Związek wytrzymałości masy w podwyższonych temperaturach z jej wymywaniem przez metal

Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I Ś L Ą S K I E J

23 Odlewnictwo 1 1960

K r y s ty n a P u dełko

ZW IĄZEK W YTRZYM AŁOŚCI M ASY W PODW YŻSZONYCH TEM PERATURACH Z JE J W YM YW ANIEM PRZEZ METAL

STRESZCZENIE

Podano krótki przegląd dotychzcasowych badań nad własnościami mechanicz­

nymi mas iłowych w podwyższonych tem peraturach oraz w pływ tych własności na pow staw anie wad odlewniczych. Opracowano nową metody badania wpływu rodzaju spoiwa na intensywność w ym ywania masy przez ciekły metal. Polega ona na prze­

pływie określonej ilości m etalu przez sitko wykonane z badanej masy.

Procentowy przyrost średnicy otworu sitka jest wskaźnikiem, który wyraża odporność masy na wym ywające działanie strugi metalu.

W badaniach wzięto pod uwagę masy form ierskie naturalne, bentonitowe, dekstrynow e, z olejem W i ze szkłem wodnym. Otrzym ane w yniki porównano z w y­

nikam i badań w łasności mechanicznych w wyższych tem peraturach.

Ogólnie wykazano, że masy na spoiwach organicznych podlegają najsilniej w y­

m ywaniu, najm niej m asy kwarcowo-iłowe.

Wymycie masy zależy od jej w ytrzym ałości w wyższych tem peraturach (po­

cząwszy od 700°C).

W stęp

W łaściw ości m asy w tem peraturach pokojow ych są istotne dla procesu form ow ania. W czasie zalew ania form y m etalem tem peratura m asy w zra­

sta i odtąd interesujące są już ty lk o w łaściw ości m asy w p odw yższonych tem peraturach. O znaczanie ich w tem peraturze pokojow ej m a o ty le zna­

czen ie dla określenia zachow ania się m asy w p odw yższon ych tem peratu­

rach, o ile znam y zw iązek m ięd zy w łaściw ościam i m asy w pokojow ych i podw yższon ych tem peraturach.

W ady o d lew n icze z w in y m asy m ają w ięc bezpośredni zw iązek z w ła ­ ściw ościam i m asy w p odw yższon ych tem peraturach. Do w ad tych należą pęknięcia i rysy w odlew ach, spow odow ane m echanicznym ham ow aniem skurczu przez m asę, w y m y w a n ie m asy przez m etal i p ow stające w zw iąz­

ku z tym zaprószenia i zapiaszczenia, zniekształcania od lew ów , w yp ch n ię­

cia, guzy, żyłk i, przyp alen ia, w żarcia, strupy.

W zw iązku z ty m w yłan ia się zagadnienie badania w ła ściw ości m asy w p odw yższon ych tem peraturach. Jedną z tego rodzaju w łaściw o ści jest w ytrzym ałość m asy w podw yższon ych tem peraturach. W ytrzym ałość m asy

76 K r y sty n a P udełko

zależy przede w szystk im od tem p eratu ry w yp alania się m ateriałów w ią­

żących m asy, czy zm iany przez nie w w y ższych tem peraturach zdolności w iążących.

W ytrzym ałość m asy bezpośrednio w form ie w w arunkach zalew ania nie m oże być p rak tycznie oznaczona. Dane p orów naw cze m oże dać jed­

nak — przy stały ch w arunkach badania — oznaczenie w y trzy m a ło ści m as w p odw yższonych tem peraturach m etodam i laboratoryjnym i.

Przez od niesienie w ytrzym ałości m as w1 tem peraturach w yższych niż pokojowa, do tem p eratu ry w arstw nagrzanych w form ie w określonym okresie czasu po zalaniu, m ożna w nosić o w artości w ytrzy m a ło ści m asy w form ie i jej zachow aniu.

W ytrzym ałość m as w podw yższon ych tem peraturach określona labo­

ratoryjnie na sp ecjaln ych próbkach nie będzie ściśle odpow iadać w y tr zy ­ m ałości tej m asy w form ie. Z ależy ona b ow iem także od k ształtu i w ie l­

kości form y, grubości w arstw y m asy, od w sp ółczyn n ik a ak um ulacji ciepła.

P rzen iesien ie w artości w ytrzy m a ło ści m asy otrzym an ych na drodze laboratoryjnej na w ytrzym ałość m asy w form ie k om p lik u je się ponadto przez nierów nom ierne n agrzew an ie się form y czy rdzenia, jak rów nież na sk utek trudności dokładnego pom iaru tem p eratu ry m asy zm ieniającej się w czasie.

T em atem n in iejszej pracy je st oznaczenie w y trzym a ło ści różnych m as w p odw yższonych tem peraturach oraz zw iązku m ięd zy tą W ytrzym ałością a w ym yw an iem m asy przez m etal.

Stan d otych czasow ych badań w ytrzym ałości m as w podw yższon ych tem peraturach

Na problem zm iany w ytrzym ałości m asy ze w zrostem tem p eratu ry od lew n icy zw rócili uw agę dość daw no. P ierw sze tego rodzaju badania przeprowadzono w Stanach Z jednoczonych A m eryk i w latach 1935— 36, a następne w okresie drugiej w ojn y św iatow ej.

Badano [1], [2] zm ianę w y trzy m a ło ści ze w zrostem tem p eratu ry m as o różnej zaw artości k aolin itu i b en ton itów am erykańskich. M aksym alne w ytrzym a łości na ściskanie dochodzące w n iektórych w ypadkach do 70 kG /cm2 osiągano w tem peraturze około 1070°C. Stosow ano rów nież m ieszanki k aolin itu i różnych b en ton itów w różnym stosu nk u oraz doda­

tek mąki. Stw ierdzono, że dodatek m ąki obniża w ytrzym ałość m asy w ca­

ły m zakresie tem peratur.

