Ścieralność jako kryterium oceny spoiwa iłowego

23 Odlewnictwo 1 1960

E dm u n d Jan icki

ŚCIERALNOŚĆ JAK O K RYTERIUM OCENY SPO IW A IŁOWEGO

STRESZCZENIE

Omówiono trudności jakie napotyka się przy stosowaniu spoiw iłowych w m a­

sach syntetycznych — przyczyny pow staw ania zaproszeń i zapiaszczeń oraz m echa­

nizmu ich powstawania. Opracowano nową metodę badania ścieralności i jej fu n k ­ cyjną zależność od zaw artości wody w masie dla określonych w arunków badania.

Na podstawie przeprowadzonych badań ścieralności i ich porównania z wynikam i osiągniętymi w praktyce podano m inim alną ścieralność jako w arunek przy odlewa­

niu staliw a, który gw arantuje zabezpieczenie przed zaproszeniami i zapiaszczeniami.

Wykazano, że zaw artość wody w masie, k tóra zabezpiecza ścieralność mniejszą lub równą 15 %, charakteryzuje spoiwo iłowe pod względem zastosowania do mas synte­

tycznych i może być przyjęta jako kryterium do oceny jakości spoiwa. Przeanalizo­

wano pod względem właściwości kilka charakterystycznych spoiw iłowych.

1. W stęp

S tosow an ie sp oiw iłow ych , szczególn ie b en ton itów w m asach kw arco- w o -iło w y c h natrafia jeszcze na d w ie zasadnicze trudności. P ierw szą z nich jest u stalen ie jak ościow ych w ym agań , drugą n iestałość jakościow ych dostaw .

J eżeli ch cem y zastosow ać spoiw o do m as syn tetyczn ych , m usim y w ied zieć jakie w łaściw ości w in n y go cechow ać i m u sim y system atyczn ie k ontrolow ać jakość dostaw .

Z agadnienie u stalania w łaściw eg o k ryterium jakości ma tu zasadnicze znaczenie. K ryteriu m to w in no obejm ow ać k ontrolę takiej w łaściw ości, która m a n ajw ięk sze znaczenie w procesie produkcyjnym . Metoda kontroli w inna być taka, która daje w y n ik i m ało zależne od czynn ików przypadko­

w ych. D otychczas stosow ane m etod y badań i k ryterie jakości jak w skazuje praktyka n ie są w ystarczające. W obec tego opracow anie m o żliw ie łatw ej m etod y badania i w łaściw ego k ryterium jakości dostateczn ie ch arak tery­

zujących spoiw o iłow e pod w zględ em zastosow ania na m asy syn tetyczn e, jest ciągle jeszcze ak tu aln ym zagadnieniem .

Praca niniejsza zajm u je się u stalen iem takiego w skaźnika w łaściw ości m asy, k tóry pozw oli na praw idłow ą ocenę jakości spoiw a iłow ego.

2. W ady od lew ów pow stające w w yn ik u n ieodpow iedniej jakości spoiw a Spośród głów n ych wad, które pow stają z p rzyczyn y zastosow ania nieodpow iednich m ateriałów , w y m ien ić n ależy zaprószenia i zapiaszczenia.

Są to w ady, które w zasadzie d ysk w alifik u ją o d lew y. W ady te n ależy rozpatryw ać rów nocześnie, poniew aż w ystęp u ją one zaw'sze razem. W i­

doczne gołym okiem zaprószenia sygn alizu ją przew ażnie istn ien ie w m asie m etalu pustek, w yp ełn ion ych m asą form ierską, oznaczonych jako zapia­

szczenia. P ow stają one najczęściej podczas napełniania w ig otn ych form m etalem , w yk on anych z m asy sy n tetyczn ej w p oczątkow ej fazie zalew a­

nia. Stru m ień ciek łego m etalu napotyka na sw ej drodze do, w n ęk i form y, na różnego rodzaju przeszkody. Mogą n im i być: ścian y doprow adzających kanałów, ich k rzyw izny, progi, zw ężenia, filtr y itp. Na sk utek reakcji płynącej cieczy m etalu pow stają siły tarcia na granicy m etal form a, prze­

ciw d ziałające ruchow i i pow odujące przy ty m zdzieranie z p ow ierzch ni ścian form y i rdzeni cząstek m asy. M echanizm p ow staw an ia zaproszeń i zapiaszczeń polega w ięc na zdzieraniu w zg lęd n ie na w yk ru szan iu ziarn piasku i spoiwa iłow ego z p ow ierzch ni k anałów u kładu w lew o w eg o i w n ę­

ki. W pierw szej fazie zalew ania, k ied y m etal sty k a się z pow ierzchnią m asy, działanie to jest n ajsiln iejsze. Po przejściu p ierw szej strugi, in ten ­ syw n ość działania zależy jak to m ożna zaobserw ow ać w praktyce, od tem epratury przegrzania m etalu.

O dryw ane drobne cząsteczk i m asy a n aw et poszczególne ziarna osno­

w y, W ypływając w części na p ow ierzch nię ciek łeg o m etalu pow odują za­

prószenia (W s-2 1 0 1 ) w odlew ie, w części zaś, gdy zostają uw ięzione w m a­

sie pow odują w adę nazw aną zapiaszczeniem (W s-405).

P ierw sze, pow odują na pow ierzchni od lew u ch ropow ate narosty jako odbicie zdartej m asy, drugie — ujaw niają się dopiero w' czasie obróbki m echanicznej, jeśli nie zostały uprzednio w y k ry te i u sunięte.

