Zależność przewodności cieplnej wybranych mas formierskich od
temperatury
Odlewnictwo metali i ich stopów obejmuje szereg technologii, jak grawitacyjne
odlewanie do form trwałych lub półtrwałych, odlewanie pod ciśnieniem, odlewanie do
form wirujących, odlewanie ze stanu stało-ciekłego, w próżni, etc. Jednak najstarszą
i dotychczas powszechnie stosowaną metodą jest grawitacyjne odlewanie do form
ceramicznych, najczęściej wykonanych z mas formierskich na osnowie piasku
kwarcowego, związanego dodatkiem różnego rodzaju spoiw naturalnych (gliny) bądź
syntetycznych (żywice). Obecnie opracowane programy komputerowe umożliwiają
numeryczne analizowanie procesów technologicznych. Jednakże narzędzia te
wymagają znajomości pewnych parametrów wejściowych, spośród których ważna
grupę stanowią termofizyczne właściwości masy formierskiej i ich zmienność wraz ze
zmianą temperatury nagrzewanej ciepłem odlewu formy. Szczególnie ważne jest
wyznaczenie zmienności współczynnika przewodzenia ciepła wilgotnej masy
formierskiej w pierwszym okresie jej nagrzewania i odparowywania oraz transportu
pary wodnej w głąb formy. Wykonane w ramach pracy badania wykazały, iż w tym
okresie współczynnik przewodzenia ciepła jest co najmniej dwukrotnie większy niż dla
masy suchej, co ma istotny wpływ na kształtowanie pierwotnej struktury
po-wierzchniowej warstwy odlewu. Konfrontacja wyników eksperymentów fizycznych
z modelowaniem numerycznym wykazała, iż jedynie zastosowanie równań
tempera-turowej zmienności właściwości termofizycznych masy formierskiej wyznaczonych
w ramach pracy zapewnia dużą zgodność wyników modelowania numerycznego
z wynikami pomiarów eksperymentalnych.
Thermal conductivity temperature dependence of selected moulding sands
Casting technology of metals and their alloys uses many techniques, these are for
instance: gravity casting into permanent or semi-permanent moulds, pressure die
cast-ing. casting into rotating moulds, semi-solid casting, squeeze casting, etc. The oldest
one and commonly used up-to-day is the method of gravity casting into ceramic
moulds, mostly made from sands with silica quartz matrix. These moulds are bonded
mainly with natural binders, e.g. bentonite, synthetic resins or water glass. Today
computer programs give possibility of numerical analyses of the technological
processes. The numerical algorithms require introducing the proper boundary
conditions, e.g. the temperature relationships of the mould material thermophysical
properties, mainly the thermal conductivity, heat capacity and mass density. A special
attention should be focused on thermal conductivity of the wet mould during the first
period of heating caused by cooling and solidifying casting, connected with water
evaporation and the transport of water vapour into the mould body. The research
made during the project showed that in this period the thermal conductivity value of
the mould material is approximately twice of the value of the dry mould. There is no
doubt, it has a significant influence on shaping structure and properties of the surface
layer of the solidifying casting. Comparing results of the physical experiments with
numerical simulation clearly showed, that only introducing equations of temperature
dependencies of the sand mould thermal properties allowed obtaining high degree
consistency between design and experiment values.
