ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2001, Rocznik 1, Nr 1 (1/2) Archives of Foundry Year 2001, Volume 1, Book 1 (1/2) PAN - Katowice PL ISSN 1642-5308 KRZEPNIĘCIE STRUGI SILUMINU AK7 W PIASKOWYCH I METALOWYCH KANAŁACH FORM ODLEWNICZYCH J. MUTWIL 1, D. NIEDŹWIECKI 2 Wydział Mechaniczny Politechniki Zielonogórskiej STRESZCZENIE Opisano wpływ materiału i średnicy kanału formy na kinetykę oraz zakres temperatur krzepnięcia płynącej w nim strugi siluminu AK7. Określono temperaturę zatrzymania przepływu. Key words: alloy flow, stream, solidification, mould channel, silumin 1. WPROWADZENIE Metale i stopy już w okresie zalewania podlegają krzepnięciu. Udział fazy stałej wydzielonej w okresie przepływu konkretnego stopu zależny jest od geometrii i mat e- riału formy oraz parametrów zalewania. W wielu przypadkach postępująca krystalizacja może być powodem złego wypełnienia formy. Krystalizacja w warunkach przepływu ma zazwyczaj charakter nierównowagowy, a miarą odstępstwa od równowagi jest obn i- żenie zakresu temperatur krzepnięcia, któremu sprzyjać będzie wzrost szybkości st u- dzenia. Ten ostatni czynnik zależy przede wszystkim od modułu odlewu i materiału formy. Opracowana w Politechnice Zielonogórskiej metodyka badawcza [1], pozwala na ocenę wpływu wymienionych czynników na przebieg krystalizacji metali i stopów w okresie przepływu. W dalszej części opracowania opisano badania nad krystalizacją siluminu AK7 płynącego w kanałach metalowych i piaskowych form odlewniczych. 1 dr hab. inż., prof. PZ, jmutwil@wm.pzgora.pl 2 mgr inż. 177
2. TECHNIKA BADAŃ Opis stanowiska badawczego pozwalającego rejestrować przebieg przepływu i temperaturę czoła strugi w kanale formy wypełnianej techniką odlewania niskociśnieniowego przedstawiono w opublikowanej w tym numerze Krzepnięcia Metali i St o- pów pracy [2]. Badania prowadzono w pionowych kanałach 12, 14, 16 mm form metalowych (stal WCL) oraz w kanałach piaskowych 6.5 i 10 mm (suszone formy piaskowe na masie z bentonitem i pyłem węglowym). W każdym przypadku długość kanałów przepływowych wynosiła 180 mm. Formy metalowe podgrzewano wstępnie do temperatury 150ºC. Metal do wnęki formy wstępnej doprowadzano szczeliną o przekroju 20 mm 2, utrzymując nadciśnienie w komorze pieca na poziomie 14 kpa. We wszystkich badaniach utrzymywano temperaturę metalu w piecu na poziomie 820ºC. Przed badaniami zasadniczymi oceniono przebieg krzepnięcia siluminu w próbniku ATD (rys. 1). Do badań użyto silumin o składzie wg. atestu: 6.9%Si, 0.36% Mg, 0.16 % Mn, 0.74% Fe, inne: 1.06%, reszta Al. 3. OPIS WYNIKÓW BADAŃ Rysunek 1 ilustruje przebieg krzepnięcia badanego siluminu w próbniku ATD. Na rysunku zaznaczono charakterystyczne dla krzepnięcia temperatury i wydrukowano ich wartości. W dalszych opisach odczytane z wykresu temperatury krzepnięcia (TL=605.2 ºC; TE=566.4 ºC) uważane będą za równowagowe. 178 Rys. 1. Wykres ATD badanego siluminu Fig. 1. The ATD diagram of investigated silumin
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Poniżej pokazano pięć ilustracji obrazujących zachowanie się strugi badanego siluminu podczas przepływu w kanałach metalowych ( 12, 14, 16 mm) oraz piaskowych ( 6.5 i 10 mm). Na rysunkach przedstawiono zmiany temperatury czoła strugi wraz z jej pochodną oraz krzywą przepływu. Na rysunkach oznaczono literami charakterystyczne dla przebiegu procesu zdarzenia. Wskazują one kolejno na: A- wpłynięcie metalu do wnęki wstępnej, B- maksymalną szybkość studzenia strugi w kanale, D- przechłodzenie inicjujące krystalizację, E- temperaturę eutektyczną, K- koniec przepływu, L- temperaturę likwidus. W polach rysunków wydrukowano wartości T, T w wybranych punktach charakterystycznych oraz wartość średnią pochodnej temperatury