W arunki zalew ania form , w y w o łu ją w ięc n iebezpieczne sta n y napięć na jej pow ierzchniach, z k tórym i się styk a m etal bezpośrednio, lub n a w et w ted y, gdy działa ty lk o przez prom ieniow anie. S iły tarcia w kanałach układu w lew ow ego są szczególn ie duże, przy zm ianach kierunku p rzep ły ­ wu. Mogą być one spotęgow ane jeszcze w przypadku w ystą p ien ia b u rzli­

w ego p rzep ływ u ciek łego m etalu.

N iew ątp liw ie chropow atość p ow ierzch ni ścian układu w lew o w eg o ma rów nież pow ażny w p ły w na charakter p rzep ływ u i in ten sy w n ość w y m y ­ wania.

P rzy słabym pow iązaniu spoiw a z ziarnam i osnow y, znikom e ruchy ziarn, jakie p ow stają w sk utek rozszerzania się ich z p o d w yższen iem tem ­ peratury a szczególn ie podczas przem iany alotropow ej beta kw arcu w alfa, w yw ołu ją w ystarczające siły i m om en ty statyczn e pow odujące w y k ru sze­

nie się ziarn piasku zw ane często osyp yw an iem się m asy. Z badań nad w ytrzym ałością m as w p odw yższon ych tem peraturach w iem y, że siła w ią ­ zania w tym zakresie tem peratury tylk o nieznacznie w zrasta, co nie ma w łaściw ie praktycznego znaczenia.

Ponadto zaprószenia i zapiaszczenia pow stają łączn ie ze strupam i. Im masa w yk azu je w ięk szą skłonność do tw orzenia strupów , ty m w ięcej n a­

leży się spodziew ać zaproszeń i zapiaszczeń. Oprócz jakości osn ow y, która

m oże w y k azyw ać m n iejszą lub w ięk szą skłonność do rozszerzania się, ja­

kość spoiw a w yw iera tu d ecyd u jący w p ły w na p ow staw an ie zaproszeń i zapiaszczeń. Szczególną tu rolę odgryw'a rów nież zaw artość w od y w m a­

sie.

3. Odporność na ścieranie

Ściskan ie lub rozciąganie próbek znorm alizow anych nie odtwarza w w ła ściw y sposób sił pow odujących w yk ru szen ie ziarn piasku i spoiw a z jej pow ierzchni. N iezależn ie od tego, że próba ściskania i rozciągania m a charakter statyczn ej próby, siły działają na ziarna w zdłuż osi, nie obciążając ziarn siłam i poprzecznym i lub m om en tam i statyczn ym i. P o­

tw ierdza to praktyka. Z w yk ła próba na ściskanie lub rozciąganie nie jest w ystarczającym k ryteriu m do ocen y odporności m asy na w yk ru szen ie

(w ym yw an ie) przez m etal.

M echanizm od działyw an ia ciek łego m etalu na pow ierzchnię form y lepiej oddaje sch em atyczn ie przedstaw ione od działyw an ie pędu spadają­

cych k u lek na p ow ierzch nię obracającej się i znorm alizow anej próbki (rys. 1 ).

Każda z gradu opadających na próbkę k u lek uderza na p ow ierzchnię pod inn ym k ątem (w skutek rozsiew u). Prędkość ich V. m ożna rozłożyć na składow e: norm alną V n i styczn ą Ws. N orm alna składow a prędkości zm ie­

nia znak na p rzeciw n y, zaś styczn a pozostaje niezm ieniona. Z ależnie od kąta podania, składow a styczn a k u lk i m oże przybierać w ielk o ści od zera do m ak sym aln ej, odpow iadająca jej składow a norm alna, przybiera w ie l­

kości odw rotnie, od m ak sym u m do zera. P ew ń a określona ilość kulek, odpadających na badaną próbkę daje w w y n ik u sum aryczne działanie sk ład ow ych n orm aln ych i sty czn ych w yrażające się w form ie ilości w y ­ kruszanej m asy. Im ilość k u lek opadających na próbkę będzie w iększa, ty m d okład niejszy będzie średni w y n ik pom iaru działania sił norm alnych i sty czn ych na próbkę. Duża ilość k ulek uśredni w y n ik pracy ich działa­

nia. N a tej zasadzie, skonstruow ano przyrząd do badania ścieralności przedstaw iony na rys. 2 .

Pom iar odporności na ścieranie przeprowadza się w sposób następu­

jący: N a obracaną ręczn ie z szybkością 40 do 60 obrotów na m in utę w y ­ suszoną próbkę 1 , w ykonaną w postaci znorm alizow anego wzorca w alco­

w ego o średn icy 50 mm , zasyp u je się z określonej w ysok o ści 307 mm , licząc od dolnej kraw ędzi d yszy do osi w alcow ej próbki, sta low y śrut o średn icy ziarna 1 m m . W ym iary d yszy w ynoszą 8 m m długości. Ilość zsypanego śrutu jest stała i w y n o si 1,750 kg. M oże być rów nież użyta połow a tej ilości, a w ięc 0, 875 kg.

Badaną próbę su szy się w tem peraturze 150°C przez jedną godzinę.

Po jej o stygn ięciu na w o ln y m p ow ietrzu i zw ażeniu, przeprowadza się badania. O dporność na ścieranie oblicza się przy tej m etodzie ze wzoru

S % = G ~ — • 100

gdzie: G

S — ścieralność w %,

G — ciężar próbki przed ścieraniem w gram ach, G l — ciężar próbki po badaniu.

