Porównanie wyników próby lejności zmodyfikowana metodą spirali i metodą zasysania

ZESZ YT Y N A U K O W E POLIT EC HN I KI ŚL ĄSKIEJ

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

_________ 1975

Tadeusz WACHELKC, M ar ek S ł a wo mi r soiNSKI Instytut Techn o lo gi i Meta l i Politechniki Częstochowskiej

P OR ÓW NA N IE W Y N I K Ó W P RÓ BY LEJ NO Ś CI ZM OD YF IK O WA NA M ETODĄ SPIRALI I M E T O D Ą ZA S YS AN IA

S t r e s z c z e n i e . W a r t yk ul e p o r ó w na no w y n i k i p o m i a r ó w lejności że­

liwa n i s k o a l u m i n i o w e g o z m o d y f i k o w a n ą m e t o d ą spirali i m et o dą zasy­

s ania m e t al u do p i o n o w y c h r u r kwarcowych. Bad a ni a w y k a z a ł y , ż e obie m e t o dy p o z w a l a j ą n a uc hw y c e n i e zmian lejności, w y n i k a j ą c y c h z r ó ż ­ n y c h t e m p e r a t u r p rz eg r z a n i a metalu. P o w t a rz a ln oś ć p o m i a r ó w jest lep­

sza w p r z y p a d k u p ró by zasysania, n at omiast bardziej w r a ż l i w ą na z miany l ejności jest p r ó b a spiralna.

1. Wstęp

Pomimo l i c z ny ch pr ac na temat lejności d otąd nie us ta l on o j e d n oz na c zn e­

go term in u "lejność". Na og ół p o d t y m p o j ę c i e m rozumie się zdo l no ść c ie­

kłego metal u do w y p e ł n i a n i a wnęki f o r m y odlewniczej i do do kł ad n eg o od­

twarzania jej k s ztałtu [1]- Ist ni ej e j e d n a k t e n d e n cj a do r o z r ó ż n i a n i a w procesie zal e wa ni a f o r m y d w ó c h r ó ż n y c h ws k aźników, t j . zdolności do p ł y ­ nięcia przez k a n a ł y u kładu w l e w o w e g o i w n ę k ę f ormy oraz zdolności do do­

kładnego o d t w a r z a n i a k r y s z t a ł ó w wn ę ki formy. Jest to uz a sa d n i o n e faktem, że optymalnej zdolności p ł y n i ę c i a me talu w formi e ni e mus i od po w ia da ć op­

tymalna zdol no ś ć dobr eg o o d tw ar z a n i a ks zt ał t ów w n ę k i i odwrotnie.

Wyni ki pracy [2-18J d ot yczące lejności, r ó ż n i ą się n i e j e d n o k r o t n i e mię dzy sobą; jest to z wiązane m.in. z tym, że n a lejn oś ć w p ł y w a s ze r eg cz yn ­ ników, k tóre m o ż n a zest aw i ć w tr zy p od s ta wo we grupy:

a) w ł a s n o ś c i cie kł e go metalu, b) w ł a s n o ś c i f o r m y odlewniczej, c) w a r u nk i o d l e w an i a metalu do formy.

A nal i ty cz ne ujęc ie w p ł y w u w s z y s t k i c h p a r a m e t r ó w n a lejn oś ć jest trudne.

P rz yk ł a d e m są c h o ćb y znane w z o r y A. P o r t e v i n a i P. B a s ti en a c zy N.G. Gir- sżow i cz a [

3

o kr eś l an ia lejności p o l e ga j ą n a pomiarze d ługości kanału specjalnej f or­

my, w yp eł n i o n e g o przez c ie kł y metal. R ó ż n i ą się od siebie t y p e m k a n ał ów (spiralne, proste), k s z t a ł t e m i w y m i a r am i pr ze k ro ju popr ze c zn eg o kana łó w oraz m a t e r i a ł e m formy (masa piaskowa, fo rm a skorupowa, k o k i l a ) . Szereg p r z y k ł a d ó w pr ób lejności p r z ed s ta wi on o w pracy [4].