L iteratura radziecka [4], [5] i niem iecka [6 ], [10], [11] w spom ina o tego rodzaju badaniach podając w arunki badania i stosow aną aparaturę. P. N i­

colas [6 ] przypisuje duże znaczenie charakterystyce krzyw ej w ytrzym a- łość-tem p eratura w zakresie tem peratur p ow yżej tem p eratu ry m ak sym al­

nej w ytrzym ałości i p orów nuje w ytrzy m ałość różnych m as w tem p eratu ­ rze 1300°C. Stw ierdza, że oprócz rodzaju stosow an ych g lin i dodatków , na w ytrzym ało ść w podw yższon ych tem peraturach siln ie w p ły w a ilość lep i­

szcza i w ilgotn ość m asy w stan ie św ieżym .

Z. P etrzela [8 ], [9] przeprowadził oznaczenie w ytrzym ałości na ściska­

nie w zależności od tem p eratu ry różnego rodzaju p iasków form ierskich

Z w ią ze k w y trzy m a ło śc i m a sy w p o d w y ższo n y ch te m p era tu ra ch 77

i m as sy n tety czn y ch z dodatkiem różnych b en ton itów w ty m u a k tyw n io­

nych sodą oraz m asy szam otow ej zestalonej ch em iczn ie z dodatkiem szkła wodnego:. M aksym alną w ytrzy m ałość na ściskanie w ahającą się dla po­

szczególn ych badanych m as w granicach od 1 0 do 1 0 0 k g/cm 2 osiągał w za­

k resie tem peratur 800— 1000°C. W yjątek stan ow iły m asy utw ardzane ch e­

m icznie w yk azu jące m ax. przy ok. 500°C oraz jeden z piasków form ier­

skich i m asa utw ardzana ch em iczn ie z dodatkiem p y łu w ę g low eg o nie w yk azu jące w ogóle m axim u m .

S. Jarzębski [11] badając w p ły w p y łu w ęgla kam iennego na w ła ści­

w ości mas, u zysk ał dla m as sk ład ających się z piasku kw arcow ego i glin y k aolin itow ej z dodatkiem p y łu w ęg lo w eg o różnych typ ów , m axim um w ytrzym ałości na ścisk anie w yn oszą ce w p oszczególnych przypadkach 2,0— 5,0 kG /cm2 w zakresie 600— 800°C.

P rzeb ieg k rzyw ych „w ytrzym ałość-tem p eratu ra” dla m as bentonito­

w ych, analizują szczegółow o w sw ej pracy J. E vans i J. W hite [13], uza­

sadnienie ich przebiegu popierając dodatkow ym i badaniam i.

L iteratura radziecka [4] podaje bez d anych liczbow ych, że m asy ze sp oiw am i organ iczn ym i zm niejszają sw oją w ytrzym ałość ze w zrostem tem p eratu ry.

W p ływ w ytrzy m a ło ści m asy w p odw yższonych tem peraturach na w ad y od lew n icze

N ależy się zastanow ić, czy badania laboratoryjne zm iany w ytrzy m a­

łości m as form iersk ich ze w'zrostem tem peratury przy p ow oln ym ogrze­

w an iu m ają jak ieś znaczenie praktyczne i jakie, czy w zrost lub spadek w ytrzym a ło ści m asy je st przyczyn ą w ad od lew n iczych , jakie w ad y m oże p ow odow ać i w jakim stop n iu na ich w ystęp ow a n ie w p ływ a.

M imo w ielu opracow ań w y k resó w w ytrzym ałość-tem peratu ra, żaden z autorów' podając m o żliw y w p ły w w y trzy m ałości m asy w p odw yższonych tem p. na zachow anie się m asy w form ie i w ad y od lew n icze, nie uzasadnia tego, podając raczej „na w y c zu cie” lub przez dow od y pośrednie.

N ajczęściej w literatu rze pow tarza się tw ierd zen ie, że w zrost w y tr zy ­ m ałości m asy w p od w yższon ych tem p. je st przyczyną ham ow ania, skur­

czu, p ow staw ania rys i p ęk nięć od lew ów .

E vens [13] uważa, że je st to m niem anie, które rozpow szechniło się bezpodstaw nie w śród od lew n ik ów bezpośrednio po ogłoszen iu w yn ików p ierw szych badań nad zm ianą w ytrzym ałości m asy ze w zrostem tem pera­

tury.

O pierając się na d otych czasow ych badaniach laboratoryjnych z tego zakresu oraz na pom iarze rozkładu tem peratur w form ie piaskow ej w za­

leżn ości od czasu — uw aża, że istn ieje bardzo m ałe praw dopodobieństw o w y w o ły w a n ia ry s i p ęk nięć o d lew ów przez m asę, którego w ła ściw ie nie n ależy brać pod u w agę.

W. N. S aw iejk o tw ierd zi, że przyczyną pęknięć m oże b yć zb yt w ysoka w ytrzym ałość m asy i podaje n aw et górne granice w y trzy m ałości dla róż­

n ych przypadków .

78 K r y sty n a P u d ełko

Wg L. P etrze li ok reślen ie w p ły w u w ytrzy m ało ści m asy w p odw yż­

szonych tem peraturach na pęknięcia m usi być u zu pełn ion e oznaczeniem przenoszenia ciepła przez m asę form ierską.

W ytrzyw ałość m asy w p odw yższon ych tem p. m a n iew ą tp liw ie w p ły w na jej podatność. Gra tu jednak rolę rów nież rozszerzalność cieplna m asy w zględn ie jej skurczliw ość i zdolność dodatkow ego zagęszczenia w pod­

w yższon ych tem p. pod w p ły w em nacisku k urczących się części odlew u.

W ytrzym ałość m asy n ie m oże być w ięc bezpośrednio m iarą podatności, ale tylk o jedn ym z czynn ików w p ływ ają cych na podatność.