Badania jakości spoiw a iłow ego przeprowadza się w ten sposób, że m asę o określonej osnow ie (np. p łu k anego piasku k w arcow ego z K rze- szówka) m iesza się z dodatkiem 8 % badanego spoiw a iłow ego w zw ykłej laboratoryjnej m ieszarce krążnikow ej typu Sim pson przez 2 m in u ty i po dodaniu w ody, jeszcze przez 8 m inut. Po w ykonaniu m asy i przesianiu jej przez sito w yk o n u je się próbki w g znorm alizowanego, w zorca ( 0 50 i d ługości 50 mm). M ieszając zaw sze te sam e ilości głów n ych składników (osnow y i spoiwa) z różną ilością w ody, otrzym u je się szereg pun k tów które w yznaczają krzyw ą zależności ścieralności od zaw artości w ody w m asie. D la w yk reślen ia k rzyw ej ścieralności potrzeba w yk on ać od 6 do 7 m as o zaw artości w od y 2,5; 3; 4; 5; 6 i 7 %. Zawartość w od y po w y ­ konaniu m asy w inna być określona m etodą laboratoryjną.

T a b l i c a I Ścieralność m asy kwarcowo bentonitowej w zależności od zaw artości wody

w masie dla 8% bentonitu „Bb” i osnowie piaskowej z Krzeszówka Ś re­

zaw ar­dnia wodytość

Kolejny pom iar ścieralności

w i

Średnia arytm et.

ścieralności S %

Średnie odchylenie kw adratow e

s s

Średni błąd średniej

arytm.

5 0

Rzeczywista ścieralność

przy t = 4,3

Ścieralność obliczona ze w zoru S=8»,l- -e0,287W

1,0 45,7

1,5 39,7

2,0 34,4

2,5 28,9

3,0

26,5

25,9 0,51 0,29 1 2 24’6

27,2 25,8

25,5 25,8 3,7

22,2

22,2 0,8 0,56

M S j 21,2

23,0 21,4 4,2

17,4

~ 18,2 17,8 0,4 0,23 0,99 ¡ | j 18,4

17,8 5,1

14,7

14,6 0,23 0,163 0 7

u,/ 15,3 14,3

14,3 14,7 5,7

11,9

11,2 0,58 0,33 1 4

’ 12,6 11,3

10,9 10,9 6,7

9,0

9,0 0,25 0,14 O fi 8’4

0,6 9,6 9,0

8,7

1 ^9,2

Badania w yk azały, że ścieralność m asy zm ienia się bardzo znacznie ze zm ianą zaw artości w od y. D ośw iad czaln ie ustaloną zależność przedsta­

wia rys. 3, dla jednej syn tetyczn ej m asy b en ton itow ej. D ane liczbow e zestaw ion e są w tabl. I.

Skład m asy przedstaw ia się następująco:

p łu k any piasek z K rzeszów ka 92 % cięż.

ben ton it Bb 8 % „

10 0 % w oda od 2,5 do około 7 %

W ykres sporządzony został w oparciu o w yk on ane trzy k olejn e po­

m iary ścieraln ości (czyli na trzech próbkach).

Z ależności tej odpow iada funkcja

S % = a • e - b ■ w gdzie oznaczają:

S — ścieralność w %,

W — zaw artość w o d y w m asie przed su szen iem w %, a i b — stałe,

e — podstaw a logarytm u naturalnego.

N a podstaw ie trzech w yn ik ó w otrzym an ych dla określonej zaw artości w od y w m asie w yznaczono średnią arytm etyczną, średnie od ch ylenie k w ad ratow e oraz średni błąd średniej arytm etyczn ej w g wzoru

Dla p rzyjętego poziom u u fn ości 95 % i K = n — 1 = 2 zn ajd u jem y z tablic zm ienną standaryzow aną t = 4,3.

R zeczyw ista w artość ścieraln ości S będzie się w ów czas m ieścić w prze­

dziale ufn ości

Sg ■ t <\ & 5 Sg * t S = S -j— sg • t W yniki są podane w tab licy I.

Jak w idać z tabl. I i rys. 3 m etodę m ożna uw ażać za popraWną p onie­

w aż ch arak teryzu je ją zależność fu n kcyjn a a krzyw a teoretyczna prze­

biega dokładnie przez przedziały u fn ości pun k tów p om iarow ych przy poziom ie u fn ości 95 % to znaczy przy dość d użych w ym aganiach.

W zasadzie należałob y określić jeszcze rów nież przedziały u fn ości dla zaw artości w od y w m asie. W ten sposób dla każdego punktu pom iarow ego p rzedstaw iającego średnią ścieralność jako fu n kcję średniej zaw artości w od y istn iało b y pole b łędu w obrębie którego Winna przebiegać krzyw a.

Jednakże biorąc pod uw agę, że błąd oznaczenia zaw artości w od y w m asie m etodą laboratoryjną jest znikom o m ały, dla uproszczenia analizy, pom i­

nięto te obliczenia.

P rzeb ieg k rzyw ej w yk azu je, że m etoda ta jest bardzo czułą w' zakre­

sie zaw artości w od y w m asie, zw y k le stosow an ych do w ykonania form . Poza tym zakresem jest ona m ało czuła, ale n ie ma rów nież praktycznego zastosow ania.

W celu oznaczenia k ryteriu m istotn ości różnicy średnich w ielk o ści w ykonano po 1 2 pom iarów ścieralności na dw u m asach o różnych składach jednakow o p rzygotow anych w’ m ieszarce laboratoryjnej typ u Sim pson.