N aj sz e r s z e za st osowanie z nalazło określanie lejności przy użyciu próby spiralnej [l5,19-24j. N a le ży do n i c h zno rm a li zo wa n a

u

K ło cz n ie wa [

3

26

O s o b ną g r u p ę pr ób lejności st a no wi ą p r ó b y p ol eg a ją ce na zasysaniu m e ­ talu do p i o n o w y c h kanałów, w y k o n a n y c h w masie formierskiej [

4

W p r z y p ad k u żeliwa, de cy d uj ąc y w p ł y w n a l e j n oś ó wywie ra ją : skład che ­ m ic z ny m e ta lu oraz stop i eń p r ze gr z an ia i te mp e r a t u r a cie kł e go żeliwa w mo­

mencie w l e w a n i a go do f o r m y odlewniczej.

2. Bada ni a włas ne

B a d a ni a l ejności żeliwa pr z ep r o w a d z o n o dwoma metodami: pr zy za st os o wa ­ niu p r ób y spiralnej o w y m i a r a c h o k r e ś l o n y c h n o r m ą P N-

6 1

W u k ł ad zi e w l e w o w y m formy o dtwarzającej spiralę lejności w p r o w a d z o n o k il ka zmian, m a j ą c y c h na celu u n i e m o ż li w ie ni e prze do s ta ni a się żużla do f or my odlewniczej i zapewnienie p ow ta r za ln oś c i w a r u n k ó w p r z e p r o w ad ze ni a badań. Z m iany te, pr ze d st aw io n e na rys. 1 są następujące:

a) z a s to so w an o d o d a tk o wą n a ds ta wk ę na lejku wlewowym, w której g r om a dz ił a się zawsze j ed na k ow a ilość metalu; n a d m i a r metal u s pł yw a do tzw. p i e r ­ ścienia przelewowego;

b) zast o so wa no k o r ek z a t yk aj ąc y w l e w g ł ó w n y przez okres czasu potrzebny do w y p e ł n i e n i a m e t a l e m lejka w l e w o w e g o i z bi o rnika nadstawki,

c) w związku z z a s t os o wa ni em ko rk a zmieniono kanał w filtrze za k ła d a n y m do f or my z w a l c o w e g o n a stożkowy.

Ponadto zasto so wa n o w formie, nie przew id zi a ne w n ormie odpowietr ze ni e ,p o legające n a odfor m ow an iu w górnej połówce f or my pi o nowego otworu, łączące­

go ko niec k anału spirali z atmosferą. N al eż y dodać, że zarówno nadstawki, jak i fi ltry wy k on y w a n o z takiej samej masy, jak f or m y do b a da n ia l e j n o ­ ści. Sk ł ad m a s y (samoutwardzalnej sypkiej) był następujący:

P o r ó w n a n i e w y n i k ó w p r ó b y l e j n o ś c i . . 9 9

p i a a e k kwa rc o wy chromalit

szkło wodne, rodzaj 145 bentonit k r a j o w y w o d a

- 100

2

- 6

2

cz. cięż * cz. cięż.

cz. cięż.

cz. cięż.

cz. cięż.

r.ys. 1, Gó rn a p o ł ó w k a f ormy do bad a­

n ia lejności m e t o d ą spiralną, zmody­

f i k o w a n ą p rzez a u t o ró w 1 - gó rn a p o ł ó w k a formy, 2 - kanał odpowietrzający, 3 - filtr, 4 n a d - stawka, 5 - zb io r ni k nadstawki, 6 -

p i e r śc i eń przelewowy, 7 - ko r ek

Rys. 2. Schemat s t a n o w i s k do b a d a n i a l e j ­ ności m e t o d ą z a sysania

