28/6 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2002, Rocznik 2, Nr 6 Archives of Foundry Year 2002, Volume 2, Book 6 PAN - Katowice PL ISSN 1642-5308 MODYFIKACJA ŻELIWA W FORMIE Z JEDNOCZESNĄ JEGO FILTRACJĄ - PIERWSZE DOŚWIADCZENIA PRAKTYCZNE A. OŚCIŁOWSKI 1, W. PLIŚ 2 FERRO-TERM Sp. z o.o. ul. Przybyszewskiego 176, 93-120 Łódź STRESZCZENIE W pracy omówiono nowatorską metodę modyfikacji żeliwa w formie odlewniczej połączoną z jednoczesnym filtrowaniem strugi metalu z wykorzystaniem piankowych filtrów ceramicznych. Przedstawiono doświadczenia FERRO-TERM jako producenta systemów modyfikująco- filtrujących oraz odlewni będących ich odbiorcami. Key words: ceramic foam filters, inoculation, filtration, liquid cast iron 1. WSTĘP POJĘCIA PODSTAWOWE 1.1. Modyfikacja Przez modyfikację rozumie się celowe dodawanie substancji powodujących wzmożone zarodkowanie w traktowanym stopie, mające na celu poprawę struktury a w konsekwencji parametrów technicznych stopu. Znane są rozmaite rodzaje modyfikatorów, różniące się składem chemicznym oraz postacią decydującą o sposobie wprowadzenia do ciekłego stopu. Generalnie wyróżnić można: - Modyfikację wstępną w piecu lub kadzi; - Modyfikację końcową w piecu przetrzymującym (zalewowym) lub przeprowadzaną w trakcie przelewania żeliwa lub jego zalewania do formy; - Modyfikację kombinowaną, będącą połączeniem modyfikacji wstępnej i końcowej w różnych konfiguracjach. 1 mgr inż., ferroterm@ferroterm.pl 2 mgr inż., ferroterm@ferroterm.pl 241
1.2. Filtrowanie stopów metali Filtrowanie jest procesem usuwania z płynnego stopu wtrąceń niemetalicznych metodą przepuszczenia strumienia metalu poprzez filtr umieszczony w układzie wlewowym. Poprzez usunięcie wtrąceń, uzyskuje się poprawę jakości powierzchni (zaró w- no surowych jak i obrabianych) oraz poprawę parametrów mechanicznych i plastyczn o- ści tworzywa odlewów. Znane są różne rodzaje filtrów np. tkaninowe, sitka jedno- i wielowarstwowe, piankowe filtry ceramiczne. Decyzja o typie zastosowanego filtra zależy od filtrowanego stopu oraz wymaganego stopnia oczyszczenia. 2. WPROWADZENIE Współcześni konstruktorzy odlewów w coraz większym stopniu starając się wykorzystać maksymalne parametry tworzyw, stawiają przed odlewnikami coraz wy ż- sze wymagania. Powstają konstrukcje o bardzo cienkich ściankach, jednocześnie przenoszące bardzo duże obciążenia, również często o charakterze zmęczeniowym. Od takich odlewów wymaga się zapewnienia wzorcowej struktury we wszystkich. przekrojach zarówno w cienkich jak i grubszych ściankach. Wiele odlewów np. tarcze hamulcowe, obrabianych jest na nowoczesnych, wysokowydajnych liniach, stosujących najwyższe parametry obróbcze. W takich odlewach niedopuszczalne są zarówno lokalne utwardzenia wynikające np. z zabieleń krawędziowych jak i wtrącenia niemetaliczne. Występowanie tego typu wad powodowało by przyspieszone zużycie narzędzi. Oczywiście wtrącenia niemetaliczne są najczęściej niedopuszczalne ze względów eksploatacyjnych. Podobnie ma się sprawa, choć z innych powodów, w przypadku cienkościennych odlewów z żeliwa sferoidalnego a szczególnie w przypadku odlewów z żeliwa GGG 40.3 (EN-GJS-350-22) o gwarantowanej udarności w niskich temperaturach. Wymagane jest uzyskanie w całej objętości odlewu drobnoziarnistej struktury ferrytycznej z dużą ilością wydzieleń sferoidalnego grafitu. Oczywiście niedopuszczalne są również obce wtrącenia. Z kolei odlewy hydrauliczne częstokroć cienkościenne o stosunkowo rozb u- dowanej powierzchni wykazują dużą skłonność do zabieleń szczególnie krawędziowych. Wzrost