S k ł a d m a s y n r 1 przedstaw iał się n a st.:

p łukany piasek k w arcow y z K rzeszów ka glina Gsz III

d ek stryn y żółtej w ody

W łaściw ości m asy:

R wc = 0,68 k g/cm2 S k ł a d m a s y n r 2

p łu k any piasek k w arcow y z bentonit V6 a

90,00 % cięż.

8,00 % „ 2,00 % „

100,00 ^% 4,70 %

Rsr = 2,6 k g /cm2 P™ = 280 cmVG • m,„.

przedstaw iał się następująco:

K rzeszów ka 92,00 % cięż.

8,00 % „ w ody

W łaściw ości m asy:

R ew = 0,92 k g/cm2

100,00 % 4,50 %

p w = n o c m 4 / c m .n

W yniki pom iarów przedstaw ione są w" tabl. nr II.

T a b l i c a II Wyniki pomiarów ścieralności w %, obliczenie średniej arytm etycznej i średniego

odchylenia kw adratow ego dla mas n r 1 i nr 2 przy ilości śru tu 1,750 kg

M a s a nr 1 M a s a nr 2

L. p.

S % S — S (S - S)2 S % S — S

(s - sr

1 6,1 0,6 0,36 13,8 0,7 0,49

2 6,7 1,2 1,44 14,3 1,2 1,44

3 5,5

0,

4 5,4 0,1 0,01 12,5 0,6 0,36

5 5,5

o,

6 4,7 0,8 0,64 14,0 0,9 0,81

7 5,2 0,3 0,09 13,5 0,4 0,16

8 4,9 0,6 0,36 13,7 0,6 0,36

9 5,6 0,1 0,01 13,3 0,2 0,04

10 5,1 0,4 0,16 12,5 0,6 0,36

11 6,4 0,9 0,81 11,4 1,7 2,89

12 4,6 0,9 0,81 12,2 0,9 0,81

65,7 4,69 757,6 9,02

S = 5,5 S2 = 13,1

M asy w yk azu ją nast. w ielk ości liczbow e:

m asa nr 1 m asa nr 2 średnia arytm etyczn a Si = 5,5 % S2 = 13,1 % średnie od ch ylen ie kw adratow e s S t = 0,65 s S2 = 0,906 średni błąd średn. arytm etyczn ej s Si = 0,187 SS2 = 0,26 w skaźnik t = 24,2.

Z tab licy dla K = 22 w yn ika, że praw dopodobieństw o osiągnięcia t = 3,79 rów ne jest zaled w ie 0,001, a w ięc osiągnięcie w ielk o ści obliczonej t = 24,2 jest znikom o m ałe. Na tej podstaw ie m ożna stw ierdzić, że m etoda badania jest czuła i istotn ie określa ścieralność i różnice nie są przypad­

kow e, lecz istotne.

W p ew n ych przypadkach badania jakości, spoiw a iłow ego m oże się okazać, że pełna ilość śrutu 1,750 kg zasypanego na próbkę jest za duża i ścieralność bardzo w ysoka, co zdarza się przy słabych m asach. W yniki pom iarów , jak to w sk azu je charakter k rzyw ej będą w ty m przypadku bardzo m ało dokładne. Można w ted y zastosow ać połow ę ilości śru tu do przeprow adzenia badania ścieralności. W celu spraw dzenia p recyzji m eto­

dy w yk on ano pom iary przy p ołow ie i pełnej ilości śrutu na m asie nr 2.

W obu przypadkach w yk on ano serie po 1 2 pomiarów.

W yn ik i pom iarów p rzedstaw ione są w tab licy II przy pełnej ilości śrutu i tab licy III przy p ołow ie ilości śrutu.

T a b l i c a III Wyniki pomiarów ścieralności w %, obliczenie średniej arytm etycznej i średniego kw adratow ego dla masy n r 2 przy połowie znormalizowanej ilości śru tu 0,875 kg odchylenia kwadratow ego dla masy n r 2 przy połowie znormalizowanej ilości śrutu

0,875 kg

M a s a nr 2 L. p.

S % S — S

(s

1 7,8 1,4 1,96

2 7,2 0,8 0,64

3 7,0 0,6 0,36

4 6,0 0,4 0,16

5 F.l 0,7 0,49

6 6,7 0,3 0,09

7 6,0 0,4 0,16

8 6,3 0,1 0,01

9 6,0 0,4 0,16

10 5,8 0,6 0,36

11 5,8 0,6 0,36

12 6,3 0,1 0,01

S = 6,4 4,76

O trzym ano z obliczeń nast. w ielk o ści liczbow e:

przy pełnej przy p ołow ie ilości śrutu ilo ści śrutu średnia arytm etyczn a S'2 = 1 3 ,1 % S" 2 — 6,4 % średnie od ch ylen ie kw adrat. sS 2 = 0,906% SS 2" = 0 , 1 9 % średni błąd śred. arytm et. SS 2' = 0,26 % SS ." = 0,657 % N ależy w ty m przypadku spraw dzić, czy duże w artości w ariancji V różnią się m ięd zy sobą w sposób istotn y, czy zaobserw ow ane różnice m ają charakter przypadkow y.