Masę p r z y g o t o w y w a n o w labora- ryjnej m i e s z a r c e krąż ni ko we j ty p u S i m p so n o p o j e m n o ś c i misy 10

o

d c m . F o r m y z a l ew a no m e t a l e m n a ­ stęp n eg o dnia po i ch wykona ni u , czas, jaki u p ł y n ą ł od c h wi l i w y ­ k o n a n i a f o r m do i c h zalania, w a ­ h ał się w g r a n i c a c h od 20 do 25 g odzin. Z k a ż de go w y t o p u z a le wa ­ no 5 f o r m do o k r e ś l a n i a lejności.

J ak o m i ar ę lejności, o kreślonej p rz y u ż yciu p r ó b y spiralnej przy jęto dług o ść odlanej spira li w mili m et ra ch .

Określ en i e le jn oś ci m e t o d ą za­

sysa ni a do p i o n o w y c h r u r k w a r c o ­ w y c h p r ze p r o w a d z o n o n a s p e c j a l ­ n ie z b u d o w a n y m stanowisku, k t ó ­ r e g o schemat p r z e d s t a w i o n o n a r y ­ sunku 2. Zestaw do p o m i a r u lej - n ości skła d ał się z t r z e c h r u r kwarco wy ch , u m o c o w a n y c h w s p e c j a l n y m uchwycie, k t ó ­ ry m o ż n a było prz es uw a ć w zd łu ż pi onowej pr o wa d n i c y statywu. R u r y u m i e s z c z o n e na o bwodzie k o ł a o śr ednicy 60 m m i p r z e s u n i ę t e w z g l ę d e m siebie o kąt 120°, p o ł ą c z o ­ ne by ły gum o wy mi p rz e wo da mi z r oz dz i el ni ki e m, k t ó r y z kolei p o ł ą cż on y był p r z e w o ­ d e m ze z b i o r n i k i e m p od ci ś­

n i e n i o w y m o obj ę to śc i ok.

60 dcm^. Z b i o rn ik te n zasto­

sowano w celu z a pe wn i en ia s tałego p o d c i ś n i e n i a przez o kres czasu p o t r z e b n y do za-

ss ania metalu. W p r z e w ó d łączący r o z d z i e l n i k ze z Di ornikiem w b u d o wa ny był zawór elektr o ma gn et y cz ny , k tó r y zapewniał zawsze j ed nakowy czas noracze - ni a z b i o r n i k a p o d ci śn ie n io we go z rurami kwarcowymi. W ba da n ia ch zastosowa­

no rury o 'rednicy wewnętrznej 4,9 + 0,1 mm, średnicy zewnętrznej 7,0 - 0,2 m m i dłu go śc i 1000 — 5 mm.

B adanie lej no śc i meto dą zasysania pr ze pr ow a dz an o w następujący sposób.

Po s p us zc ze n iu n e ta l u z p ieca do kadzi, podsta w ia no kadź pod s t at yw z r u ­ rami kwarcowymi, zg ar niano żużel z powierzchni metalu, a na st ęp n ie zanu­

rzano rur y na gł ęb o ko śc i 30 4 50 min. Po wytrzymaniu, rur w c i e kł y m metalu przez okres 5 seku nd ok. otwierano zawór elektro'— gnetyczny łączący rury k warcowe ze z b i o r n i k i e m p od ci ś n i e n i o w y m i nastę po wa ł o zasysanie metalu. Zar- sysanie pr ze p r o w a d z o n o w k a ż d y m p rz ypadku p r z y p o d ci śn ie n iu 300 mm H g . J a ­ ko m iarę lejności okr ei lo n o metodą za s ysania przyjęto wy so ko ś ć zakrzepnię­

tego sł up a m e t a l u T p o m n i ej sz o ne go o głę b ok oś ć zanurzenia rury kwarcowej w metalu.

