Transcript Referat 12 - Badania i rozwój nowoczesnej technologii tworzyw

INSTYTUT ODLEWNICTWA
Rok założenia 1946
Pokrycia na formy i rdzenie, analiza obecnie stosowanych
oraz badanie i wytypowanie optymalnych mających
zastosowanie przy wykonywaniu odlewów ze stopów
miedzi w kokilach żeliwnych.
Autorzy: mgr inż. Zbigniew Stefański
mgr inż. Andrzej Pytel
ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków
tel. +48 (12) 261-81-11, fax +48 (12) 266-08-70
e-mail: [email protected], www.iod.krakow.pl
Cel wykonanej pracy
• Celem realizowanych prac było zbadanie niektórych
podstawowych czynników układu technologicznego: ciekły
metal – pokrycie formy odlewniczej– materiał formy oraz
określenie ich wpływu na zjawiska zachodzące na granicy faz:
ciekły metal – pokrycie formy odlewniczej– materiał formy.
•
Czynniki te decydują o jakości odlewu oraz o trwałości
kokili. Zbadanie wymienionych czynników
pozwoli
praktycznie na wytypowanie pokryć optymalnych dla danych
stopów odlewniczych.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Informacje dotyczące pokryć stosowanych na formy
i rdzenie
Przez pojęcie pokrycie na formy, rozumie się warstwę
materiału o odpowiednim składzie, który nanosi się na
powierzchnię formy lub rdzenia, w celu zabezpieczenia metalu
odlewu przed przypaleniem do powierzchni formy, wzmocnienia
powierzchni formy i rdzenia, lub też spowodowanie zmian
właściwości powierzchniowych metalu z którego wykonany jest
odlew.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
W zależności od przeznaczenia pokrycia dzielimy na
trzy podstawowe rodzaje:
• pokrycia pasywne (ochronne) – pokrycia te nie powodują zmian
składu chemicznego warstwy powierzchniowej odlewu ich
zadaniem jest uzyskanie gładkiej powierzchni odlewu, bez
przypaleń i wżarć , stosowane głównie dla form i rdzeni
piaskowych, pokrycia te mogą być jedno lub wieloskładnikowe,
można je stosować w postaci proszku (pudru), pasty lub ciekłej
substancji.
• Najczęściej stosowane są ciekłe pokrycia ochronne.
Zastosowanie pokryć ochronnych ma na celu uzyskanie
odlewów o lepszej jakości powierzchni, to jest o małej
chropowatości, wolnej od wad odlewniczych.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
• pokrycia aktywne - stosuje się je w celu zmiany właściwości
warstwy powierzchniowej odlewów poprzez wprowadzenie do
tej warstwy określonych składników, celem ich stosowania jest
również zabezpieczenie powierzchniowej warstwy odlewu
przed
niepożądanymi
zmianami
ich
właściwości,
spowodowanymi zastosowanym procesem technologicznym.
Przykładem może być zapobieganie zabieleniu odlewów
żeliwnych wykonywanych w formach metalowych (kokilach).
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Oddziaływanie pokrycia aktywnego może zachodzić
przez:
• dyfuzję składników osnowy do powierzchniowej warstwy
odlewu
• stopienie składników osnowy przez warstwę ciekłego stopu
odlewniczego będącego w kontakcie z pokryciem ochronnym
• przenikanie ciekłego stopu odlewniczego w pory między
ziarnami osnowy pokrycia aktywnego
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
• pokrycia wzmacniające – stosuje się je w celu polepszenia
niektórych właściwości warstwy powierzchniowej masy
formierskiej lub rdzeniowej, to jest zwiększenia wytrzymałości,
zmniejszenia osypliwości.
Przykładowe składy:
• dyspersje wodne polimerów o stężeniu 40 - 50%
• roztwór wodny ługu posiarczynowego
• roztwory alkoholowe żywic syntetycznych przykładowo typu
nowolak
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
• Najczęściej stosowanym materiałem, ze względu na wysoką
ogniotrwałość oraz małą zwilżalność przez ciekły stop
odlewniczy jest grafit, stosowany w pokryciach jako naturalny
lub sztuczny.
•
Ujemną cechę pokryć grafitowych jest duży współczynnik
przewodzenia ciepła i ciemna barwa.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Rys. 1. Wpływ czasu nagrzewania na temperaturę powierzchni wnęki formy
pokrytej powłokami o barwach ciemnej i jasnej.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Pokrycia na formy metalowe
•
W
realizowanym
projekcie
prace
dotyczyły
wykonywania odlewów w kokilach żeliwnych z miedzi
technicznie czystej, o zawartości około 99% Cu, dla
których dobierano i przebadano w ramach tej pracy
pokrycia.
•
Należy również zaznaczyć że wykonane odlewy z miedzi
będą następnie stanowiły kokile do wykonywania
kolejnych odlewów z miedzi również technicznie czystej.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
•
Pokrycia nanoszone na powierzchnię roboczą form metalowych
(kokil) są to zwykle pokrycia pasywne (ochronne).
•
Podstawowe zadanie pokryć stosowanych dla kokil to
uzyskanie odlewów o wymaganej jakości, dobrej powierzchni, a
także ochrona powierzchni kokili, jej smarowanie oraz izolacja
zabezpieczająca kokilę przed bezpośrednim cieplnym i
chemicznym oddziaływaniem ciekłego metalu, a więc w sposób
istotny zwiększenie trwałości formy metalowej.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
•
Znaczenie pokryć polega również na możliwości regulacji
ilości ciepła przekazywanego kokili przez odlew w jednostce
czasu, a więc regulacji prędkości krzepnięcia odlewu i
wpływania w ten sposób na strukturę odlewanego stopu.
