Urządzenie do określania skurczu liniowego metali

Z E S Z Y T Y N A U K O W E POLI TE CH N IK I Ś L Ą SK I EJ

Seria: M E C H A N I K A z. 56 N r kol. 437

_ _ _ _ _ _ _ _ 1 9 7 5

T a d e us z WARCHALA, T a d e us z WACHELKO, M a r e k S ł a wo mi r SOlNSKT

Instytut Te ch no l o g i i Metali P oli t ec hn ik i Cz ęstochowskiej

U R Z Ą D Z E N I E D O O K R E Ś L A N I A S K U R CZ U L I N I O W E G O ME TALI

S t r e s z c z e n i e . W ar ty ku le p rz ed s t a w i o n o p r z y r z ą d do o k r e ś l a n i a pr z eb ie gu i w i e l k o śc i skurczu li ni o we go m et al i . O p i s a n o s p os ób p r z e ­ p r o w a d z a n i a pomi ar u oraz po dano p r z y k ł ad y z a s to s ow an ia przyr z ąd u.

1. Zagad ni en i e sku r cz u o d l e wó w

Z na jo mo ś ć p rz eb i eg u skurczu li niowego w proc es i e k r z e p n i ę c i a i st yg ­ n i ę c i a me tali i jego w i e l k o ś ć jest b a rd z o w a ż n a przy o p r a c o w y w a n i u te c h­

n olo g ii w y k o n a n i a odlewów. Najogólniej b i or ąc skurcz m e t al u st yg ną c e g o w formie odlewniczej m o ż n a p o d z ie li ć n a trzy etapy: skurcz w s tanie ciekłym, skurcz w czasie k r z e p n i ę c i a i skurcz w stanie stałym. W o d n i e s i e n i u do stanu ci ek ł e g o r o z w a ż a się w y ł ą c zn i e pojęcie skurczu o b j ę t o śc io w eg o. W o- kresie k r z e p n i ę c i a o dlewu ma my do c z y n i e n i a z tzw. s k u r c z e m k r z e p n i ę c i a ( s p o wo d ow an ym n i e c i ą g ł ą zmian ą g ę s to śc i przy pr ze jściu ze stanu ciek ł eg o w stan stały), r o z p a t r y w a n y m jako skurcz ob ję t o ś c i o w y i ze s k u r c z e m ( w s t a ­ nie stałym) za krzepniętej zewnętrznej w a r s t w y odlewu. S k urcz tej w a r s t w y meta lu p ow od u j e z mn i ejszenie w y m i a r ó w odlewu i r o z w a ż a się już jako skurcz liniowy. D al s zy etap skurczu to skurcz (w stan ie stałym), c a ł k o w i ­ cie z ak rz e p n i ę t e g o odlewu, p o w o d u j ą c y dalsze z m n ie j sz en ie jego wy miarów.

W s t o p a c h żelaza, u l e g a j ą c y c h podczas s t yg ni ęc i a p rz em i a n i e p e r l i t y c z n e j , skurcz w s t anie s ta ły m dzieli się na skurc z w z akresie t e m n e r a t u r powyżej p r z e m ia ny perlitycznej (tzw. skurcz d o p e r l i t y c z n y lub p r z e d p e r l i t y c z n y ) , p o w i ęk s ze ni e w y m i a r ó w odlewu podc za s p rz e m i a n y J — cc i skurcz w zakresie t em pe r a t u r o d p r z e m i a n y y — cfdo t e mp e r a t u r y pokojowej, W żeliwie k r z e p n ą c y m jako szare w y s t ę p uj e ponadto zwię k sz en ie w y m i a r ó w odlewu p o dc za s krz ep n ię ­ cia, s po wodowane w y d z i e l a n i e m się grafitu. Zjawisko to o k re śl a się jako tzw. r o zs z er ze ni e pr ze d s k u r c z o w e . W i e l k o ś ć p o s z c z e g ó l n y c h e t a p ó w skurczu i c a ł k ow i ta jego w a r t o ś ć jest związana, z pr oc esami p r ze bi e g a j ą c y m i pod cz as s ty gn i ę c i a odlewów. P r z yk ła do w o m oż na podać k i l k a zależności: wi el ko śc i r oz sz e r z e n i a p r z e d s k ur cz ow e go przy k r z e pn ię ci u że liwa od ilości grafitu w y d z i e l o n e g o podczas kr z ep n i ę c i a [ l - 3 ] , a w związku z t y m od gru b oś ci ścianki odlewa •4j i su my z aw ar to ś ci C + Si [5], związku z a c h od zą ce g o p omiędzy w a r t o ś c i ą skurczu d o p e r l it yc zn e go lub c ał ko w it eg o z w y t r z y m a ł o ­ ścią i t w a r d o ś c i ą żeli wa [2,6,7], czy wp ływu zawar to ś ci siarki w żeliwie

