4/15 Slidificatin f Metais and AIIys, Year 2000, Viume 2, Bk N. 4 Krzepnięcie Metali i Stpów, Rk 2000, Rcznik 2, Nr 4 PAN- Katwice PL ISSN 0208-986 METODA BADANIA WŁAŚCIWOŚCI POWŁOK CERA MICZNYCH STOSOWANYCH NA MODELE Z POLISTYRENU SPIENIONEGO W TECHNOLOGII PEŁ NEJ FORMY Zygmunt FALĘCKI*, Wiesław JANKOWSKI**, Artur WOJTASZEK***, Jacek ŻURAKOWSKI**** *prf. dr hab. inż., Kierwnik Katedry,** dr inż., adiunkt,**** mgr inż., dktrant Katedra Technlgii Frm Odlewniczych, Wydział Odlewnictwa Akademii Górnicz-Hutniczej, 0-059 Kraków, ul. Reymnta 2 *** mgr inż., spec. ds. technlgii, Przedsiębirstw Prdukcyjn-Handlw-Usługwe ERG-ODLEW sp. z.., 2-050 Skawina, ul. Radziszwska 11 Wstęp Technlgie dlewnicze, wykrzystujące mdele z plistyrenu spienineg (lub innych, pdbnych twrzyw), charakteryzują s ię wielma zaletami, przede wszystkim technlgicznymi, eknmicznymi, a także eklgicznymi. Wyknywanie mdeli plistyrenwych jest znacznie mniej energchłnne i pracchłnne, aniżeli mdeli z tradycyjnych twrzyw. Prawidłw zaprjektwany mdel niedzielny eliminuje pwierzchnie pdziału i zalewki na dlewach; granicza t w spsób isttny ręczną bróbkę wykańczającą dlewów i minimalizuje ich bróbkę mechaniczną. Stswanie pdciśnienia w frmie, w czasie jej zalewania i stygnięcia dlewów, stwarza efektywne mżliwści wychwytywania prduktów gazwych rzpadu mdeli. Gazy te mgą być następnie neutralizwane, lub pchłaniane przez dpwiednie substancje, c nadaje technlgii cechy eklgiczne. Charakterystykę prcesu pełnej frmy, jej dmiany raz wybrane zagadnienia, decydujące mżliwści zastswania prcesu pełnej frmy, takie jak: materiały stswane na mdele, metdy wytwarzania mdeli, ceramiczne pwłki gnitrwałe na mdele, wyknywanie zestawów mdelwych, ich frmwanie i zalewanie, zalety prcesu przedstawin między innymi w pracach [l, 5, 6, 7, 8]. W technlgii pełnej frmy pkrycie mdelu z plistyrenu spienineg ceramiczną pwłką gnitrwałą dgrywa kluczwą rlę i decyduje jakści wyknywanych dlewów. Od pwłki gnitrwałej wymaga się z jednej strny dpwiedniej
148 wytrzymałści, z drugiej - dpwiedniej przepuszczalnści prduktów gazwych, pwstających w wyniku destrukcji cieplnej mdelu. Szersze mówienie tych zagad nień przedstawin w pracy []. W referacie pdjęt próbę kreślenia kryteriów ceny technlgicznej przydatnści tych pwłk i zaprpnwan metdę badań. Badania własne Celem pracy był zbadanie i prównanie właściwści technlgicznych ceramicznych pwłk gnitrwałych, tzn. przepuszczalnści i wytrzymałści, stswanych na mdele z plistyrenu spienineg w technlgii pełnej frmy. Rys. l. Schemat przyrządu d pmiaru przepuszczalnści i wytrzymałści [4]: l -króćce wltu i wyltu sprężneg pwietrza, 2- nakrętka d pmiaru wytrzymałści, - krpus górny, 4 - pdkładki uszczelniające, 5- siatka pmiarwa, 6 - swrznie ustalające, 7 - krpus dlny d mcwania przyrządu w aparacie d pmiaru przepuszczaln ś ci Fig. l. Schematic diagram f apparatus used fr the permeability and strength measurements (4] : l - cmpressed air inlet and utlet fittings, 2- screw cap fr strength measurement, - upper bdy, 4 - packing washer, 5 - measuring grid, 6 - Jcating pins, 7 -!wer bdy fixing the device in the apparatus fr permeablity measurement