•
W przypadku bezpośredniego stykania się ciekłego metalu z
powierzchnią kokili ( bez pokrycia) następowała by dyfuzja, w
wyniku której na granicy styku metal-kokila powstawały by
stopy pośrednie, a po skrzepnięciu odlew przywierał by do wnęki kokili powodując trudności związane z wyjmowaniem odlewu oraz możliwość jego odkształcenia lub zniszczenia.
• Powodowało by to również zniszczenie gładzi wnęki kokili i
zmiany jej wymiarów.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
•
Pokrycia na kokile dzieli się w zależności od przewodności
cieplnej, która jest jednym z najważniejszych parametrów tych
pokryć.
•
Pokrycia dobrze przewodzące ciepło są to pokrycia czarne,
głównym ich składnikiem jest grafit. Stosuje się je w cienkich
warstwach w tych miejscach wnęki kokili, gdzie zależy nam na
szybkim odprowadzeniu ciepła.
•
Równocześnie pokrycia te ze względu na obecność grafitu
spełniają rolę smarującą i zabezpieczającą przed przyklejeniem.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Przeprowadzone prace i badania
Zrealizowano następujący zakres prac:
•zorganizowano stanowisko do badań technologicznych pokryć
nanoszonych na formy metalowe,
•opracowano konstrukcję kokili wraz z modelowym odlewem
przeznaczoną do badania jakości pokryć,
•wykonano staliwną kokilę z zastosowaniem której wykonywano
odlewy oraz badano pokrycia,
•wytypowano optymalne pokrycia do dalszych badań ich jakości.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Rys. 2. Opracowana kokila do wykonywania odlewów testowych i do
przeprowadzania badań pokryć.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Badano następujące parametry technologiczne:
• jakość powierzchni odlewów na podstawie oceny wizualnej,
• izolacyjność pokryć w wyniku badania szybkości stygnięcia
odlewu oraz szybkości nagrzewania kokili. W czasie badań
rejestrowano krzywe stygnięcia odlewów oraz krzywe
nagrzewania kokili. Kokila została odpowiednio przygotowana,
założono w niej termopary w 5 punktach pomiarowych, to jest
w odlewie, a także w kokili.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Do badań wytypowano cztery rodzaje pokryć:
• pokrycie wodne nr 1 –ADVANZ A60, firmy
Metimpex Sp. z o.o.
• pokrycie wodne nr 2 – Argentol 824, firmy
Huttenes-Albertus Polska Sp. z o.o.,
• pokrycie wodne nr 3 – Bone ASH 325 mesh,
firmy Hendri-Gras Chemicals B.V.,
• pokrycie wodne nr 4 – kokilokryt Pw, firmy
PEDMO Tychy.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Warunki przeprowadzenia prób badania pokryć:
• temperatura ciekłego metalu (miedzi) przed
zalaniem kokili – 1180 – 12000C,
• temperatura kokili przed zalaniem odlewu
testowego – 320÷3500C,
• grubość pokrycia naniesionego na kokilę –40-50 µm,
• ciężar wykonywanego odlewu wraz z układem
wlewowym 2,9 kg.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Rys.3. Kokila po zalaniu metalem w czasie rejestracji temperatur kokili i odlewu.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Rys. 4. Kokila po ostygnięciu i wybiciu odlewu testowego.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
1300
wartosc1
wartosc2
wartosc3
wartosc4
wartosc5
1200
1100
1000
Temperatura[oC]
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Czas[sek]
Rys. 5. Przykładowy wykresy zmian temperatury w różnych punktach kokili oraz
odlewu, rejestrowane podczas próby testowej, badane pokrycie nr 2.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Podsumowanie i wnioski
•
W ramach zrealizowanych prac dotyczących pokryć
przeprowadzono analizę zagadnień związanych z teorią i
praktyką ich stosowania dla różnych technologii. Przedstawiono
wyniki prac dotyczących doboru optymalnych pokryć do
wykonywania odlewów z miedzi, metodą odlewania
kokilowego.
•
W celu przeprowadzenia badań opracowano konstrukcję i
wykonano kokilę przeznaczoną do badania pokryć w wyniku
wykonywania odlewów testowych.
•
Opracowano metodę oraz warunki badania pokryć na kokile, a
następnie wykonano badania wytypowanych czterech pokryć.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
•
W wyniku przeprowadzonych badań wykonywania odlewów
testowych z zastosowanymi pokryciami, z pośród czterech
badanych wybrano trzy to jest: ADVANZ A60, Argentol 824
oraz Bone ASH 325, otrzymano odlewy o dobrej jakości
powierzchni.
•
Na podstawie otrzymanych wyników badań przebiegu zmian
temperatur w kokili i odlewie w czasie zalewania i stygnięcia
stwierdzono, że jakość badanych trzech wymienionych pokryć
była porównywalna, nieco lepsze wyniki uzyskano dla pokryć
nr 1 i 3.
•
O ostatecznym doborze pokrycia powinny zadecydować
wyniki badań przemysłowych.
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW
Dziękuję za uwagę 
INSTYTUT ODLEWNICTWA, KRAKÓW