Stosunek w ięk szej w arian cji do w arian cji ilościow o m n iejszej w y n o si Vj 9,02

F = — = —— = 1,88 V2 4,76

Dla K 1 = K 2 — 11 interpolując dane z tablic zn ajd u jem y w ielk ości (2,23, 2,82 i 4,47) z k tórych w idoczne jest, że praw dopodobieństw o osiąg­

n ięte w w arunkach dośw iadczenia jest duże (ponad 0,10). Znaczy to, że zm niejszen ie ilości śrutu do p ołow y nie pociąga jeszcze za sobą zm n iejsze­

nia p recyzji m etody. D alsze zm niejszen ie ilości zarów no ze w zględ u na dokładność pom iaru jak i ze w zględ u na oszczędność czasu je st n ie po­

trzebne.

W reszcie n ależy spraw dzić w jakim stopniu na w y n ik i pom iarów w p ływ ają w arunki przygotow ania m asy, to je st jakość jej w ym ieszan ia.

W ty m celu pobrano m asę z od lew n i w ym ieszan ą łopatam i i zbadano jej ścieralność przy p ołow ie ilości śru tu w' stan ie pobranym i po d odatkow ym przem ieszaniu w m ieszarce laboratoryjnej przez 15 m in ut. Skład m asy nr 3 b y ł następujący:

obiegow a m asa naturalna z m iel. w ę g le m 70 %

nat. piasek form iersk i 30 %

w łaściw ości b y ły następujące:

Rcw = 0,37 K g/cm2 Rcs = 2,8 K g/cm2 P w = 65 cm 4/G • m in. W = 7,8 % W yniki pom iarów zestaw ion e są w tab licy IV.

T a b l i c a IV Wyniki pomiarów ścieralności w %, obliczenie średniej arytm etycznej i średniego

odchylenia kw adratow ego masy kwarcowo iłowej pobranej z ruchu i po przemieszaniu w laboratoryjnej mieszarce krążnikowej przy ilości śru tu 0,875 kg

Masa w ruchu Masa po dodatkowym przem ieszaniu L. p.

S % S — S

(s

sy

(s

sy

1 11,3 0,3 0,09 8,9 1,6 2,56

2 11,4 0,4 0,16 9,5 2,2 4,84

3 8,9 2,1 4,41 8,1 0,8 0,64

4 13,6 2,6 6,76 6,2 1,2 1,21

5 8,4 2,6 6,76 7,0 0,3 0,09

6 8,4 2,6 6,76 6,8 0,5 0,25

7 20,9 9,9 98,01 6,7 0,6 0,36

8 11,6 0,6 0,36 6,4 0,9 0,81

9 9,0 2,0 4,00 6,5 0,8 0,64

10 9,9 1,1 1,21 6,5 0,8 0,64

11 10,6 0,4 0,16 8,4 1,1 1,21

13 8,7 2,3 5,29 7,0 0,3 0,09

132,7 133,97 88,0 13,34

Z obliczeń otrzym ano nast. w ielk ości liczbow e:

m asa przed masa po p rzem ieszaniem przem ieszaniu średnia arytm et. S 3' = 11 % S3" — 7,3%

średnia odchyl, kwadr. SS 3' — 3,49 s S a" = 1,21 średn i błąd średn. arytm . sS 3' = 1,00 sS s" = 0,35 O bliczony w skaźnik t = 3,57.

Jak w yżej z tablic w yznaczon y w skaźnik t dla K — 12 + 12 — 2 = 22 w y n o si 2,07.

Obie w różny sposób p rzygotow ane m asy różnią się w sposób istotn y i osiągn ięcie t = 2.07 przy 95 % u fn ości jest m ało prawdopodobne.

Stąd m ożna stw ierd zić, że sposób m ieszania ma w ielk i w p ły w na w y ­ nik i zaobserw ow ane różnice nie są przypadkow e. Chcąc określić jakość spoiw a iłow ego n ależy dokładnie przygotow ać m asę. M etoda ta jest na ty le czuła, że różnice w y c h w y tu je.

Na rys. 4 p rzedstaw ione są k rzyw e ścieralności w zależności od zaw ar­

tości w od y dla m as o składzie: 92 % cięż. płuk. piasku z K rzeszówka, 8 % bentonitu V 6 a pochodzącego z bieżą­

cych dostaw.

Stała a waha się dla tych d ostaw w granicach od 189 do 595 i b w gra­

nicach od 0,775 do 0,674.

Drogą porów nania w yn ik ó w ścieralności z zaob serw ow an ym i osiąg­

nięciam i w ruchu, dało się u stalić, że m asa przy u stalonych param etrach badania, w ykazująca u b ytek m n iejszy lub rów ny 15 % spełnia zadanie w n ajtrud n iejszych w arunkach. Masa w ykazująca ścieralność w iększą niż 25 % n ie pow inna być w ogóle stosow ana, p rzynajm niej przy odlew aniu staliw a. P rzy od lew an iu do form w ilg o tn y ch żeliw a, k ryteriu m to może być praw dopodobnie nieco złagodzone o 50 % tj. odpow iednio do 22,5 % i do 37,5 % w zależności od ciężaru odlew u.

Prosta rów n oległa do osi od ciętych a odpow iadająca ścieralności 15 % (rys. 4) w yznacza na k rzyw ej ścieralności pew ną zaw artość Wody, charak­

terystyczną dla każdego spoiw a iłow ego. Tę zaw artość w od y oznaczam y przez W s .N iższa zaw artość w od y pow oduje m niej lub w ięcej szyb k i w zrost ścieralności, od w rotn ie — w iększa zaw artość w od y niż Ws pow oduje obni­

żenie ścieralności zgodnie z podanym p rzebiegiem krzyw'ej — jak w idać już m niej g w ałtow n ie.