N ie stw ierdzono też jaki w p ły w ma w y trzy m ałość m asy w podw yż­

szonych tem peraturach na inn e w ad y od lew ów jak: w yp ch n ięcia, zapró­

szenia, strupy, w ym ycie. O pinie na ten tem at podaw ane są też „na w y ­ czu cie”.

L. P etrzela [9] stw ierdza tylk o, że w ytrzym ałość w p odw yższonych tem peraturach m a w p ły w na p ow staw an ie w yp ch n ięć, strupów i zapro­

szeń. R ów nocześnie zasadniczy w p ły w na p ow staw an ie strupów przypisuje rozszerzalności cieplnej.

Praca J. S zreniaw skiego „D ziałanie strum ienia ciek łeg o m etalu na pow ierzchnię form y” [19] która rozpatruje działanie strugi m etalu na m asę, n ie łączy zjaw iska w yb ijan ia i w ym yw an ia m asy przez m etal z jej w ytrzym ałością w danych tem peraturach.

W ydaje się jednak, że zjaw isko działania stru g i ciek łeg o m eta lu na m asę m oże być pow iązane z jej w y trzym ałością w podw yższon ych tem p e­

raturach.

Za podstaw ę prób w niniejszej pracy p rzyjęto początkow o m etodę badania zjaw iska w ym yw an ia m asy przez m etal opracow aną przez J. Szre­

n iaw skiego.

Jednakże nie uzyskano w idocznych różnic w y m y cia m as różnych t y ­ pów1, ponadto m etoda ta n aw et w przypadkach prób przeprow adzonych przez sam ego autora J. Szreniaw skiego nie p ozw alała na u zysk anie żad­

nych danych liczbow ych.

B A D A N IA W ŁASNE

I. W ytrzym ałość m asy w p odw yższonych tem peraturach O p i s b a d a ń

C elem porów nania w p ły w u różnych m ateriałów w iążących na w y tr zy ­ m ałość m as w p odw yższonych tem peraturach przeprow adzono tego rodza­

ju badania dla m as ze sp oiw am i stosow an ym i w kraju:

a) sy n tetyczn ych m as b en ton itow ych i naturalnej m asy form ierskiej, b) m as ze spoiw am i organicznym i,

m asy olejow ej,

m asy z dodatkiem łu gu posiarczynow ego, m asy d ek stryn ow ej bez dodatku inn ych spoiw, m asy b en ton itow o-d ek stryn ow ej,

m asy z dodatkiem iądronitu,

c) m asy utw ardzanej ch em iczn ie (ze szk łem w od n ym jako spoiw em ).

Z w ią ze k w y trzym a ło ści m asy w podw yższonych tem peraturach 79 W szystkie m asy sy n tety c zn e (m asy 1— 3 i 5— 10 w g oznaczeń ta b eli 1) sporządzono z piasku k w arcow ego płukanego z K rzeszów ka 1 K -70/100/50- -75-1600. C harakterystykę ziarn istości tego piasku podaje rysu n ek 1. Masę nr 4 w g oznaczeń tab eli 1 wykonanoi z piasku form iersk iego P-70/50/100-75 ponad 1350° o ch arak terystyce ziarnow ej podanej na rys. 2.

D la stosow an ych b en ton itów oznaczono koloidalność m et. Ar»now'icza i chłonność w od y m etodą E nslina na aparacie o średnicy m ikrobiurety ok. 2,5 m m i śred n icy zbiornika z p łytk ą m ikroporowatą 20 mm.

K oloidalność w y n o si dla:

b en ton itu k rajow ego — 14 %,

„ w ęgiersk iego „O” — 16%,

„ ju gosłow iańsk . M-83 — 65 %.

C hłonność w od y w yn osi dla:

b en ton itu k rajow ego — 127 %,

„ w ęgiersk iego „O” — 143 %,

„ ju gosłow iańsk . M-83 — 620 %.

P róby w ytrzy m a ło ści w' p odw yższonych tem p. przeprowadzono w pio­

now ym , ru row ym piecu sy lito w y m pokazanym na zdjęciu (rys. 3). K ształt­

k i um ieszczono m ięd zy dw om a w spornikam i grafitow ym i. G órny w spornik b ył obciążony śru tem przez przekładnię dźw igniow ą.

M asy sporządzono w laboratoryjnej m ieszarce krążnikow ej. Czas m ie­

szania w y n o sił 8— 15 m in. zależnie od rodzaju m asy. B ezpośrednio po w y ­ konaniu m asy sporządzono znorm alizow ane k ształtk i do oznaczania prze­

p uszczaln ości i w ytrzym ałości w stanie w ilgotn y m . K ształtk i do oznacza­

nia w ytrzy m a ło ści w p odw yższon ych tem peraturach w y k on yw an o rów nież bezpośrednio po sporządzeniu m asy.

O znaczenie w ytrzy m a ło ści na ściskanie w p odw yższonych tem peratu­

rach przeprow adzono na kształtk ach w alcow ych o średnicy 28 m m i w y ­ sokości 50 ± 1 m m zagęszczonych trzem a uderzeniam i ubijaka o ciężarze obciążnika w yn oszącym 2 , 0 0 kg.

K szta łtk i z m asy ze szk łem w od n ym ow iew ano po zagęszczeniu w tu lejc e w ciągu 1 0 sek. d w u tlen kiem w ęgla pod ciśnieniem 1 atm.

K ształtk i z m asy olejow ej „W ” suszono w suszarce laboratoryjnej w ciągu 1 godz. w 'tem p . 220°C, pozostałe w ciągu 1 godz. w tem p. 150°C. K ształtk i po w ysu szen iu studzono na w o ln y m p ow ietrzu.

O znaczenie w y trzy m a ło ści w p odw yższon ych tem peraturach przepro­

w adzono po 20— 28 godz. od w y su szen ia kształtki.

