CECHY PRZEPŁYWU SILUMINÓW JEDNOFAZOWYCH W KANAŁACH METALOWYCH FORM ODLEWNICZYCH

Transkrypt

1 33/2 Archives of Foundry, Year 2001, Volume 1, 1 (2/2) Archiwum Odlewnictwa, Rok 2001, Rocznik 1, Nr 1 (2/2) PAN Katowice PL ISSN CECHY PRZEPŁYWU SILUMINÓW JEDNOFAZOWYCH W KANAŁACH METALOWYCH FORM ODLEWNICZYCH STRESZCZENIE J. MUTWIL 1, R. JANOWSKI 2 Wydział Mechaniczny Politechniki Zielonogórskiej ul. prof. Z. Szafrana, Zielona Góra Opisano badania przepływu aluminium i dwuskładnikowych siluminów AlSi0.85 oraz AlSi1.65 w pionowych kanałach form metalowych. W badaniach rejestrowano przebieg zapełniania kanału oraz temperaturę czoła płynącej strugi. Key words: silumin, metal flow, temperature of flow cease 1. WPROWADZENIE Poprawność komputerowej symulacji procesu tworzenia odlewu we wnęce formy w istotny sposób zależna jest od przyjętych do obliczeń stałych materiałowych. Klasyczne badania lejności nie są w stanie dostarczyć informacji niezbędnych dla modelowania procesu zalewania formy. W tym przypadku fundamentalne znaczenia ma natomiast znajomość zakresu temperatur krzepnięcia w przepływie oraz temperatury utraty zdolności do przepływu. Określenie wartości wspomnianych parametrów jest jedynie możliwe drogą jednoczesnej rejestracji przebiegu przepływu oraz temperatury czoła strugi. Poniżej przedstawiono schemat stanowiska pozwalającego rejestrować przebieg przepływu i temperaturę czoła strugi w kanale formy wypełnianej techniką odlewania niskociśnieniowego. Dokładniejszy opis stanowiska przedstawiono w pracy [1]. Na stanowisku kanały przepływowe o długości 180mm i średnicach 12, 14, 16 mm odtwarzane są przez wymienne, metalowe (stal WCL) formy testowe 1. Prędkość zalewania regulować można wartością nadciśnienia w komorze pieca, bądź szczeliną doprowadzającą, ustalaną czopem 3. 1 dr hab. inż., prof. PZ, jmutwil@wm.pzgora.pl 2 mgr inż., r.janowski@pz.zgora.pl

2 Rys. 1. Stanowisko do badań lejności; (a) - schemat idei pomiarowej: 1- termoelement, 2- elektroda kontaktowa; (b) - schemat stanowiska: 1-tuleja testowa, 2-wnęka wstępna, 3- czop, 4- stalowa komora pieca, 5-pokrywa komory, 6- grafitowa rura, 7- liniowy silnik krokowy, 8- ruchoma elektroda kontaktowa, 9- termoelement, 10- czujnik ciśnienia, 11- wlot i wylot powietrza, 12- sterownik silnika, 13- mikroprocesorowy rejestrator, 14- mikrokomputer Fig. 1. Stand for fluidity investigation; (a) - scheme of measuring idea: 1- thermocouple, 2- contact electrode; (b) scheme of stand : 1-test sleeve, 2-entrance cavity, 3- peg, 4- furnace steel chamber, 5-chamber s cover, 6- graphite pipe, 7- linear stepper motor, 8- movable contact electrode, 9- thermocouple, 10- pressure sensor, 11- outlet and inlet of air, 12-motor controller, 13- microprocessor recorder, 14- microcomputer 2. OPIS PRZYKŁADOWYCH POMIARÓW Badania prowadzono na jednofazowych siluminach dwuskładnikowych: AlSi0.85, AlSi1.65 oraz aluminium hutniczym A0, zawierającym 0.10% Si. Przepływ w kanałach 12, 14, 16 mm wymuszano nadciśnieniem 16 kpa. Metal do wnęki wstępnej doprowadzano szczeliną o przekroju 20, 40, 60 mm 2. Formę testową podgrzewano do 150ºC. Poniżej zaprezentowano rysunki dobrze oddające charakter uzyskiwanych rezultatów. Na rysunkach naniesiono temperaturę czoła wraz z pochodną T (t) oraz krzywą przepływu i jego prędkość. Dużymi literami wskazano: A- moment wpłynięcia metalu do wnęki wstępnej, B- maksymalną prędkość przepływu, C- maksymalną prędkość studzenia strugi, D- temperaturę przechłodzenia poprzedzającego krzepnięcie, K- koniec przepływu, L- temperaturę likwidus. Obok rysunków wydrukowano ważniejsze

