Opisane w tej pracy badania są wynikiem szerszego projektu mającego na celu opisanie zjawisk fizyko – chemicznych występujących na granicy metal – forma ceramiczna, forma ceramiczna – otoczenie podczas zalewania i krzepnięcia odlewów wykonanych metodą odlewania precyzyjnego (projekt badawczy – rozwojowy R15 008 03 realizowany przez AGH w Krakowie 2007 – 2010).
Zjawiska fizyko-chemiczne zachodzące na granicy metal-forma podczas zalewania formy skorupowej ciekłym metalem mają istotny wpływ na przebieg procesu i mogą stanowić jedną z głównych przyczyn powstawania wad w tym niedolewów. Aby skutecznie modelować i w rezultacie optymalizować te procesy technologiczne przeprowadzono szereg doświadczeń mających na celu zbadanie zjawisk zachodzących w na granicy metal – forma.
Zjawisko zwilżania materiałów ceramicznych przez ciekłe metale odgrywa ważną rolę w procesach technologicznych z udziałem ceramiki oraz fazy ciekłej. Najczęściej stosowaną charakterystyką stopnia zwilżania ceramiki przez ciekły metal jest miara kąta zwilżania θ
Właściwości termofizyczne mas formierskich mają decydujący wpływ na strukturę i własności odlewu. Rozumiane są jako właściwości związane z wymianą ciepła między odlewem a formą odlewniczą. Główne znaczenie tych właściwości związane jest z procesem krzepnięcia i stygnięcia odlewu. Podczas krzepnięcia tworzy się struktura pierwotna, zaś podczas stygnięcia zakrzepłego już odlewu tworzy się ostatecznie struktura stopu odlewniczego. Przebieg tych procesów, decydujący o uzyskanej strukturze i własnościach odlewu, zależy w dużym stopniu od szybkości odprowadzania ciepła ze stopu odlewniczego.
Bardzo skomplikowane kształty (supercienkościenne odlewy o przekrojach piór łopatek sięgających niekiedy zaledwie 0.2 mm), nienajlepsze właściwości odlewnicze nadstopów oraz bardzo rygorystyczne normy odbioru sprawiają iż procent wadliwych odlewów jest duży.
Porównanie symulacji komputerowej miało na celu wstępne określenie podstawowych parametrów fizyko-chemicznych takich jak: współczynnik przewodzenia ciepła forma ceramiczna – ocieplenie, forma ceramiczna – otoczenie, jak również wstępne zweryfikowanie podstawowej bazy materiałów ceramicznych oraz materiałów termoizolacyjnych znajdujących się w programie symulacyjnym ProCast.
Misrun defect in super thin cross sections elements cast from niciel matrix alloys. The research described in this doctoral thesis is a result of a wider project aimed at the description of physical and chemical phenomena occurring at the metal – ceramic mold and ceramic mold – environment boundary during the casting and solidification of investment castings (Research and development project R15 008 03 realized by the AGH in Cracow 2007 – 2010).
The physical and chemical phenomena occurring at the metal-ceramic mold interface during the pouring of liquid metal into the mold influence the casting process significantly, and can constitute one of the main reasons for the forming of defects, including misruns and nonfills. In order to efficiently model and, as a result, optimize those technological processes, a series of experiments aimed at the investigation of metal-mold interface phenomena was conducted.
The phenomenon of wetting of ceramic materials by liquid metals plays a major role in technological processes involving ceramics and liquid phase. The characteristic used most often to describe the degree of ceramic wetting by a liquid metal is the wetting angle θ
The thermal and physical properties of shelling (molding) materials have a decisive influence on the structure and properties of a casting. That is so because they have the decisive influence on the thermal exchange processes between the casting and the ceramic mold. The exact importance of such properties can be especially appreciated when performing computer simulations of the casting solidification and cooling processes. The solidification process creates the original, primary structure, and the cooling of an already solidified casting creates the final structure of the casting alloy. The course of these processes, which decides about the obtained structure and properties of the casting, is largely dependant on the rate, at which the heat is being removed from the solidifying alloy.
Very complicated geometries (super-thin sectioned castings with turbine blade sections measuring at times as little as 0,2 mm), less than perfect casting properties of superalloys and very strict quality standards contribute to the fact, that scrap rates for such castings can be very high.
The purpose of a comparison between computer simulations and real-life experiments was to define the preliminary basic physical and chemical parameters, such as the thermal conductivity coefficient between the ceramic mold and insulation or between the ceramic mold and the environment; as well as to perform an initial verification of the ProCast simulation suite ceramic and thermally insulating materials database.
