PROCESY i TECHNIKI WYTWARZANIA –WYKŁAD
Odlewnictwo – technologia wytwarzania (kształtowania) przedmiotów (odlewów)
ze stanu ciekłego.
Odlew – efekt zakrzepnięcia metalowego stopu odlewniczego wlanego do formy
odlewniczej; produkt technologii.
Stop odlewniczy – materiał, z którego jest wykonany.
Forma odlewnicza – przyrząd, w którym powstaje.
Podstawowe etapy procesu wykonania odlewu: 1. Przygotowanie ciekłego
stopu metalowego. 2. Wykonywanie (przygotowanie) formy odlewniczej, 3.
Wlanie ciekłego stopu do formy odlewniczej. 4. Krzepnięcie i stygnięcie odlewu.
5. Wyjęcie odlewu z formy i operacje końcowe.
Topialnia
Celem procesu jest uzyskanie ciekłego stopu: O założonym składzie chem., O
odpowiednim stopniu czystości metalurgicznej, O korzystnym stanie
fizyko-chem., O odpowiednio wysokiej temp.
Etapy procesu:
1. Przygotowanie materiałów wsadowych, z których będzie wykonany stop
odlewniczy.
2. Stopienie wsadu w piecu topialnym.
3. Przeprowadzanie korekty składu chem. stopu.
4. Dodatkowe operacje metalurgiczne (rafinacja, modyfikacja)
5. Przegrzanie stopu do wymaganej temp.
6. Transport ciekłego metalu do miejsca zalewania form odlewniczych.
Stopy odlewnicze:
Stopy żelaza: żeliwo, staliwo
Stopy metali nieżelaznych: Cu-Zn – mosiądz, Cu-Sn – brąz, Cu-Al – brąz
bezcynowy, Al-Si – silumin, Zn-Al – znal
Mosiądz dwufazowy CuZn40Pb: temp. Zalewania 1320-1420 C, gęstość: 8,2-8,5
g/cm^3
Brąz CuSn10-C: temp. Zalewania: 1270-1320 C, gęstość: 8,5-9,5 g/cm^3
Brąz CuAl10fe3Mn2: temp zalewania: 1370-1420 C, gęstość: 7,5-8,0 g/cm^3
Silumin AC Si12Cu2Mg: temp. Zalewania: 680-720 C, gęstość 2,5-2,7 g/cm^3
Układ stabilny Fe – grafit
Układ metastabilny Fe-Fe3C
Żeliwo – stop żelaza z węglem, w którym zawartość węgla przekracza 2,08%
Żeliwo – stop żelaza z węglem ( i innymi pierw. Si, Mn, P, S.) w którym zawartość
węgla przekracza max. rozpuszczalność węgla w austenicie
Przemiana eutektyczna
W układzie metastabilnym:
… - ledeburyt
W ukł. Stabilnym (grafityzacja pierwotna)
… - eutektyka grafitowa
<rys. 2>
Rodzaj przemiany eutektycznej zależy od:
•
Składu chem. żeliwa: pierwiastki grafityzujące C, Si, Al. I zabielające Mn, P,
Cr
•
Szybkości krzepnięcia odlewu: zwiększenie szybkości sprzyja zabieleniu
Żeliwo GJL-250: temp. Zalewania: 1350-1550 C, gęstość 6,9-7,2 g/cm^3
Materiały wsadowe (odlewnie żeliwa i staliwa):
•
Wielkopiecowe surówki odlewnicze (stopy żelaza z węglem 3,5-4,5% C),
•
Żelazastopy (Fe-Si, Fe-Mn),
•
Nawęglacze,
•
Złom żeliwny obiegowy (własny),
•
Złom żeliwny i staliwny obcy,
•
Złom stalowy.
Kontrola ciekłego żeliwa: pomiar lejności, skłonność do tworzenia zabieleń,
analiza składu chem., analiza termiczna
LEJNOŚĆ STOPU jest to zdolność stopu do płynięcia kanałami wnęki formy
odlewniczej.
Klasyfikacja: stopy odlewnicze (dobra lejność), stopy do przeróbki plastycznej
(zła lejność)
Czynniki: skład chem., temp. Ciekłego stopu, sposób zalewania formy
odlewniczej, szybkość krzepnięcia metalu w formie odlewniczej.
Niedolewy – lejność stopu zbyt mała.
Próba spiralna
Miara lejności: długość odlewu [cm] – dobra lejność 50-60cm. Minimalną
lejność dla odlewu ustala się metodą prób dla każdego wyrobu. Lejność można
poprawić poprzez korektę składu chemicznego ciekłego stopu lub podwyższenie
jego temp.
Znormalizowana próba technologiczna, która polega na wykonaniu odlewu
krzepnącego z różnymi szybkościami.
<zdjęcie>
Żeliwo białe: <zdjęcie>
Żeliwo połowiczne: <zdjęcie>
Żeliwo szare: <zdjęcie>
Analiza terminczno-deriwacyjna (metoda ATD) –
<wykres>
Klasyfikacja żeliwa szarego – PN-EN 1561:2000
Struktura żeliwa szarego.