Dla dokładnego scharakteryzow ania spoiw a w yk on u je się rów nocześ­

nie badania, ob ejm ujące ok reślen ie w p ły w u zaw artości w od y w m asie na

r w i p w (Ty S _5 ) Z awartościom w od y W m , W p i W s odpow iadają odpo­

wiednie w ytrzy m a ło ści Rcwm , R cwp i Rcws. Zaw artości w ody jak i odpo­

wiadające im w ytrzym ałości m ożna odnieść do jedn ostk i spoiw a w masie.

Jeżeli zaw artość w od y W s jest w iększa od zaw artości w od y odpow ia­

dająca m aksym alnej przepuszczalności w ów czas spoiw o to m oże m ieć za­

stosowanie ty lk o do w yk on ania form od lew an ych na sucho. P rzeciw nie, jeśli jest m niejszą, m oże być zastosow ana do w ykonania form odlew anych na w ilgotno. Ponadto, je żeli ścieralność przy zaw artości w’ody W p jest znacznie niższa od u stalonego 15-procentow ego kryterium , istn ieje m ożli­

wość zastosow ania w m asie m n iejszej ilości spoiw a.

N ależy w końcu zw rócić uw agę, że zaprószenia i zapiaszczenia p ow sta­

ją podczas napełniania form ciek ły m m etalem a w ięc, w tem peraturach w yższych , niż przy których przeprowadza się badania. Jednak m asy, które w yk azu ją dużą ścieralność w tem peraturze pokojow ej, nie są odporne rów nież na działanie strugi m etalu.

4. C harakterystyka n iektórych sp oiw iłow ych

Na rysunkach 6 , 7, 8 , 9 i 10 przedstaw iono w y n ik i badań różnych sp oiw iłow ych dla osn ow y z płukanego piasku kw arcow ego z K rzeszów ka.

Z aw artości spoiw a b y ły zaw sze, sta łe i w y n o siły 8 % cięż. Na poszczegól­

n ych w yk resach podano w łaściw o ści tech niczne R cw, Rcs, R rs, S i P w w za­

leżn ości od w zględn ej zaw artości w o d y w m asie.

Tem peratura suszenia m as w y n o siła 150°C, a czas suszenia jedną go­

dzinę.

K olejn e w y k resy przedstaw iają w y n ik i badań spoiw a iłow ego:

GSZ-III — z Jaroszowa,

C2 — naturalny i n ieu szlach etn ion y b en ton it z C hm ielnika, O — b en ton it pochodzenia w ęgiersk iego,

V6 -a — bentonit pochodzenia jugosłow iańskiego, M 56 — super b en ton it pochodzenia ju gosłow iańsk iego.

W ielkość liczbow a w śk aźn ików tech nicznych R cwm , R cwp oraz odpo­

w iadająca im w zględn a zaw artość w od y w m asie, przeliczona na jednostkę spoiw a w m asie, p rzedstaw ione są w tabl. V.

T a b l i c a V Wielkości liczbowe wskaźników technicznych R™ m i R™p oraz odpowiadająca im

względna zawartość wody w masie przeliczona na jednostkę spoiwa w masie Oznaczenie

spoiwa ^{T¿r W m}

__ 771

— r

Rc Wm / 1%

KG/cm2

K p = Wp l

W r c p / n KG/cm2

Gsz-UI 0,34 0,067 0,45 0,04

C 2 0,33 0,154 0,45 0,10

O“ 0,33 0,116 0,45 0,10

V6-a 0,45 0,141 0,57 0,11

M 56 super 0,46 0,148 0,57 0,11

M inim alna w zględn a zaw artość w od y w m asie W s, która zabezpiecza ścieralność m niejszą lub rów ną 15 % (przy pełnej ilości śrutu) przedsta­

w iona je st w tabl. VI. Z auw ażyć tu m ożna, że przy zaw'artości 8 % spoiwa w m asie, spoiw o M 56 super w ym aga p ołow ę ilości w o d y niż G SZ-III dla zabezpieczenia ścieralnśoci m n iejszej lub rów nej 15%.

Spoiw o V6 -a i O można zaliczyć do jednakow ej klasy jakości. Spoiwo C2 jest ścieralnością zbliżone do GSZ-III.

Ścieralność S przy zaw artości w od y W p w m asie przedstaw iona jest w tab licy VII. Z tab licy tej w idać w yraźn ie, że spoiw a o ch arak terystyce M 56 super, V6 -a m ogą być stosow ane do w ykonania form odlew anych na w ilgotn o. Spoiw a M 56 super m ożna u żyć w m niejszej ilości niż 8 % ponie­

w aż tak duża odporność na ścieranie n ie jest konieczna. P ozostałe spoiw a T a b l i c a VI

M inimalna względna zawartość wody w masie, która zabezpiecza ścieralność

m niejsza lub rów na 15%

Oznaczenie

spoiwa w s W,

Ks = —s

l

Gsz-III 6,0 0,75

C 2 5,2 0,65

O“ 4,2 0,53

V6-a 4,1 0,50

M 56 super 2,8 0,35 |

O, C2 i G S,-III m ogą być stosow ane tylk o do form odlew anych na sucho, przy czym ilość w od y w m asie m u si b yć pow iększona tak, aby ścieralność m asy nie b yła w ięk sza niż 15 %, o czyw iście do takiej ilości która pozw oli jeszcze na form ow an ie (odw zorow anie m odelu).