149 Metdyka badań D badań wytrzymałści i przepuszczalnści ceramicznych pwłk gnitrwałych zastswan metdę pracwaną i pisaną w pracy [4]. Sknstruwan i wyknan przyrząd, umżliwiający współpracę z aparatem d znaczania przepuszczalnści mas frmierskich (typu LPiRI, lub pdbnym). Schemat przyrządu przedstawin na rysunku l. Zasada pmiaru plega na naniesieniu przez zanurzanie warstwy (warstw) pwłki ceramicznej na metalwą siatkę pmiarwą i jej utwardzeniu. Następnie tak przygtwaną siatkę umieszcza się w przyrządzie pmiarwym (pmiędzy jeg krpusami: dlnym i górnym- vide rysunek I), a całść mcuje się w aparacie d pmiaru przepuszczalnści. P dknaniu pmiaru przepuszczalnści, na górną część przyrządu nakręca się nakrętkę; d jedneg króćca nakrętki pdłącza się dpływ sprężneg pwietrza, a d drugieg - manmetr mierzący ciśnienie pwietrza (P) wewnątrz przyrządu. Zwiększa się stpniw ciśnienie pwietrza dprwadzneg d kmry pmiarwej, które ddziałuje na pwłkę ceramiczną umieszczną na siatce. Zniszczenie pwłki ceramicznej nawet w bszarze jedneg czka siatki uwidacznia się zatrzymaniem wzrstu, a następn i e spadkiem ciśnienia pwietrza (P) w kmrze pmiarwej przyrządu. Aby umżliwić prównywanie wytrzymałści badanych, różnych pwłk, pracwan dpwiednie wskaźniki : gdzie: WR- wskaźnik wytrzymałści warstw, przeliczny dla całej pwierzchni czek siatki, kg; P. - ciśnienie wewnątrz przyrządu pmiarweg, kg/cm 2 ; A- pwierzchnia wszystkich czek siatki pmiarwej, dla zastswanej w badaniach siatki wynsiła na k. 1,0 cm 2. WRl = P/a (2) gdzie: WR 1 - wskaźnik wytrzymałści warstw przeliczny dla pwierzchni jedneg czka siatki, kg; a - pwierzchnia jedneg czka siatki pmiarwej, dla zastswanej w badaniach siatki wynsiła na k. 0,004 cm 2. D badań zastswan kilkanaście rdzajów pwłk ceramicznych, których skład party był na następujących materiałach: l. Osnwa ziarnwa + kwarcwa, pddana bróbce termicznej w temperaturze 600 C, + kwarcwa, pddana bróbce termicznej w temperaturze l 000 C, + cyrknwa, + mulit; (l )
150 2. Spiw + zhydrlizwany krzemian etylu- 40, + spiw krzemianw- kplimerwe, + sizal 0-0;. Badan też warstwy ceramicznej pwłki składzie [2]: + Al 2 0 (90 %) +bentnit (10 %), ze spiwem wdn- alkhlwym, które składał się z wdy i alkhlu etylweg w stsunku l: l, w ilści 80- l,o ± O, l mm, dwu 100 % wagwych, w stsunku d snwy. Grubść badanych pwłk wynsiła: jednwarstwwych - warstwwych- 1,5 ± 0,1 mm. Wyniki badań prów Na wykresach na rysunkach 2 d 6 przedstawin graficznie zależnści nawcze uzyskanych wyników prlliarów...-: " 5 4,5 4 7,5 0.. 2,5 2 1,5 i 1 0,5 kwarcwa wyprażana w 1 000 C mulit kwarcwa cyrknwa wyprażna w 600 C 200 150 100 50 I!IID Wr Wr, D p Rys. 2. Zależnść W R W RJ i przepuszczalnści dla l-warstwwej pwłki d rdzaju stswanej snwy; spiw: zhydrlizwany krzemian etylu- 40. Fig. 2. Dependence f W R W RJ and permeabili ty f single-layer cating n the base materia] type; binder: hydrlyzed ethyl silicate- 40
151,5 120 100 '7 2,5 ci 80.: "": "": "": I'Q 2 N u en a. a. 60 N.a 11 1,5 en a...- :l c. 40., E t! a. 0,5 20 Al 2 0 mulit +bentnit t_warcwa kwarcwa wyprażana w wyprażna w 1000 C 600 C m w a Wr D p l '<)..".. Rys.. Zależnść WR. WR 1 i przepuszczalnści dla 2-warstwwej pwlki d rdzaju stswanej snwy; spiw: zhydrlizwany krzemian etylu- 40 Fig.. Dependence f WR, WR 1 and permeability f duble-layer cating n the base material type; binder: hydrlyzed ethyl silicale- 40 2,5 "": a. 11 '7 a..: : 2 1,5 0,5 Al 2 0 +bentnit kwarcwa wyprażana w 1000 C mulit kwarcwa wyprażna w 600 C cyrknwa 11111 Wr Wr 1 D p Rys. 4. Zale żn ść WR. WR 1 i przepuszczaln ś ci dla l-warstwwej pwlki d rdzaju stswanej snwy; spiw krzemianw-kpalimerwe Fig. 4. Dependence f W R W Rl and permeability f single-layer cating n the base materia! type; binder: silicate-cplymer
152 "": ll.,5 120 100.-., '7 2,5 80 c c... iii "": 2 N 60 u Vi., N ni 1,5 ll. a. :l..- i 40., E t! ll. 0,5 20 AI20 mulit + bentni kwarcwa kwarcwa cyrknwa wyprażana w wyprażna w 1000 C 600 C 11111 Wr m Wr, D p Rys. 5. Zależnść WR, WR 1 i przepuszczalnści dla 2-warstwwej pwłki d rdzaju stswanej snwy; spiw krzemianw-kplimerwe Fig. 5. Dependence f WR, W 1 u and permeability f duble-layer cating n the base material type; binder silicate-cplymer "": ll. 11 4,5 4,5 '7... ii: "' 2,5 2 i 1,5 0,5 AI20 +bentnit lilii kwarcwa wyprażana w ---0- Wr mulit kwarcwa wyprażna w 600 C Wr, cyrknwa D p Rys.6. Zależnść WR, WR 1 i prze pu szczalnści dla l-warstwwej pwłki d rdzaju stswanej snwy; spiw: Sizl 0-0 Fig.6. Dependence f WR, WR 1 and permeability f single-layer cating n the base materiał type; binder: Sizl 0-0