116 T a d e u s z W a r c h a l a i i n n i

na p r z e b i e g skurczu [ 8 ] . Anal i zo wa ni e k r z y w y c h p r zebiegu skurczu w fu n k­

cji czasu s ty g ni ęc ia odlewu może s łużyć do oceny jakości że liwa [5,9].

P r z y b l i ż o n a w i e l k o ś ć c ał k ow it eg o skurczu l in iowego mo że być o k re ś lo ­ na w w a r u n k a c h p rz em y s ł o w y c h przy użyciu prób t e c h n o l og i cz ny ch jjO,1lJ. W szeregu prac opisano urządzenia, które um oż l i w i a j ą określenie nie t y l ­ ko całkowitej w ie lk o ś c i skurczu liniowego, ale także i śledzenie procesu p rz ebiegu skurczu od mome nt u ro zp oc z ę c i a się k rz ep n i ę c i a metalu w formie do jego o s ty gn i ęc ia do t em p er at ur y pokojo we j . Ogólnie biorąc badan ia ta­

ki e pole g aj ą n a w y k o n an iu odlewu w k sz tałcie pręta, w którego k o ń c a c h za­

t op io ne są wkła d ki met al o we lub kwarcowe, połączone z u k ł a d e m re je st r u j ą ­ cym. Zmiana długości odlewu podc z as stygni ę ci a powodu.le p r ze mi eszczenie wkładek, które może być r ej es trowane pr zy użyciu c z uj n i k a zegarowego, w z g l ę d n i e prze tw a rz an e na w i e l k o ś c i elekt ry c zn e prz y użyciu układu tenso-

m etryc z ne go [

1

1 2

mo c ą u k ła d u optycznego, me ch anotronu i prz y zastosowaniu i n d y k a t o r a . W p u ­ b li ka cj i tej prz e ds ta wi o no równ ie ż o pr a co wa ne w I nstytucie Odle w ni ct wa A G H ur z ąd ze ni e do pomia ru skurczu l in i owego metali. J e d e n z a u t o r ó w [

15

2. Opis ur z ąd z e n i a

Zbudowane w I ns ty tu c ie Techno lo gi i Metali Politechniki Częstochowskiej u rz ąd ze n ie do o kr eś l an ia p rz ebiegu i pomiaru wi el k oś ci skurczu liniowego m etali p r z e d s t a w i a rys. 1. Zasada d z i a ł a n i a u r z ą d z e n i a sprowadza się do c ią gł eg o p rz e tw a r z a n i a wi el k oś ci zmiany długości odlewu podczas jego styg­

n i ę c i a n a w i e l k o ś c i elektrycznej pr ze tw ar z an ie to n a s t ę p u j e - w czujniku in­

dukcyjnym; p r a c u j ą c y m w u kładzie t r an s f o r m a t o r a różnicowego. Zmiana d ługo­

ści odlewu, p r ze tw a r z a n a n a w i e l k oś c i elektryczne, jest r e je s tr ow an a w s posób c ią gł y n a w s p ó ł p r a c u j ą c y m z c z u j n i k i e m przyr zą d zi e re j es tr uj ą cy m, produkcji ZSRR typu DS1-03- Urządze ni e pom ia r ow e skła da się z niedziele - nej f o r m y odlewniczej (l), cz uj n i k a i n d u kc y jn eg o ( 8 ) i p r z y r z ą d u r e j e s t r u ­ jącego ( 1 0 ) . P r ze pr o wa dz en i e b a da ni a skurczu l in i owego skła d a się z nast ę pu ­ j ąc yc h c zynno ści i

- w y k o n a n i a f o r m y odlewniczej, - z a i n s t al ow an i a czujnika, - zal an i a f o r m y c i e k ł y m metalem,

- int er pr e ta cj i ot r zy m a n y c h k r z y w y c h stygnięcia.