K ształtk i w prow adzono do pieca nagrzanego do tem p eratu ry badania i obciążono stopniow o po, 1 0 m in. nagrzewania w danej tem peraturze.

T abela 1 i rys. 4— 6 podają w y n ik i oznaczeń.

Podane w artości w ytrzym ałości stanow ią średnią z trzech oznaczeń.

P rzy dużej rozbieżności wyników' badano w tej sam ej tem peraturze nie trzy, a cztery, pięć lub n aw et sześć k ształtek. Badania w yk on yw an o m a x i­

m um do 1100°C ze w zględ u na to, że w piecu w k tórym w y k on yw an o oznaczenia n ie m ożna b yło uzyskać w yższej tem peratury.

Oznaczenia wytrzymałości masw podwyższonych temperaturach

80 K r y s ty n a P u d ełko

CO CU

&

CO

H O

-*-»3

co t-t0)

&

a

O

a

O u OJ

(U

*3co

coC -o o

*C0

a

N -4-»

£

Oo

t> 4,95 1 8,25j 9,75 5,55 0,10 0,15 0,29 4,10 M

No u ₁^,6

0

l O lO O o CO CO o o O

o 'Cf CO l O co ( N <M t w ł-k co

CO C - ■cjc lO o O O co o co

05 o ^{l O} o o LO 00 m o o

O CO H l O co CM co co CM L "

CO to TJC c m O o 03 O CO

C O

o

t o

•»I

•r-jar

3 '3a ,n

>> o

CO

l O O m O

0 3 lO r H 00 •

0 3 0 3 to

r-k L O

j r f

W CU

.s;ft

>> o

co

N N

O d)

CO o

lf 3 co

O o

co L O

t o CM

o _{*“ *}

co LO

co o

o co

lO

CO o m

Ga>

•NCO*

’opQ O NCU

XI Ot-

©

oo

o

t o

o

co

o cm

o©^

rH CM

©^

co O o o o o o o o . o

L - o co to r~ <M LO CM o

CM co co o LO 0 3 0 3 co co

CQ co ł —'

Oo ca

TJ4 LO CM o o O o O

LO CO 0 3 o CM c o o ID

CM CM CM O CM 0 3

co LO C- LO O L O o o O O

o 0 3 c - CO LO CM o r H o

CM CM r H r-k CM CO CM Tt< o

CM 1—i L O co

cca

HB>_{> c}

c £ co ^

£ s

>»

N csL-

^ 3 o

£ 05

CU OJ

cc

>>

* I

ćć 05 T3

s £

co cj m Q>

r5 O W

<DC

■° ¿*?

* :

s i cJ £ (h

CO

* >>

i! S 0) o

w •<-»

CO co

— < f-<

CU X p*

ca>

w co

OS -Q

" i

Jh >

CO _

r^ T) (U i ; mCO d/

K £

CM*

c -ó OJ o

CO co

^ ^rn (U OT OT O CO tliO 3

Ph

•e<?

£ ^

•"Oo5 a;

" o ES

2 "

CO I

£ ‘ M*.

CU o

co g

^ N x 2a> ca

■oOJ

co«

.¡d CO

* O(U > T3

OT ^ CO „

CU co

co

c ^. ,Q co0)5«

OS c3 <U t.TOCO

V t, «

<5 « co

w tuo-a .5 vo Pu ¡5 £

2« co ca

¿«i °

£ oa«

O coa«

3 I_{N co} co co

^■5 ■

¿£ (U (U C

ot -n

.2 O tle £

T a b e l a 2 B adanie stopnia wymycia masy przez metal.

L. p. Skład masy W łaściciel masy

Temp.

zalew a­

nia wg pirom e­

tru opt.

„Pyro“

bez po­

praw ki

Średnica

„ślepego"

otworu kontrol­

nego

Ś r e d n i c a górna cz. w lew u

w l e w ó w

dolna cz. wlewu Średnia wartość średn.

wlewu

Powierz.

„ślepego"

otworu kontrol­

nego

Powierz.

wlewu średnia

Liniowywsk. wym. e — przyrost, średn. wlewuw odn. do otworukontr, w mm Powierz, wsk. wym. E — przyr. pow. wle­ wu w odnieś, dootw. kontroln. w mm2 Przeciętnywsk. wymycia e mm dla danej masy Przeciętnywsk. wymycia E mm2 dla danej masy poszcz.

wlewy średn.

wartość poszcz.

wlewy

średn.

w artość

w mm w mm2

1 2 3 4 5 6 7 | 8 9 10 11 I 12 13 14 15 16

1 Masa bentom itow a

Bentom it węg. „O“—8% wag.

piasek kwarc,

z Krzeszcz. — 92% wag.

woda — 3,5% wag.

PW — 130 cm4/Gmin

W

R — 0,80 kG/cm2

C

RS — 3,15 kG/cm2

C

R* — 0,74 kG/cm2

1340

7,4

7.5 7.5 7.5 7.5

7,5

7.4 7.5 7.6 7.7

7,55 7,5 43,01 44,18 0,1 1,17

0,18 2,04

2 7,4

7.5 7.5 7.4 7.5

7,5 1 »

7.6 7.5 7.7 7.6

7,6 7,55 43,01 44,77 0,15 1,76

3

PW — 140 cm4/Gmi.

R W — 0,82 kG/cm2 c

RS — 3,07 kG/cm2

C

RS — 0,68 kG/cm2 r

1320

7,3

7,8 7,7 7,3 7,5

7,6

7,8 7,6 7.4 7.5

7,6 7,6 41,85 45,36 0,3 3,51

4 7,2

7.2 7,5 7.2 7.3

7,3

7,6 7.2 7,4 7.3

7,4 7,35 40,72 42,43 0,15 1,71

5

6

7

8

N aturalna masa fornierska

Piasek form.. 100% wag.

woda 4,5% wag.