15 Zakńczenie Przeprwadzne badania wykazały pełną przydatnść metdy i aparatu d badania wytrzymałści i przepuszczalnści warstw ceramicznych pwłk gnitrwałych, stswanych na mdele z plistyrenu spienineg w technlgii frmy pełnej. Sam pmiar jest łatwy i szybki, nie wliczając czasu nanszenia i utwardzania warstw pwłki, który jest charakterystyczną wielkścią technlgii. Badaniami bjęt kiłkanaście różnych pwłk. Różniły się ne rdzajem spiwa i rdzajem stswanej snwy. Pwłki nakładane były jak jedna łub dwie warstwy. Z badań wynika, że zwiększenie ilści warstw pwłki nie wpływa w znacznym stpniu na jej wytrzymałść, a jedncześnie pwduje zauważalne bniżenie przepuszczalnści danej pwłki. Przy dbrze ceramicznej pwłki gnitrwałej na mdele z plistyrenu spienineg należy zwrócić uwagę na rdzaj zalewaneg stpu, grubść ścianki dlewu i jeg kształt gemetryczny - c decyduje mżliwści i celwści zastswania danej pwłki. Na tym tle, jak też na pdstawie innych badań (9, l O] mżna pwiedzieć, że w przypadku zalewania metdą pełnej frmy np. stpów Al wydziela się znacznie mniejsza bjętściw ilść gazów z mdelu plistyrenweg, aniżeli w przypadku zalewania stpów wyższej temperaturze (np. stpów Fe). W związku z tym, pwłki stswane na mdele z plistyrenu spienineg dla stpów Al mgą wykazywać zarówn mniejszą przepuszczalnść, jak też mniejszą wytrzymałść. Decydującym wbec teg przy wybrze rdzaju pwłki jest czynnik eknmiczny. Dlateg, z przebadanych pwłk, mżna zasugerwać zastswanie dla stpów Al jednwarstwwych pwłk na snwie mączki kwarcwej - pddanej bróbce termicznej z różnymi spiwami (sizl 0-0, spiw krzemianw - kplimerwe, zhydrłizwany krlemian etylu), łub jednwarstwwych pwłk na snwie mączki Ał 20 + bentnit ze spiwem wdn - alkhlwym. Literatura [l] Cłegg A.J.: Evapralive Paltem Casling- a Reviev f Recenl Develpmenls and Prgress. Fundry Trade Jumal Internatinal, t 14 (1991) nr 2, s. 72, 74, 76, 78-8. [2] Falęcki Z., Mcek J.: Pwlka chrnna na bazie A/ 2 0 dla frm wilgtnych. Mat II Międzyn. Knf. pt.: "Nwczesne technlgie Odlewnicze - Ochrna Śrdwiska". Kraków 1997, s. 125-10. [] Jankwski W.: Kryteria ceny ceramicznych pwlk gnitrwałych dla prcesu pelnej frmy. Mat. VIll Międzyn. Knf. Nauk.-Techn. pt.: Tendencje rzwjwe w prcesach prdukcyjnych. Sekcja m. Zielna Góra, 1997, s. 247-251. [4] Jankwski W.: Praca sialulwa nr 11.170.229., finanswana przez KBN. Wydz.Odlewnictwa AGH w Krakwie 1997-1998.
154 [5] Jankwski W., Żółkiewicz Z.: Główne czynniki technlgiczne w prcesie pełnęj frmy. Pr7.egląd Odlewnictwa, t. 47 (1997) nr l, s. 7-10. [6] Lessiter M.J.: Expendable Pattern Casting- State fthe Prcess. Mdern Casting, t. T. 84 (1994) nr l, s. 6-8. [7] Lessiter M.J.: Lts f Activity Taking? lace Amng Lst Fam Jb Shps. Mdern Casting, t. 87 (1997) nr 4, s. 28-1. [8] Suijak V.S.: Niektryje technllgiceskie aspekty litia p gazificirujemym mdelam. Litejnje Prizvdstv, (1996) nr l, s. 15-P. [9] Żółkiewicz Z., Jankwski W.: Effect J the density J plystyrene pattern and j evapratin temperature n the kinetics J gas evlutin in the fuli muld prcess. Acta Metallurgica Slvaca, t. 4 (1998) nr 2, s. 8-87. [lo] Żółkiewicz Z., Jankwski W.: Effecct J temperaturen the vlume and rate f gas emissin frm plystyrene pattern evaprated in the ful! muld prcess. Archives f Metallurgy, t. 44 (1999), nr l, s. 111-118. Recenzwał: prf. dr hab. inż. JózefDańk