W celu w y k o n a n i a fo rm y odlewniczej do ni e dz ielonej skrzynki formierskiej poprzez otwór w bocznej krótszej ściance w k ł a d a się m odel met a lo wy (pręt 0 30 mm), w którego koniec jest w k r ę c o n y pręt (6 »wykonany z ze3» za armoo.

Pręt ten, poprzez specjalnie w y c i ę t y o t wó r w przeciwległej ściance, w y -

U r z ą d z e n i e d o o k r e ś l a n i a s k u r c z u . . 1 1 7

Rys. 1. Urząd ze ni e do b a d a n i a skurczu l in iowego

1 - forma, 2 - n adstawka, 3 - fi lt r ceramiczny, 4 - z amknięcie formy, 5 - o d l e w próby, 6 - pręt z że laza armco, 7 - p od st a w a czujnika, 8 - czujn ik i nd uk cy j ny w uk ł ad z i e t r a n s f o r m a t o r a różnicowego, 9 - śruby u n i e r u c h a m i a ­

jące o d l e w próby, 10 - r e j e s t r a t o r skurczu (przyrząd D S 1-03)

staje poza skrzynkę. Na st ę p n i e w k r ę c a się stożkowo zakońc z on e śruby (9), p rz yk r ęc on e do d ł u ż s z y c h b o c z n y c h ścianek skrzynki, tak, że swymi s t oż ko ­ wymi zak o ńc ze ni a mi w c h o d z ą one w o t wo r y w y c i ę t e w modelu metalowym. Po u- m ie sz c ze ni u n a pręc ie 0 30 m m m odelu u kł a du w l e w o w e g o p r zy st ę pu je się do formowania. P 0 zakoń c ze ni u tej c z ynności w y j m u j e się z f o r m y model układ u wlewowego, o d k r ę c a śruby (9) tak, a b y było możliwe w y j ę c i e z f or ny mode lu p rę ta 0 30 mm. Pręt t en w y jm uj e się z formy p o cz ąt ko w o pop rz ez obracanie nim, a n a s t ęp ni e w y s u w a się go. Ostrożne ob ra canie m odelem, przy ró wnocze­

snym u n i e r u c h o m i e n i u p r ęt a (6), z a p ew n ia po zo st a wi en ie tego pręta w f o r ­ mie. Po w y j ę c i u mode lu z formy g w i n t o w a n a k o ń c ó wk a (6) tkwi we w nę c e f o r ­ my. Kolejną, cz yn n o ś c i ą jest dokręc e ni e śrub (9) do takiego położenia, jak przy formowaniu, a by końce i c h z n a j d o w a ł y się we w nę ce formy. Formę zamy­

ka się z a m k n i ę c i e m (4), do u k ł a d u w l e w o w e g o zakłada się f i l t r cerami cz n y (3), a n a s t ę p n i e u s t a w i a się n a d s t a w k ę (2). Do wy st a j ą c e g o poza f ormę prę­

ta (6) do st a w i a się c z u j n i k (8). Po w ł ą c ze ni u przyrządu rejestr uj ąc e go (10) formę z al ew a się c i e k ł y m metalem. W j e d n y m końcu odlanej pr ó by zosta­

je z a t o p i on y pręt (6), drugi k oniec próby jest u n i e r u c h o m i o n y w formie aruhwii (9). Zarówno r oz sz e r z e n i e pr ze ds k ur cz ow e j ak i pó źn i e j s z y skurcz próby .rzerorzens są ue oewnątrz f or my za p o ś r e d n i c t w e m p rę ta (6) i w y w o ­

1 1 8 T a d e u s z W a r c h a l a i i n n i

łują p r ze m ie sz cz e ni e r d z e n i a c z u j n i k a (8), co z kolei znajduje swe o d ­ z wi er ci e dl en ie we w s k a z a n i a c h r e j e s t r a t o r a (10) i jest z apisywane n a t aś­

mie. N a rys. 2. pok az an o p r zykładowo k r z y w ą pr z eb ie gu skurczu żeliwa n i - s k o a l u m i n i ow o -c hr om o we go odlanego do formy, wy k onanej z sypkiej ma sy sa- mo u twardzalnej n a szkle wodnym. A n a l i z a krzywej obrazującej prz e bi eg skur­

czu u m o ż l i w i a określenie w i el k o ś c i p o s z cz eg ól n yc h etap ów skurczu oraz cał­

kowitej jego wartości.