P w — 90 cm4/Gmi.

Rw — 1,45 kG/cm2

C

RS — 1,90 kG/cm2 c

1330

7,3

7.5 7,3 7.5 7.5

7,45

7.5 7.5 7.5 7.5

7,5 7,5 41,85 44,18 0,2 2,92

0,29 3,49

7,2

7.5 7.6 7.5 7.5

7,5

7,5 7.8 7.8 7,7

7,7 7,6 40,72 45,36 0,4 4,64

Pw — 85 cm4/G m i.

R W — 1,20 kG/cm2

C

RS — 2,02 kG/cm2

C

RS — 0,40 kG/cm2 r

1340

7,4

7.5 7,7 7.6 7,2

7,55

7.6 7.6 7.6 7,5

7,6 7,6 43,01 45,36 0,2 2,35

7,3

7.3 7.4 7.4 7.5

7,4

7.4 7.5 7.6 7.7

7,55 7,5 41,85 44,18 0,2 2,33

c. d. t a b e l i 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 14 16

9 ^{p w} — 95 cm4/Gmin.

W

R — 1,25 kG/cm2 c

7,5

7.9 7.9 7.7 7.7

7,8

7.8 7.9 7.9 8,0

7,9 7,85 44,18 48,40 0,35

1 4,22

10

RS — 2,00 kG/cm2 c

R S — 0,45 kG/cm2 r

1320

7,5

7,7 8,0 7,9 7,6

7,8

7.7 8,0 8,1 7.8

7,9 7,85 44,18 48,40 0,35 4,22

11 7,5

7,9 7.8 7.8 8,1

7,9

7.6 8,0 7.7 7.7

7,75 7,8 44,18 47,78 0,3 3,60

12 7,5

7.8 7.8 7.8 7,7

7,8

8,1 7.6 7.7 7,6

7,75 7,8 44,18 47,78 0,3 3,60

13 Masa ze szkłem wodnym Szkło wodne — 6% wag.

pias. kw arc, z Krzesz.

— 100% wag.

Pw — 200 cm4/Gmin.

RUD — 0,10 kG/cm2

C

1330

7,3

8,0 8,0 7,9 8,0

8,0

8,0 7,9 8,0 strup

8,0 8,0 41,85 50,27 0,7 8,42

7 82

14

R S — 8,00 kG/cm*

c

RS — 3,90 kG/cm2

r 7,4

8,0 8,0 8,0 7,9

8,0

8,0 8,0 8,0 8,0

8,0 8,0 43,01 50,27 0,6 7,21

15 Masa dekstrynow a D ekstryna 3% wag, pias. kw arc, z Krzesz.

— 100% wag.

woda 2,5% wag.

PUD — 125 em4/Gmin.

RW — 0,10 kG/cm2

c 1350

6,7

7.8 7,5 7.8 7,7

7,7

■ 7,9 7.9 7.9 8,2

8,0 7,8 35,26 47,78 1,1 12,52

16

Rs — 8,00 kG/cm2

C

RS — 5.40 kG/cm2 r

6,7

7.8 7.8 8,0 7,6

7,8

9.0 9.0 9.0 9.0

9,0 8,4 35,26 55,42 1,7 20,14

1 ^ 74

17

1330

6,9

7,9 7.5 8,2 8.5

8,0

8,5 8,4 9,0 9,2

8,8 8,4 37,39 55,42 1,4 18,03

18 6,9

8,0 7.8 7.8 7 9

7,9

8,0 8,0 8,0 8,1

8,0 7,95 37,39 49,64 1,04 12,25

c. d. t a b e l i 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

19

Masa olejowa Olej W — 2% wag.

piasek kwarc,

z Krzesz. — 100$ wag.

w ,

P — 140 cm4/Gmin.

R W — 0,10 kG/cm2 c

1350 6,0

7,8 7.6 7.6 7.6

7,65

7.9 7.9 7.9 7,8

7,9 7,8 28,27 47,78 1,8 19,51

20

R — 8,00 kG/cm2 c

R* — 3,50 kG/cm2 1340 6,0

7,8 8.5 10,5

9.5

9,1

8,9 10,0 11,0 10,0

10,0 9,5 28,27 70,88 3,5 42,51

2,38 27,30

21

1320

6,2

8,2 7,7

8,5 8,1

8.5 7,8 8.5 9,0

8,45 8,3 30,19 54,11 2,1 23,92

22 6,0

8,2 7,7 8,4 7,6

8,0

8,1 8,4 7,8 8,3

8,2 8,1 28,27 51,53 2,1 23,26

Z w ią ze k w y trzy m a ło śc i m a sy w p o d w y ższo n y c h tem peraturach S l

O m ó w i e n i e w y n i k ó w

1. M asy b en ton itow e w yk azu ją m axim u m w y trzym ałości przy 800°C (rys. 4 — m asy 1, 2, 3), przy czym najw yższą w artość Wytrzyma­

łości m ak sym aln ej nadaje m asie bentonit ju gosłow iań sk i (rys. 4 — m asa 3). B adany piasek form iersk i (rys. 4 — m asa 4) nie w ykazał m axim u m w zak resie tem p eratu ry badania.

K rzyw e w y trzy m a ło ści dla ben ton itów (rys. 4 — m asy 1, 2, 3) w niższych tem peraturach, a dla piasku form ierskiego, (rys. 4 — m asa 4) w ca ły m zak resie tem peratur badania m ają przebieg ła ­ godny.

Masa z b en ton item w ęgiersk im mająca w yższą w ytrzym ałość w tem peraturze pokojow ej od pozostałych mas, w yk azu je ze w zrostem tem p eratu ry w'zrost różnicy w w artościach w y trzy m a­

łości w p oszczególnych tem peraturach w stosunku do pozostałych m as. W artość w ytrzy m a ło ści w p oszczególnych tem peraturach dla m asy 1, 3, 4 są zbliżone.