T a b l i c a VII Ścieralność S przy WD (zawartość wody odpowiadająca m aksymalnej

przepuszczalności)

Oznaczenie

spoiwa Wp 3i S % Przeznaczenie

Gsz-III 3,6 38,0 na sucho

C 2 3,6 26,0 na sucho

„O“ 3,6 21,0 na sucho

V6-a 4,6 10,5 wilgotno

M 56 super 4,6 3,0 wilgotno

W ielkości liczbow e, są średnią z trzech pom iarów jednej tylk o próby danej odm iany spoiw a, w ięc nie charakteryzują przeciętną jakość danej odm iany, a podają raczej ch arak terystyczne w łaściw o ści pew nej w ybranej odmiany. Szczegółow a ch arak terystyk a badanych spoiw przedstaw ia się następująco:

Spoiw o iłow e GSZ-III z Jaroszow a (rys. 6 )

)

G lina ta charakteryzuje się stosu nk ow o n isk im i w łaściw ościam i. I tak:

ścieralność — poniżej 15 % m ożna przy badanej ilości spoiw a w m asie otrzym ać dopiero znacznie pow ‘yżej 6 % zaw artości w ody, co odpowiada stosu nk ow i w od n o-iłow em u K s = 0,75. W ytrzym ałości jedn ostk ow e są bardzo niskie: Rcwm = 0,06 K g/cm 2, Rcwp = 0,04 K g/cm 2/ l %, Rcws = 0,01 K g/cm 2/ l %.

M oże być stosow ana ty lk o do w yk on ania form od lew an ych na sucho przy w ięk szej zaw artości spoiw a i zastosow aniu p ow łok i ochronnej, zabez­

pieczającej osyp yw an ie się m asy, albo przynajm niej przy p ow ierzch nio­

w ym zw olżen iu m asy do zaw artości w o d y w m asie p ow yżej 8 % (przed suszeniem ).

W ychodząc z m ak sym aln ej przepuszczalności, m asa o w ytrzym ałości RC'M = 0,46 do 0,53 K g/cm2 w inna zaw ierać w przybliżeniu:

piasek p łu k any kw arcow y z K rzeszów ka 1,255 89 do 87% cięż.

„ TTT _ 0,46 ; 0,53 1o0,

GSZ-III i 11 do 13 /o ..

0,04 0,04

zaw artość w od y w m asie w inna w yn osić w granicach 5 do 6 %, na po­

w ierzch n i od 8 do 1 0 %.

Spoiw o iłow e C2 charakteryzuje się rów nież niezbyt w ysok im i w ła ści­

w ościam i. Jej cechą ch arak terystyczną jest bardzo w ysok a w ytrzym ałość na w ilgotn e, g w ałtow n ie m alejąca przy p ow ięk szan iu zaw artości w od y w m asie (rys. 7). W ykazuje ona S niższą niż 15 % przy zaw artości w od y

w s

w m asie p ow yżej 5,2 % K s = — = 0,65, co odpow iada stosu n k ow i w odno- -iłow em u .

W ytrzym ałości je d n o stk o w i w ynoszą:

Rcwm /\ % = 0,154 k g/cm 2, R cwp /1 % = 0,10 k g /cm 2, R cws 1 % = 0,08 k g/cm2 M asy ze w zględ u na to, że m uszą zaw ierać dość znaczną ilość w od y dla zabezpieczenia przed zaproszeniam i i zapiaszczeniam i nadają się do odlew ania na sucho lub w stanie podsuszonym z zachow aniem w szelk ich ostrożności.

Spoiw o iłow e O (rys. 8 )

Cechą ch arak terystyczną tego spoiw a jest rów nież w ysok a w y tr zy ­ m ałość w stanie w ilgotn ym , gw'ałtownie m alejąca przy w zroście zaw ar­

tości w od y (rys. 8 ).

Ścieralność poniżej 15 % m ożna uzyskać w tej m asie przy zaw artości w od y p ow yżej 4,2 %, co odpow iada stosu n k ow i w o d n o-iłow em u K s = 0,53.

P rzy zaw artości w od y K m — 0,33 ścieralność w yn o si 24%, a przy K p =

= 0,45 ścieralność w y n o si jeszcze 21 %.

O dpow iednie w ytrzym ałości w ynoszą:

Rcwm/1 % = 0,116 k g/cm 2, Rcwp / l % = 0,10 k g/cm 2, Rcws / l % = 0,09 k g /cm2 Spoiw ó to w yk azu je ograniczoną dopuszczalność ścieralności 15 % przy zaw artości w od y p ow yżej K s = 0,53 w ięc raczej nadaje się do w y k o ­

nania form od lew an ych na sucho lub w stanie podsuszonym z zachow a­

niem odpow iednich ostrożności. M oże być stosow an e w yk on anie form od lew an ych na w ilg o tn o przy ilości spoiw a w’iększej niż 8 %. Przy zawar­

tości 8 % spoiw a, zaw artość w od y na pow ierzchni nie może być m niejsza niż 5,5 %.

Spoiw o iłow e V6 -a (rys. 9)

Spoiw o to odróżnia się od poprzednich w łaściw ościam i m echaniczny­

mi. W ytrzym ałość na ścisk anie tej m asy w stanie w ilg o tn y m ze w zrostem zaw artości w od y łagodnie się obniża. Ścieraln ość m niejszą niż 15% u zy­

sk uje się przy zaw artości w od y 4,1%, co odpow iada K s = 0,51. Ścieralność p rzy K p = 0,57 rów na się 10,5%, a przy K,„ = 0,45 w yn o si 20%. Spoiw o to d latego szczególn ie nadaje się do w ykonania form od lew an ych na w il­

gotno. Jest ono ek on om iczn iejsze od poprzednich, gdyż Rcws jest w ięk sze niż Rcwp, cz y li bliżej położone m aksym alnej w ytrzy m ało ści Rcwm niż Rcwp.