Rys. 2. K r zy wa skurczu liniowego ż el iw a n is ko a l u m i n i o w o - c h r o m o w e g o odlane­

go do f o r m y wy ko nanej z sypkiej mas y samoutwar dz al ne j na szkle wodnym.

C - roz sz er z en ie przedskurczowe, £dp - skurcz doperlityczny, £ra - r o z ­ szerzenie pr z y przemia ni e alotropowej j1— cębraz p rocesie gr a fi tyzacji t o ­ w a r z y s z ą c e powst aw an i u ferrytu, £ pp - śkurcz poperlityczny, £ „ - skurcz

c ał kowity

3. Zakończenie

Opisane urządzenie u m o ż l i wi a dokładnd za re je strowanie przebiegu s w o ­ b o d n eg o skurczu liniowego odlanego stoph i określ en ie całkowitej w a rtości skurczu. Możl i we jest badanie wpływu r ó ż ny ch c z y n n ik ów n a p r z eb ie g skur­

czu swobodnego, a także - przy za s to sowaniu sp ecjalnego modelu np. z k oł­

n ierzami - badanie skurczu h am owanego. M o ż l i w oś ć zast o so wa ni a r ó ż ny ch mas fo r mi e r s k i c h ao w y k o n an i a formy odlewniczej pozwala n a o kreślenie wpływu

U r z ą d z e n i e d c o k r e ś l e n i a s k u r c z u .

w ł a s n o ś c i m as na s k u rc z stopu, czego nie u m o ż l i w i a np. podob ne urządzeń* o o pr ac o wa ne w AGH.

P rz ed s t a w i o n e u rządzenie jest ba rdzo proste w obsłudze i jak wykazały pomiary p r ze pr ow a dz on e n e około pi ęć dz i es ię ci u w y t o p a c h - niezawodne.

L IT ER A T U R A

[1 ] K ł o c z n i e w I.W. - L i ti ej ny j e swo i st wa czuguna, I zd atielstwo iiaezinostio.

jenje, Moskwa, 1968.

[ 2 ] P od rzucki G . , K a la ta C. - M e ta lu r g i a i odlewn i ct wo żelJwa, ..y. awnic- two Śląsk, Katowice, 1970.

£

3

[

4

[ 5 ] J as nogorodskij W.I. - Lit. Proizw., 1, 1966, 28.

[ 6 ] tlandrj G.Y. - Ontode, 4, 1964, 73.

[ ? ] Sa kw a W. - Współ cz e sn e m et o dy w y topu żeliwa. Skrypt nr 273 Po li te c hn i­

ki Śląskiej, Gliwice, 1970.

[ ć] C h ro no w A.I., St w ib k o w N.J. - Izw. Wyssz. Uczebn. Zswied. Cz ie rn a ja M ietałłurgia, 4, 1966, 152.

[ 9 ] P elleg J., Heine W. - Mod. Cast. 6, 1967, 102.

[jo] D u r m a ł a Z. - Prace 1.0,, 1, 1965, 22.

[

1 1

[12] Simanowskij M . P . : Liniej na ja u s a d k a żar op ro c zn yc h spławów, M i e t a ł ł u r - gizdat, Moskwa, 1963.

[13] R y ż i k o w A.A., Ko stin A.W., K u ź n i e c o w A..S.: Lit. Proizw., 4,1968, 31*

[ U ] Ciupiński J. - Przegl, Odl., 1, 1973, 2.

[

15

-

4,

yCTAHOBKA AJ1H OnPEflEJiEHHH JIKHEtiHOK yCĄ^KM METAJLUOB

P e 3 jo m

e

B o i a i Ł e ona.

u B a e ic a npHćop

BemaiMHU

yca^KH

MSTajUIOB. ripHbO^HTOH

npOBe£eHKfl H3MepeHHH H npHMepU npHMeHeHHH n p a -

6

120

T a d e u s z W a r e h a l a i i n n i

T H E A P P A RA TU S F O R L I NE AR C O NT RA CT I ON OF M E T A L S DET E RM IN AT I ON

S u m m a r y

I n the paper the instrument for d e t e r m i n a t i o n of r un and value of the l inear c o n t r a c t i o n of metals is given. The m e asurement m e t h o d as well as examples of its use are described.