Masa z b en ton item k rajow ym (rys. 4 — m asa 1) w ykazuje siln y w zrost w ytrzy m a ło ści m iędzy 700— 800°C, m asa z bentonitem ju gosłow iańsk im (rys. 4 — m asa 3) g w ałtow n y m ięd zy 600— 800°C.

W szystk ie badane m asy b en ton itow e charakteryzują się g w a łto w ­ nym spadkiem w ytrzy m a ło ści po przekroczeniu tem p eratu ry m a­

ksym alnej w ytrzym ałości.

Charakter otrzym an ych k rzyw ych iest podobny do u zysk a­

n ych w ’ badaniach am erykańskich [1 ], [2 ], niem ieckich [6 j i czecho­

słow ack ich [8 ], [9], M axim um w ystęp u je jednak w niższych tem ­ peraturach niż w g danych z literatury, gdzie w w iększości przypadków m asy b en ton itow e osiągają m axim u m w ytrzym ałości w około 1000°C. B ezw zględ n e w artości m ak sym aln ej w y trzy m a ­ łości są niższe niż w badaniach am erykańskich i L. P etrzeli.

M iędzy ty m i badaniam i n ie m ożna jednak przeprow adzić ści­

słego porównania ze w zględ u na stosow an ie różnych składników , w tym rów nież osn ow y m asy, różnego składu p rocentow ego i nie id en tyczn ych w arunków badania. N ie ulega jednak w ątp liw ości tak na podstaw ie badań w ła sn ych jak i literatu ry, że syn tetyczn e m asy b en ton itow e jak i piaski form iersk ie zw iększają sw oją w y ­ trzym ałość ze w zrostem tem p eratu ry do p ew n ego m axim u m , a na­

stępn ie zachodzi spadek w y trzy m a ło ści z d alszym w zrostem tem ­ p eratury.

2. M asy ze spoiw am i organ iczn ym i nie w ykazują na w y k resie w y - trzym ałość-tem p eratu ra ch arak terystycznego dla m as o lepiszczu iło w y m m axim u m w ytrzym ałości.

Masa d ek stryn ow a (rys. 5 — masa 7) o bardzo w ysok iej w y ­ trzym ałości na rozciąganie w stanie w ysu szon ym zachow uje ją w tem peraturze 100°C, a w w yższych tem peraturach w zakresie 100— 400°C n astęp u je bardzo siln y spadek w ytrzym ałości, po czym zachow uje w e w szystk ich w yższy ch tem peraturach badania m in i­

m alną w ytrzym ałość Rę* poniżej 1 k G /cm 2. G w'ałtowny spadek

82 K r y sty n a P udełko

w ytrzym ałości w zakresie 100— 400°C spow odow any jest w y p ala­

niem się spoiw a d ek stryn ow ego.

Masa d ek stryn ow a z dodatkiem b en ton itu w ęg iersk ieg o (rys. 5 masa 8) daje w yn ik i pośrednie m ięd zy „czysto” d ekstrynow ą, a „czysto” bentonitow ą. P oczątkow o n astęp u je do 400°C spadek w ytrzym ałości, jak w m asach „czysto” d ek stryn ow ych , a następ­

n ie p ew ien choć bardzo słab y w zrost w y trzy m ałości osiągający m axim u m w 800°C i dalszy spadek ze w zrostem tem p eratu ry jak w m asach „czysto” b en ton itow ych .

Masa z olejem „W ” (rys. 5 — m asa 5) o w ytrzy m ałości w y j­

ściow ej niższej od m asy dekstrynowtej i d ek stryn ow o-b en ton ito- w ej p raktycznie nie zm ienia sw ej w ytrzy m a ło ści do 300°C, g w a ł­

tow n ie obniża w ytrzym ałość do 600°C, w p ow yżej 700°C traci zu p ełn ie w ytrzym ałość. Masa z łu giem p osiarczyn ow ym (rys. 9 — masa 6) o w ytrzym ałości w yjścio w ej niższej niż dla m asy z olejem

„W ” w yk azu je cią g ły spadek w ytrzym ałości, przy czym do tem p e­

ratury 500°C jest on dość siln y, osiągając w 500°C bardzo niską w y trzym ałość na ściskanie Rcl — 0,25 kG /cm 2.

Masa z jądronitem (rys. 5 — m asa 9) w y k a zu je rów nież ciąg ły spadek w ytrzym ałości ze w zrostem tem peratury, a p ocząw szy od 600°C w ytrzy m ałość jej p raktycznie rów na się zeru.

3. Masa ze szk łem w od n ym w yk a zu je m axim u m w ytrzym a ło ści w 400°C i gw'altowny jej spadek m ięd zy 500— 600°C z charakte­

rystyczn ym bardzo siln ym w zrostem p lastyczn ości w tym zakresie.

D ane te zgodne są z w yn ik am i L. P etrzeli [8], [9],

II. W ym ycie m asy przez m etal

O p i s b a d a ń

N ajw łaściw sza ze w szystk ich stosow an ych prób akazała się próba p rzep ływ u określonej ilości m etalu przez sitka z badanej m asy. R ys. 7 pokazuje schem at form y próbnej i w ym iary sitka. S tosunek średn icy do d łu gości w lew u w yn osi ok. 3,5.

Badania przeprowadzono; dla żeliw a Z1 26. Ciężar przelanego m etalu (odlewu) w yn osił 15,30— 15,60 kG. Form ę zalew ano z 50 kG kadzi ręcznej strum ieniem ciągłym . W czasie zalew ania zbiornik w le w o w y był ca ły czas zapełniony. Stru m ień m etalu przy zalew aniu kierow ano na boczną część zbiornika, tak aby nie uderzał on bezpośrednio w e w lew y .

Miarą porów naw czą w ym ycia są różnice średnic m etalu skrzepłego w e w lew ach i „ ślep ych ” otw orach sitek.