twardości utrudnia a niejednokrotnie uniemożliwia obróbkę, co zmusza do wprowadzenia dodatkowej operacji wyżarzania zmiękczającego dla uratowania odlewów przed zabrakowaniem. W przypadku takich trudnych technologicznie odlewów częstokroć jedynym rozwiązaniem jest modyfikacja w formie oraz filtrowanie strugi metalu. Dla umożliwienia przeprowadzenia takiego procesu bez konieczności inwestowania, na przykład w drogie urządzenia do inżekcyjnego wprowadzania drobnozia r- nistego modyfikatora bezpośrednio do strugi podczas zalewania form, FERRO-TERM proponuje zastosowanie systemu modyfikująco filtrującego. 242
3. SYSTEMY MODYFIKUJĄCO FILTRUJĄCE ARCHIWUM ODLEWNICTWA System modyfikująco filtrujący składa się z produkowanego przez FERRO- TERM piankowego filtra ceramicznego o najwyższej skuteczności filtrowania oraz połączonej z nim trwale kostki modyfikującej: - GERMALLOY dla żeliwa sferoidalnego, - OPTIGRAN dla żeliwa szarego przodującej firmy SKW Giesserei- Technik GmbH. Kostka modyfikująca Filtr H C B A Rys. 1. Szkic systemu modyfikująco- filtrującego Fig. 1. Scheme of inoculation and filtration system Tabela 1.Systemy modyfikująco- filtrujące oferowane odlewniom przez FERRO- TERM Tabl 1. Inoculation and filtration system offered by FERRO-TERM to foundries Filtr Kostka modyfikująca Rodzaj żeliwa Ilość modyfikowana Czas zalewania AxBxC/H ppi mod. pełna ( 0,1%) mod. wtórna (0,06%) 10 GERMALLOY K20 SFERO 50x50x22/23 20 OPTIGRAN K20 SZARE 10 GERMALLOY K20 SFERO do 20 kg do 33 kg 7 sek. 60x60x22/23 20 OPTIGRAN K20 SZARE 10 GERMALLOY K40 SFERO 60x60x22/35 20 OPTIGRAN K40 SZARE 10 GERMALLOY K40 SFERO do 40 kg do 66 kg 11 sek. 75x75x22/35 20 OPTIGRAN K40 SZARE 10 GERMALLOY K60 SFERO 75x75x22/35 20 OPTIGRAN K60 SZARE do 60 kg do 99 kg 13 sek. 243
Skład chemiczny kostek modyfikujących GERMALLOY dla żeliwa sferoidalnego OPTIGRAN dla żeliwa szarego % Si 70-78 70-78 %Al. 3,2-4,5 0,8-1,8 %Ca 0,3-1,5 0,3-1,4 %Mn 0 3,5-4,5 % metale ziem rzadkich ok. 0,5 ok. 0,5 %Fe reszta reszta gwarantuje uzyskanie bardzo dobrych efektów modyfikacji. 4. TECHNIKA ZASTOSOWANIA 4.1. Dobór układu wlewowego Dla odlewów z poziomą płaszczyzną podziału FERRO-TERM proponuje zastosować następujący układ wlewowy: Fwg Komora reakcyjna Fł min 20 Kostka modyfikująca Fbż2 ΣFwd 5-6 dookoła Filtr Fbż1 Fp min 100 Ok. 20 Komora mieszania pod filtrem Rys. 2. Szkic układu wlewowego Fig. 2.Scheme of gating system 244
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Przy projektowaniu przekrojów poszczególnych elementów układu wlewowego zaleca się zachować następujące proporcje: Fwg = Fł : Fbż1 = Fp = Fbż2 : ΣFwd 1 : 0,75 0,80 : 0,80 0,85 proporcje przekrojów zostały dobrane tak aby dzięki zahamowaniom przy przejściu z komory mieszania do belki żużlowej i pomiędzy belką żużlową 2 a wlewami doprowadzającymi zapewnić równomierne rozpuszczenia modyfikatora i ujednorodnienia składu w komorze mieszania. Również próby zastosowania systemów modyfikująco- filtrujących przy pionowym ustawieniu filtra wypadły pozytywnie. Dobór systemu modyfikująco- filtrującego INFERR opisano w karcie informacyjnej Systemy modyfikująco- filtrujące. 5. PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ Systemy modyfikująco- filtrujące produkcji FERRO-TERM Sp. z o.o. zostały zastos o- wane przy produkcji odlewów o różnym stopniu skomplikowania w kilku przodujących krajowych odlewniach. Poniżej przedstawiamy wyniki przeprowadzonych prób w p o- równaniu z dotychczas stosowanymi metodami produkcji. 5.1. Wentylowana tarcza hamulcowa Rys. 3. Tarcza hamulcowa wentylowana dominująca grubość ścianki 9 mm. Fig 3. Ventilated brake disk dominant wall thickness 9 mm. 245
