalifikowano do klasy C40/C80. Wartości parametru Ra mieściły się w przedziale m i były zbliżone do chropowatości powierzchni odlewów otrzymywanych w masach, z dodatkiem pyłu węglowego w ilości 6% (odlew nr 4). W przypadku masy formierskiej o zawartości nośnika "ZU" w ilości 10+15% (odlew nr 2) i 15+20% (odlew nr 3) otrzymano odlewy o powierzchni czystej, nie wymagającej dodatkowego czyszczenia szczotką drucianą. Powierzchnie były szare, dobrze odpalone. W przypadku odlewu nr 3, na niektórych powierzchniach były zauważalne ślady błyszczących punktów, najprawdopodobniej cząstek węgla błyszczącego. Chropowatości powierzchni dla obu odlewów (nr 2 i 3) zakwalifikowano do klasy C40 (Ra = m). Należy zauważyć, że efekt jaki osiągnięto po zastosowaniu nośnika "ZU", zależny jest od chropowatości powierzchni odlewu uzyskiwanej z formy z dodatkiem pyłu węglowego. Na rysunku 2 przedstawiono zmiany wartości parametru Ra kolejnych odlewów testowych przy stosunkowo niskiej wartości parametru Ra("" 40 J.1m) dla odlewu otrzymanego z formy z 6% zawartością pyłu węglowego. W tym przypadku, spadek wartości parametru Ra wyniósł przeciętnie 60% i mieścił się w przedziale J.1m. Zaobserwowano również, że chropowatości powierzchni odlewów są wynikiem gładkości powierzchni czołowej próbki masy. Generalnie dodatek nośnika "ZU" gwarantowal wysoką czystość powierzchni odlewu testowego. Podobne wyniki w zakresie czystości powierzchni uzyskano na odlewie schodkowym. Jakość powierzchni odlewu schodkowego przedstawiono na rysunku 3. Rys. 3. Odlew schodkowy Fig. 3. Steplike casting Użycie odlewu schodkowego o masie l,6 kg pozwoliło na jednoczesną obserwacj ę wpływu masywności odlewu (grubości ścianek) na jakość powierzchni. Wszystkie

5 81 powierzchnie odlewu, niezależnie od grubości ścianki były szare i lekko błyszczące, wolne od wyraźnych wad powierzchniowych. Jedynie dla ścianki 40 mm zaobserwowano pewną ilość przywartej masy (około 60% badanej powierzchni). Przywartą masę można było łatwo usunąć za pomocą szczotki drucianej. Wszystkie powierzchnie odlewu zakwalifikowano do klasy C PODSUMOW ANIE Przeprowadzone próby stosowania w wilgotnych masach formierskich bentonitu wzbogaconego dodatkiem węglowym, który wstępnie został poddany obróbce termicznej poza formą odlewniczą dały wynik pozytywny. Generalnic należy stwierdzić, że stężenie nośnika "ZU" węgla błyszczącego w zakresie l O do 20 % w stosunku do ilości bentonitu skutecznie zabezpiecza testowane odlewy przed przypalaniem masy, a uzyskane wartości parametru Ra = 20 do 34 J.lm kwalifikują powierzchnie odlewów w klasie C 40. Na uwagę zasługuje równie ż fakt, że wzrost zawartości materialu "ZU" w bentonicie nie poprawia w sposób znaczący gładkości odlewów, gdyż uzyskiwane wartości parametrura są efektem między innymi równie ż wielkości ziarna masy formierskiej. Podczas wybijania odlewów z formy doświadczalnej, zaobserwowano zdecydowanie mniejszą iloś ć gazów wydzielanych z masy niż miało to miejsce w przypadku form z udzialem pyłu węglowego. Również stopień przywarcia masy do powierzchni odlewów był mniejszy, a masę można było łatwo usunąć z powierzchni odlewów testowych jak i odlewu schodkowego. Wybita masa nie wykazywała wyraźnego zbrylenia w warstwach przypowierzchniowych wnęki formy, za wyjątkiem odlewu schodkowego dla ścianki o grubości 40 mm. Uzyskane dotychczas rezultaty uzasadniają celowość prowadzenia dalszych badań w zakresie wprowadzania do masy formierskiej węgla błyszczącego otrzymanego poza formą odlewniczą. W badaniach tych, należy również wyjaśnić mechanizm wzajemnego oddziaływan ia węgla błyszczącego i bentonitu podczas mieszania, oraz określić wpływ tego oddziaływania na kształtowanie się właściwośc i technologicznych i fizycznych masy formierskiej.

6 82 LITERATURA (l] Baier J. : Nowej jakości bentonity dla odlewnictwa. Przegląd Odlewnictwa nr 5, 1992, s.175. [2] Flemrning E., Lewandowski J.L.: Modeme Formst!Te im Blickptmkt einer rationellen FormstofTwirtschafi. Materiały XX Konferencji Wydz. Odlewn. AGH,,Nowoczesne tendencje w odlewnictwie". Kraków 1995, s (3) Gardula A.Z.: Wpływ 2ywic alkaliczno- fenolowych na atmosferę wewnętrzną odlewni i na środowisko otaczające. Materiały I Międzynarodowej Konferencji "Nowoczesne technologie odlewnicze - Ochrona Środowiska" Kraków 1996, s. l 05 - Ił O. (4) LewandowskiJ.L., Solarski W., Zawada J.: Znaczenie wieiopierścieniowych węglowodorów aromatycznych dla stopnia toksyczności mas formierskich i rdzeniowych. Materiały II Międzynarodowej Konferencji,,Nowoczesne technologie odlewnicze - Ochrona Środowiska " Kraków 1997, s III. [5) Lewandowski J.L.: Tworzywa na formy odlewnicze. Wyd.,,Akapit" Kraków (6) Markov V.A.: Uglesoderźaśće materialy v peśćano-glinistych formowanych smesjach. Lit. Proizv. 1995, s [7) Stefański Z., Zborowski G.: Zamienniki odlewniczego pyłu węglowego. PrL.egląd Odlewnictwa 3/90, s [8) Murza-Mucha P., Kucharczyk J.: Nowa metoda wprowadzania dodatków tworzących węgieł błyszczący do mas formierskich. li Ogólnopolska Konferencja N-T. Zielona Góra l 979. [9) Szmigielski T.: Wpływ dodatku węglatwórczego w masach fonnierskich na jakość powierzchni odlewów 2 ełiwnych. Praca n. b. niepublikowana. Zielona Góra [IO]Szmigiclski T.: Pył węglowy wzbogacony dodatkami w wilgotnych masach formierskich. Materiały XX Konferencji Wydziału Odlewnictwa AGH,,Nowoczesne tendencje w odlewnictwie". Kraków l 995, s. 29 l Recenzent: dr hab. inż. Tadeusz Mikulczyński Tadeusz Szmigielski Bentonile with lustrous carbon carrier in green sand mixes Summary The studies on the eftect of lustrous carbon contents on the quality of surface of cast iron castings were presented. It was confirmed that lustrous carbon carrier bcing supplied in the proper in to bentoni te ensures the obtaining o f castings with clean and defect frec surfaces.