P rób y przeprow adzono na p ięciu m asach, takich sam ych jakich u ży­

w ano do oznaczeń w ytrzym ałości w p odw yższon ych tem peraturach.

M asy te w ybrano jako p rzed staw icieli ch arak terystyczn ych grup:

1) m asa bentonitow a,

2) naturalna m asa form ierska,

Z w i ą z e k w y t r z y m a ł o ś c i m a s y w p o d w y ż s z o n y c h te m p e r a t u r a c h 83 3) m asy ze sp oiw am i organicznym i:

a) z d ekstryną, b) z o lejem „W ”,

4) m asa ze szk łem w odnym .

W przypadku m asy b en ton itow ej podw yższono zaw artość w ody z 3,0 na 3,5 %, a w przypadku naturalnej m asy form ierskiej z 4,0 na 4,5 % celem podw yższenia w ytrzym ałości na sucho, poniew aż słabe sita trudno było

um ocow ać w form ie.

W ykonanie m as na sitka i su szen ie b yło identyczn e jak przy przygo­

tow yw an iu k ształtek do oznaczenia w ytrzym a łości w p odw yższonych tem peraturach. C elem spraw dzenia jedn olitego zagęszczenia sitek, spraw ­ dzono po w yk on aniu ich ciężar (sitka o n iew ła ściw y m ciężarze odrzucano)!.

W yniki prób podaje tabela 2.

O m ó w i e n i e w y n i k ó w

i N ajm n iejsze w y m y c ie w yk azu ją m asy k w arcow o-iłow e, lin io w y w skaźnik w ym ycia waha się w granicach e = 0,18 m m — 0,29 mm.

Masa b en ton itow a ma niższą w ytrzym ałość w stan ie w ilgo tn y m od naturalnej m asy form iersk iej, w yższą w stanie w ysu szon y m (dla m asy

ben ton itow ej

Rcw = 0,81 k G /cm 2, Rrs = 0,71 kG /cm 2, dla naturalnej m asy

Rcw = 1,30 k G /cm 2, Rrs = 0,42 k G /cm 2), a w y m y c ie jej jest m n iejsze.

Masa ze szkłem w od n ym daje w ięk sze w y m y c ie e = 0,65 mm . W y­

trzym ałość jej w stanie w ilg o tn y m jest bardzo> niska Rcw = 0,10 k G /cm 2, a po w ysu szen iu w yższa od m as iłow ych R rs = 3,90 k G /cm 2.

M asy ze sp oiw am i organicznym i w yk azu ją n ajw yższy w skaźnik w y ­ m ycia w granicach e = 1,31— 2,38 mm .

W ytrzym ałość ich w stanie w ilg o tn y m jest bardzo niska R cw = 0,10 k G /cm 2, a w y trzym a łość po W ysuszeniu w tem peraturze otoczenia jest stosu nk ow o w ysok a i w yn osi dla m asy d ek stryn ow ej R rs = 5,40 kG /cm 2, dla m asy olejow ej Rrs = 3,50 k G /cm 2.

N ajw yższą w ytrzym ałość w stan ie w ysu szon ym ze w szystk ich bada­

n ych m as ma m asa d ek stryn ow a ale n ajw ięk sze w y m y c ie w yk azu je m asa olejow a.

Ponadto na w lew ach W próbach w ym ycia m asy olejow ej zauważono dużą nieregu larn ość przekroju oraz w ystęp ow a n ie strupów i wżarć.

Stw ierdzono k olejn ość stopnia w ym ycia badanych m as w porów naniu z w ytrzym ałaścią tych m as w stanie w ilg o tn y m i po w ysu szen iu , pozwala sądzić, że w ytrzym ałość w stan ie w ilg o tn y m jak i su ch ym nie ma istotn e­

go w ‘p ływ u na w y m y cie. Można jed yn ie stw ierdzić, że m asy ze spoiw am i organicznym i m im o dużo w ięk szej w ytrzym ało ści po w ysu szen iu od m as iłow ych ch arakteryzują się dużo siln iejszym w ym yciem .

84 K r y sty n a P u d ełko

T a b l i c a III Kolejność wzrostu stopnia wymycia, odpowiada uszeregowaniu mas wg coraz

m niejszej wytrzymałości w tem peraturach 700 — 800 °C.

Liniowy wskaźnik

wymycia w mm

W ytrzymałość Rt w tem peraturzec 700 °C 800 °C 1 Masa bentonitow a

(b. węgierski „O“) 0,18 8,25 9,50

2 N aturalna masa

fornierska 0,29 5,80 6,25

3 Masa ze szkłem wodnym 0,65 1,60 0,60

4 Masa dekstrynow a 1,31 0,29 0,58

5 Masa olejowa

(Olej „W“) 2,38 0,10 0,00

W nioski

1. Spoiw a b en ton itow e p ow odują w zrost w y trzy m a ło ści m asy ze w zrostem tem p eratu ry do p ew n ej granicy (800°C) i n astęp n y jej

spadek.

Spoiw a organiczne w y w o łu ją zm niejszen ie się w ytrzy m ałości m asy ze w zrostem tem peratury. S iln y spadek w y trzy m a ło ści za­

chodzi w zakresie w yp alania się spoiw'a, zależnie od rodzaju spoiw a w różnych tem peraturach w granicach 100— 500°C.

2. Przeprow adzone badania w ym yw a n ia m asy przez żeliw o w yk aza­

ły, że n ajsiln iej podlegają w y m y w a n iu m asy ze spoiw am i orga­

n icznym i, słabiej ze szk łem w odnym , najm niej naturalna m asa form ierska i m asy bentonitow e.

3. W ym ycie m asy zależy od jej w ytrzym ałości w w y ższy ch tem pera­

turach (począw szy od 700°C).