5.1.1. Metoda tradycyjna Technologia obróbki metalu: Metal wyjściowy modyfikowano-0,2 % INOGEN 75 na strugę metalu+ 0,02 % RZM (ziarnisty) do formy. Uzyskane parametry -twardość odlewów:207, 212, 217, 217, 217 HB Obraz mikrostruktury grafitu i osnowy metalowej: Grafit Gr1-równomiernie rozmieszczony+ Gr7-międzydendrytyczny, wielkość Gw25; Osnowa- Perlit ok. 85% i ferryt ok. 15% (występują wydzielenia eutektyki fosforowej) Efekt modyfikacji wyrażony kształtem grafitu nienajlepszy. 5.1.2. Metoda z użyciem systemu modyfikująco filtrującego Technologia obróbki metalu OPTIGRAN K40 na filtrze 60 x 60 x 22 ppi 10 Uzyskane parametry -twardość odlewów:207, 207, 207, 207, 212 Obraz mikrostruktury grafitu i osnowy metalowej: Grafit Gr1-równomiernie rozmieszczony, wielkość Gw90 i 180; Osnowa- Perlit 100%. Efekt modyfikacji wyrażony kształtem grafitu dobry. WNIOSEK: stosując system modyfikująco- filtrujący z Optigranem można uzyskać żądane parametry przy jednym zabiegu modyfikacji w formie. 5.2. Korpus zacisku dwutłoczkowy Rys. 4. Korpus zacisku dwutłoczkowy grubość ścianki zróżnicowana. Fig. 4. Frame of disk brake caliper Wall thickness diversified. METAL Gatunek GGG 50 (żeliwo sferoidalne gat. 500-7) Metalochłonność formy- 30 kg Temperatura zalewania- 1380 0 C Technologia obróbki metalu (GGG 50) Sferoidyzację i modyfikację pierwotną przeprowadzono w kadzi metodą sandwich. 246
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Modyfikacja wtórna: 5.2.1. Metoda tradycyjna Poprzez wdmuchiwanie do strugi drobnoziarnistego modyfikatora 80 g na formę. 5.2.2. Metoda z użyciem systemu modyfikująco filtrującego GERMALLOY K20 na filtrze 50 x 50 x 22 PPI 10 Uzyskane parametry tworzywa (w obu przypadkach jednakowe) Cienka ścianka (próbka 1): Grafit: Gf9-Gw25 80%; Gf8-Gw25 20% Osnowa metalowa: P45- Pf1 Grubsza ścianka(próbka 2): Grafit: Gf9-Gw25 70%; Gf8-Gw25 30% Osnowa metalowa: P70- Pf1 WNIOSEK : Dzięki zastosowaniu systemu modyfikująco- filtrującego możliwe jest uzyskanie równie dobrej struktury tworzywa przy 3 -krotnie mniejszym zużyciu modyfikatora. 6. PODSUMOWANIE Dotychczas przeprowadzone próby potwierdzają skuteczność działania syst e- mów modyfikująco-filtrujących, zarówno przy zastosowaniu ich w przypadku odlewów z żeliwa szarego jak i sferoidalnego. Dzięki zastosowaniu bardzo efektywnej modyfikacji końcowej w formie łącznie z filtrowaniem ciekłego stopu, Odlewnia osiągnąć może następujące korzyści: Modyfikowanie bez zaniku efektu modyfikacji; Bardzo skuteczne zapobieganie zabieleniom; Uzyskanie drobnoziarnistej struktury osnowy z bardzo licznymi wydzieleniami kulek lub płatków grafitu; Bardzo skuteczne filtrowanie metalu; Możliwe jest uzyskanie ferrytycznej struktury o wysokich wydłużeniach; Oszczędne zużycie modyfikatorów dzięki modyfikacji bez dostępu powietrza i tuż przed dostaniem się metalu do wnęki formy; Możliwe staje się uzyskanie bardzo trudnych technologicznie odlewów bez dużych nakładów inwestycyjnych; Renoma Odlewni rośnie dzięki bezbrakowej i nie podlegającej reklamacjom produkcji. 247
INOCULATION AND FILTRATION SYSTEM PRACTICAL EXPERIENCE IN FERRO-TERM SUMMARY An innovative method of cast iron inoculation with simultaneous filtration of liquid cast iron with use of ceramic foam filters has been described. There has been presented FERRO-TERM experience as a producer of inoculation and filtration system INFERR and experience of foundries which are its receives. Recenzował: prof. dr hab. inż. Stanisław Pietrowski 248