w przedziale A-K, będącą miarą średniej prędkości studzenia strugi w okresie przepływu. Na rysunkach naniesiono leżące tuż nad temperaturami krzepnięcia punktowe linie poziome, obrazujące równowagowe temperatury krzepnięcia uzyskane w próbniku ATD. Rys. 2. Przepływ w kanale 16mm formy metalowej Fig. 2. Flow in metal channel: 16mm Zamieszczone ilustracje pokazują, że struga siluminu AK7 krzepła we wszystkich kan a- łach przepływowych nierównowagowo. Obniżenie temperatury likwidus, w zależności od średnicy i materiału kanału, mieściło się w przedziale 2-7 deg. Temperatura przemiany eutektycznej obniżyła się w znacznie większym stopniu (26-30 deg), a dla przepływu w kanale metalowym 12 mm odnotowano jedynie jej wzrost o 3 deg. Charakterystyczna dla wszystkich przypadków jest dominacja przemiany likwidus nad przemianą eutektyczną, co powinno się przejawić wzrostem udziału fazy w strukturze. W każdym przypadku krystalizacja była poprzedzona przechłodzeniem metalu od 8 do 12 deg, We wszystkich przypadkach przepływ ustawał w zakresie temperat ury li- 179
kwidus. Za wyjątkiem przepływu w kanale piaskowym 10 mm, gdzie blokada nastąpiła tuż po przekroczeniu temperatury likwidus, przepływ ustawał w okresie przechłodzenia metalu. a) b) Rys. 3. Przepływ w kanale formy metalowej: a) 14 mm; b) 12 mm Fig. 3. Flow in metal channel: a) 14 mm; b) 12 mm 180
ARCHIWUM ODLEWNICTWA a) b) Rys. 4. Przepływ w kanale formy piaskowej: a) 10 mm; b) 6 mm Fig. 4. Flow in sand channel: a) 10 mm; b) 6 mm 181
Analiza przebiegu krzywej przepływu wskazuje, że - z uwagi na mniejsze średnice kanałów przepływowych - struga z większym trudem pokonywała w formach piaskowych opory na wlocie do kanału. Dlatego też na rysunku 4 wprowadzono dodatkowy punkt C wskazujący na moment osiągnięcia poziomu wlotu do kanału, a na rysunku 4a dodatkowo punkt F, od którego zaczął się efektywny przepływ w kanale. Na każdym z rysunków wydrukowano wartość maksymalnej prędkości studzenia strugi w kanale przepływowym (T (B)) oraz średnią prędkość studzenia na całej drodze przepływu (T -AK). Dla form piaskowych podano dodatkowo wartości odnoszące się jedynie do przepływu w samym kanale (T -CK, T -FK). Porównanie maksymalnych prędkości studzenia oraz ich wartości średnich w przedziale pokazuje, że najwolniej metal studził się w kanale 10 mm formy piaskowej. W pozostałych przypadkach wartości są porównywalne. Dla form metalowych nie zauważono istotnego wpływu średnicy kan a- łu, co można wyjaśnić większą dynamiką uwalniania ciepła krystalizacji w mniejszych kanałach. Zmniejszenie średnicy wpływało natomiast na wartość przechłodzenia i obniżenie temperatury likwidus. 4. PODSUMOWANIE Przedstawione badania wykazały, że silumin AK7 krzepnie w kanałach form metalowych i piaskowych nierównowagowo, czego objawem jest obniżenie temperatur krzepnięcia. Krystalizacja właściwa poprzedzona jest wyraźnym przechłodzeniem metalu. Przepływ ustaje w zakresie nierównowagowej temperatury likwidus, najczęściej w okresie przechłodzenia metalu. 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. 497-502. [2] Mutwil J.,: Parametryczny opis cech przepływu metali i stopów w kanałach form odlewniczych, Krzepnięcie Metali i Stopów, vol.?, nr??, 2001, s.???-???. Badania prowadzone są w ramach projektu badawczego Nr 7 T08B 032 16 finansowanego przez Komitet Badań Naukowych w latach 1999-2001. 182 SOLIDIFICATION OF AK7-SILUMIN STREAM IN SAND AND METAL CHANNELS SUMMARY The influence of both the channel material and the channel diameter on the solidific a- tion kinetic and the solidification range of the flowing stream of AK7-silumin has been described. The temperature of the flow stopping has been determined. Recenzował prof. dr hab. inż. Janusz Braszczyński