Spoiw o M 56 super (rys. 10)

C h arakteryzuje je przede w szystk im poza w ysok ą w ytrzym ałością w stan ie w ilg o tn y m w ysok a odporność na ścieranie. Z tego pow odu m oże m ieć zastosow anie do w yk on ania form przede w szystk im od lew an ych na w ilgotn o n aw et na bardzo ciężk ie od lew y. Ilość spoiw a w' m asie m oże być znacznie niższa niż 8 %, jeżeli nie jest w ym agana zbyt duża odporność na ścierania.

5. W nioski

1. O pracowana m etoda badania ścieralności przy dokładnym w y m ie­

szaniu m asy oraz przy stałych ok reślon ych w arunkach badania, pozwala ocenić bezpośrednio m asę, a pośrednio spoiw o pod w zględ em odporności na działanie stru gi m etalu i jego tem peraturę.

2. W yznaczona na drodze praktycznej ścieralność m niejsza lub równa 15% przy pełnej ilości śrutu 1,750 kg i 7,5% przy p ołow ie ilości śrutu 0,875 kg m oże b yć p rzyjęta jako' kryterium jakości spoiw a które zabezpie­

cza o d lew sta liw n y przed zan ieczyszczen iem m asy w postaci zaproszeń i zapiaszczeń.

3. Ścieraln ość zależy od zaw artości w ody w m asie i w yraża się fu n k ­ cyjną zależnością S = a • e ~ bw.

4. P rzy założonej m ak sym aln ej ścieralności (15 % dla od lew ów sta­

liw n ych ) m ożna dla każdej odm iany spoiw a w y zn aczyć charakterystyczną dla n iej m inim alną zaw artość w ody, która zabezpiecza od lew przed zapró­

szeniem i zapiaszczeniem . Jeżeli zaw artość w od y tu jest niższa od tej która daje m ak sym aln ą przepuszczalność, spoiw o m oże być u żyte do w ykonania fo rm o d lew a n ych na w ilg o tn o — w p r z e c iw n y m p r z y p a d k u ty lk o na sucho i p r z y zaw artości w o d y W s> która zabezpiecza ścieralność m aksym alną 15 % p rzyn ajm niej w w arstw ie p rzym odelow ej lub pow ierzchniow ej.

prędkości kulek stalowych t opadających na badaną próbkę.

R y s . 2. Sch e m a t y c z n y szkic przyrządu do pomiaru ścieralności

% -przedziały ufności przy poziome9 5 1 + - p u m y wyliczone ze wzoru ¿>xÓUlO-l

~ iS’/e -toue Kryterium jakości

R ys.3 . Upływ zawartości wody w masie przed suszeniem na ścieralność po suszeniu.

zauarłośc uodij '

Rys.4.Ścieralność masy kuarcouo-iłcwej u zależności od zcuańości uody dla S / i cięż.

benfonitu / 6 -a z różnych dostau 2 0 &9, 2 4 0 6 ,2567, 266T przy ptuk. p. kuarc.

z Krzeszótika.

G m n X;

9o kG

16o ño Q8

/¿O 7o- 07 12o 6 o Q6 loo 5o- Q5- fio _{4o- 0¡c}

6o- 3o 03- 4o 2 o- Q2 2o lo- qi- o-. 0.. 0

_ Kryterium 15/* ścieralności

í 2 Km3 Ws 4KP

Rys.5. Schematyczne przedstouiona zależność R /, P w i S od zc/uortosct nody u masie kuarcOHO-itouej.

110

100

90

80-

70-

60-

50-

40-

30-

20-

10-

0. ---1---1---1---1--- 1---1---1---1---1---r

1 2 3 4 5 6 7 8 %

zawartość wody

W S S S W

sci w o d y w masie na R , H , fi , S » P dla gliny ogniotrwałej Gsz-III C I* c

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

O

S S

i

1 2 3 4 5 6 7 8

Zawartość wody w %

7» !Ypł,yvv zawartości w o d y w masie na Rw „ R a , R'% 5°, P*V ¿la bentonitu C2 z Chmielnika

c r c

i

92% cięż' pł. p. kw arcow y z K rzeszo w ska 8 % „ C 2 ” 5 R S R n

KO/cm2 KG/cm2

5,0 r 1 , 0 r

Bad. 1980 w „s T,s „s . _w

R y s ® 8® "Wpływ zawartości w o d y w masie n a R 9 R , R , 3 i P dla bentonitu węgierskiego "O"

C O I*

s

% ^kg/cm2 bent. „ 0 ” _8_

100 %

Bad. 1990

Chłonność: 2 3 6 % l. ko lo id . 23 %

120

110-

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

O

5 6 7

zaw artość wody w %

v/ s s s W

yw zawartości wody w masie na R „ R , R'", 3", P dla bentonitu V6-a

C C I*

8% c ięż. V6-a

730

120

1 1 0.

100

90

80

70-

60

50-

40

30

20

10

O

zawartość wody w %

R y s . 10. W p ł y w zawartości wody w masie na R , R ® , R s , 3 S , P w dla bentonitu M-56 super

C C I *

pS p"

Cr HC KG/crri* KG/cm2 6,0- 1,21

Super