Żeliwo EN-GJL-200 , PN-EN 1261:2000
Żeliwo sferoidalne:
Sferoidyzacja – proces podwójnej modyfikacji (wprowadzenie do stopu magnezu
lub ceru oraz żelazokrzemu – grafit kulkowy. Zmiana postaci grafitu powoduje
równoczesne zwiększenie wytrzymałości i wydłużenia żeliwa.
Klasyfikacja żeliwa sferoidalnego: PN-EN 1563:2000
Wytrzymałość R
m
: żeliwo szare (450 MPa)
Żeliwo ADI – Austempered Ductile Iron: żeliwo sferoidalne hartowane z
przemianą izotermiczną. PN-EN 1564:2000
Wykres CTP
Przemiana bainityczna:
Bainit górny – temp. Przemiany 550-400 C
Bainit dolny – temp. przemiany 400-300 C
PIECE TOPIALNE – stosowane w odlewniach żeliwa i staliwa. Piece na paliwa
stałe (żeliwiak), piece elektryczne (indekcyjne, łukowe)
Żeliwiak – piec szybowy opalany koksem
Piece elektryczne – łukowe: z pośrednim łukiem (pośredniego działania) lub z
bezpośrednim łukiem (bezpośredniego działania)
Piec elektryczny – indukcyjny: (tyglowy, bezrdzeniowy)
Proces Duplex
Odlewy wytwarzane są ze stopów metalowych o korzystnych właściwościach
technologicznych nazywanych właściwościami odlewniczymi: lejność, skurcz
odlewniczy, skłonność do tworzenia jam skurczowych, skłonność do tworzenia
naprężeń odlewniczych, skłonność do tworzenia zabieleń (żeliwo).
Skurcz odlewniczy – zmniejszenie się wymiarów objętościowych i liniowych
spowodowanych obniżaniem się temp. Etapy skurczu: w stanie ciekłym (od temp.
zalewania do temp. początku krzepnięcia), podczas krzepnięcia (w zakresie temp.
krzepnięcia), ….
Skurcz odlewniczy – procentowe zmniejszenie liniowych wymiarów odlewu w
stosunku do wymiarów modelu odlewniczego (wnęki formy):
Skurcz odlewniczy wynosi 0,5-2,0 %. Zależy od: składu chem. stopu, temp.
zalewania, stopnia hamowania skurczu swobodnego (przez niepodatną formę
odlewniczą – hamowanie mechaniczne, nierównomierne stygnięcie odlewu –
hamowanie cieplne)
Hamowanie swobodnego skurczu odlewniczego powoduje powstanie w odlewie
wewnętrznych naprężeń odlewniczych, które mogą spowodować odkształcenie
lub pęknięcie odlewu.
Wielkość naprężeń zależy od: wielkość skurczu swobodnego stopu, stopnia
hamowania skurczu swobodnego, wrażliwości struktury stopu na szybkość
stygnięcia, rodzaj formy odlewniczej, kształt odlewu ( zróżnicowanie grubości
ścianek)
Próba określa sumaryczną skłonność do tworzenia naprężeń cieplnych i
fazowych:
Skłonność do tworzenia jam skurczowych: wewnętrzna jama skurczowa,
powierzchniowa jama skurczowa.
KLASYFIKACJA FORM ODLEWNICZYCH:
Ze względu na trwałość: formy jednorazowe, formy wielorazowe
Masa formierska: mieszanina ceramicznych materiałów formierskich o
dostatecznie dużej odporności na działanie wysokiej temp. np. piasek kwarcowy z
dodatkami wiążącymi ziarna.
KLASYFIKACJA MASY FORMIERSKIEJ:
Ze względu na rodzaj materiału wiążącego piasek: masy z lepiszczem
(utwardzane w wyniku mechanicznego zagęszczenia), masy ze spoiwem
(utwardzane w wyniku reakcji zachodzącej w spoiwie)
Rodzaj masy formierskiej decyduje o metodzie wykonania formy odlewniczej.
Masy z lepiszczem: mieszanina materiałów formierskich: piasek kwarcowy
(90%), lepiszcz (6%), woda (3%), ddatki specjalne (1%).
Piasek formierski: osnowa masy. płukany piasek kwarcowy (min. 95% SiO2) o
odpowiednim kształcie i wielkości ziarna. Wielkość ziarna piasku, w zależności od
rodzaju odlewu wynosi 0,1-0,8mm.
Lepiszcze – materiał łączący ziarna osnowy
. (olać rodzaje Glinków)
Woda – aktywuje lepiszcze w wyniku oddziaływania typu elektrycznego
(oddziaływanie ładunków elektrycznych znajdujących się an powierzchni cząstek
glinki na dipolowe cząstki wody). Ilość wody zależy od rodzaju glinki i wynosi
1,5-5,0%.
Dodatki specjalne – pył węglowy zmniejszający skłonność masy do przypalania
się do powierzchni odlewu oraz zwiększający gładkość powierzchni odlewu.
Właściwości masy formierskiej (po zagęszczeniu): zależą głównie od
jednorodności i ziarnistości piasku, ilości i rodzaju lepiszcza, wilgotność, stopnia
http://notatek.pl/procesy-i-techniki-wytwarzania-wyklad?notatka