3 wartości: T, T, h, v w punktach charakterystycznych oraz niektóre wartości średnie w przedziale (np. v-ak średnia prędkość przepływu w przedziale A-K). Na każdym rysunku poziomą linią punktową zaznaczono poziom temperatury likwidus odnotowanej w próbniku ATD. Wartość tej równowagowej temperatury (TLr) wpisano nad wspomnianą linią. Spostrzeżenia wynikające z zaprezentowanych rysunków przedstawiono w podsumowaniu. a) b) Rys. 2. Przepływ aluminium w kanale 16mm; wlew: a) 20 mm 2 ; b) 40 mm 2 Fig. 2. Flow of aluminum in channel 16mm; runner: a) 20 mm 2 ; b) 40 mm 2

4 a) TLr = 653,6º C b) TLr = 653,6º C Rys. 3. Przepływ siluminu AlSi0.85; wlew 20 mm 2 ; kanał: a) 16mm; b) 14mm Fig. 3. Flow of silumin AlSi0.85; runner: 20 mm 2 ; channel: a) 16mm; b) 14mm

5 a) b) Rys. 4. Przepływ siluminu AlSi1.65; wlew 20 mm 2 ; kanał 16mm; temperatura zalewania: a) 706ºC; b) 654ºC Fig. 4. Flow of silumin AlSi1.65; runner: 20 mm 2 ; channel: 16mm; pouring temperature: a) 706ºC; b) 654ºC

6 4. PODSUMOWANIE Materiał ilustrujący przeprowadzone badania dobrano w ten sposób, aby, z jednej strony pokazać różnice w cechach przepływu każdego metalu odlewanego w zbliżonych warunkach, z drugiej uwidocznić wpływ bądź średnicy kanału, bądź parametrów zalewania dla danego metalu. Poniżej sformułowano ważniejsze spostrzeżenia wynikające z zamieszczonych rysunków oraz pozostałych wyników badań nad przepływem aluminium i siluminów jednofazowych w pionowych kanałach form metalowych: temperatura początku krzepnięcia w przepływie jest niższa od równowagowej o 2-6 K, a wpływ na nią parametrów zalewania i średnicy kanału jest niewielki, krzepnięcie poprzedzone jest przechłodzeniem strugi o deg, a siluminy cechuje większa skłonność do przechłodzenia niż aluminium, przepływ powstrzymywany jest w zakresie temperatury likwidus (w okresie przechłodzenia, bądź tuż po osiągnięciu temperatury likwidus), lecz zarówno siluminy, a szczególnie aluminium pokonują w okresie krzepnięcia istotne odcinki drogi, prędkość przepływu w okresie przegrzania jest zauważalnie wyższa, stosunek średniej prędkości przepływu do prędkości maksymalnej jest wyższy dla siluminów, niż dla aluminium, którego średnia prędkość przepływu regularnie spada wraz z przebytą drogą, maksymalna prędkość studzenia strugi występuje w początkowej fazie przepływu i często pokrywa się z maksymalną prędkością płynięcia. LITERATURA [1] Mutwil J., Żygadło M., Janowski R., Niedźwiecki D.: Nowe stanowisko do badań lejności, Krzepnięcie Metali i Stopów, vol. 2, nr 44, 2000, s Badania prowadzone są w ramach projektu badawczego Nr 7 T08B finansowanego przez Komitet Badań Naukowych w latach ATTRIBUTES OF SINGLE-PHASE SILUMINS FLOW IN CHANNELS OF METAL MOULD SUMMARY The flow investigations of aluminum and both the AlSi0.85 and the AlSi1.65 aluminum-silicon alloys in the vertical channels of metal moulds have been described. The flow curve and the temperature of the leading tip of stream have been registered. Recenzował Prof. Józef Gawroński