4. M asy ze spoiw am i organ iczn ym i n ie nadają się na układ y w lew ’o- w e, przeponki, części rdzeni i form siln ie narażonych na działanie strum ienia ciek łego m etalu.

N ajlep iej nadają się do tego celu m asy ze sp oiw am i iłow ym i.

LITERATURA

[1] K. Endell: E r fa h r u n g e n ü b e r s y n t h e t i s c h e F o r m s a n d e m i t B e n to n i t in den V e r e in i g te n S ta a t e n 1941.

[2] Ch. Briggs: The M e t a ll u r g y of S te e l C asting. Nev-York, London 1946.

[3] R. P. Kuzin, A D. Popow: P r ig a r i z a s o r y na s t a ln y c h o tl iw k a c h . Maszgiz, Swierdlowsk, Moskwa 1947.

Z w ią ze k w y trzy m a ło śc i m a sy w p odw yższonych te m p e ra tu ra c h 85

[4] M a s z in o s tr o j e n ij e . Encikłopiediczeskij sprawocznik, t. XIV, Moskwa 1948.

[5] A. M. Lass, I. A. W ilwskaja, A. M. D ybrow skij: P r ib o r dlia i s p y t a n i j f o r m o - w o c z n y c h m a t i e r j a ł o w p r i w y s o k i c h ti e m p i e r a t u r a c h . Litiejnoje Proizwodstwo n r 5/1954.

[6] P. Nicolas: Das V e r h a l t e n v o n F o r m s a n d bei hoh en T e m p e r a t u r e n . Giesserei zesz. 13/1954.

f7] W. W egener: D as V e r h a l t e n d e s V o r m s a n d e s w a h r e n d des F o r m - u n d G iess - v e r g a n g e s bei G ra u g u ss u n d d ie P r ü f u n g des F o r m s a n d e ig e n s c h a f te n . Giesserei zesz. 10/1955.

[8] L. Petrzela: D ie E rze u g u n g c h e m i s c h g e h ä r t e t e r F o r m e n (COr — Verfahren).

Ref. z Kongresu Odlewników w Lipsku 28—30 m aja 1956.

[9] L. Petrzela: V l a s t n o s t i f o r m o v a c i c h l a t e k za w is s ic h te p l o t. Slevarenstvi n r 10 1956 (tłumaczenie tego artykułu — Przegląd Odlewnictwa n r 3/1957.

[10] H. W. D ietert, V. W. Rowell, A. L. G raham : H o h t e m p e r a t u r p r ü f u n g e n u n d ih re B e r ic h u n g z u G ü ssfe h le rn . Ref. z 23 Międzyn. Kongresu Odlewników w Düssel- dorfie, 1956.

[11] S. Jarzębski: W ł a ś c i w y p y ł w ę g l a cza r n eg o w m a s ie fo r m i e r s k i e j . Przegląd O dlew nictw a n r 9/1956.

[12] F. W. Nield, D. Epstein: W a s se rg la s als B i n d e m i t t e l f ü r F o r m - u n d K e r n s a n d e . Giesserei sierp. 1958.

[13] J. Evans, J. White: T h e e ff e c t of h ea t on th e p r o p e r ti es of c o m p a c t e d m o u l d - ing m a t e r i a ls . B ritisch Foundrym an n r 12/1958.

[14] J. Szreniawski: D zia ła n ie s t r u m i e n i a c ie k łe g o m e t a l u na p o w i e r z c h n i ę fo r m y . Zeszyt Nauk. Pol. Łódzkiej, M echanika n r 6/1957.

[15] J. Lutosław ski: W a d y o d l e w ó w s t a l i w n y c h . PW T W arszawa 1954.

[16] J. Ju st: B a d a n ia l a b o r a t o r y j n e m a t e r i a ł ó w o g n io t r w a ły c h . Wyd. A. G. H K ato­

wice 1956.

[17] A. K. Sidorow: B a d a n ia te ch n o lo g ic z n e s u r o w c ó w sk a ln y c h . Wyd. Geol. W a r­

szawa 1953.

[18] Z, Tokarski: P o d s t a w o w e w i a d o m o ś c i z ce ra m ik i. PWT Katowice 1951.

0,50,4 0,3 0,20,16 0,10,05 0,03 0,02 0,01

Rys. 1. Wykres ziarnistości piasku kwarcowego z Krzeszówka 1 K-70 50 100-75-1600

¿00 UO

Rys. 2. W ykres ziarnistości piasku formierskiego P-70/50/100-75- ponad 1350

Rys. 3. Piec sylitowy przystosowany do oznaczania wytrzym ałości kształtek z m a s y

form ierskiej w podwyższonych tem peraturach

100 ZOO 300 400 SOO 600 700 800 300 10001400 <200

W y tr z y m a ło ś ć ! n a. ś c i s k a n i e R c i3/ ^

Rys. 4. Wykres zależności wytrzym ałości masy na ściskanie od tem peratury

— masa z bentonitem krajow ym , 2 — m asa z bentonitem węgierskim „O”,

— m asa z bentonitem jugosłowiańskim M 83, 4 — m asa z piasku formierskiego

20030040050060070080090010001400Temperaturan°C

W ytrzym ałość n a śc isk a n ie Rc *%ma

Rys. 5. W y k r e s z a l e ż n o ś c i w y t r z y m a ł o ś c i m a s y n a ś c i s k a n i e od t e m p e r a t u r y :

5 — m asa z olejem „W”, 6 — m asa z ługiem posiarczynowym, 7 — m asa dekstrynow a, 8 — m asa bentonitow o-dekstrynow a

POD300400500600700 800900100011001200

Wytrzymałość r?a ściskanie ~ P / kG/cmJ

■***ci cś>

Rys. 6. Wykres zależności na ściskanie od tem peratury dla masy chemicznie utw ardzanej ze szkłem wodnym

R ys. 7. Schem at formy i rdzenia używanego do badań w ym yw ania masy przez m etal