Żeliwo w y t a p i a n o w b e z rd ze ni o wy m piecu i nd uk c yj ny m o częstotliwości 2500 Hz. Po s pu s zc ze ni u metalu z pieca do kadzi, kadź p o dstawiano na sta­

n o w i sk o do b a d a n i a lejności m et o dą zasysania i pr ze prowadzano pomiar. W m omencie p r z e p r o w a d z a n i a tego b a d a ni a dokonywano pomiaru temp er at u ry c i e ­ k łego metal u t e r m o p a r ą zan ur ze n io wą PtRh-Pt. N as tępnie zalewano 5 for m z p róbami s piralnymi lejności.

B a da ni a le jności pr ze pr o wa dz on o dla żeliwa n i s k oa lu mi n io we gc ZiA18;ni- s k o a l u m i n i o w o - c h r o m o w e g o ZlAl6Cr i n i a k o a l u m i n i o wo - kr ze mo w eg o ZlAl6Si, o składzie c h e m i c z n y m z g o dn ym z P N - 7 0 / H - & 3 1 12. Żeliwo przegrzewano w tyglu p i e c a do t e m p e r a t u r 1400, 1450, 1500 i 1550°C. Dla każdego rodzaju żeliwa i każdej z t y c h t e m p e r a t u r p r z e pr ow a dz on o po tr zy wytopy.

Na rys. 3 przedst aw io n o zależ­

n oś ć lejności b a d a n y c h rod z aj ów żeliwa od te mperatury p r z e g r z a ­ ni a metalu w niecu, u z y s k a n ą przy stosowaniu próby spiralnej. War­

tość lejności dla danej t e m p e r a ­ tury są średnimi arytmetycznymi z długości zalanych spiral, przy c z y m w obl ic ze ni a ch pom ij a no n a j ­ n iższe w y ni k i lejności, które w sposób jaskrawy o d o i e ga ły od p o ­ zostałych, Na rys. 4 p rz edstawio no wyniki bada n ia lejności przy u życiu ru r kwarcowych.

Porównanie w y n i k ó w po m ia ró w lejności, pr z ep r o w a d z o n y c h meto- t ą próby spiralnej i metodą za­

sysa ni a przedsta w io no w tablicy 1 Rys. 3. Zależność lejności żeliwa od

temperatury pr ze g r z a n i a metalu w pie­

cu; lejnośó m i e r z o n a p ró bą spiralną

P o r ó w n a n i e w y n i k ó w p r ó b y l e j n o ś c i . . 1 0 1

wart o śc i lejności w przypadku żeliwa p r ze g r z a n e g o do t e m p e r a t u r y 1400 IJC p r « * . y j j a k o 100i».

Rys. 4. Zależności lejnoścl ż e li wa od t e m p e ­ r atury p rz eg r z a n i a me talu w piecu; badanie

lejności m e t o d ą zasysania

T a b l i c a 1

Porównanie w y n i k ó w p o m i a r ó w lejności

M e t o da pomiaru

T em pe r a t u r a p r ze gr za n ia

°C

W ar to ść lej no śc i w

%

6

6

P ró ba sp iralna

1400 100 100 100

1450 117 226 124

1500 142 259 139

1550 152 360

168

M et od a z as ysania

1400 100 100 100

1450 105 104 107

1500 107 107 108

1550 115 111 117

3. Wnioski

N a po ds t aw ie w y n i k ó w p r ze pr o w a d z o n y c h b a d a ń stwierdzono;

Obydwie m etody p o z w a l a j ą n a uc hw yc e ni e zmian lejności, w y n i k a j ą c y c h z r ó ż n y c h t e m p e r a t u r p rz eg r z a n i a metalu.

P ow ta r z a l n o ś ć w y n i k ó w jest lepaz a w p rz ypadku próby z a s y s a ni a n iż p r ó ­ by spiralnej; w y n i k a to z możliwo śc i dokładniejszej stab i li za cj i w a r u n k ó w nomi ar u (pomiar jest pr ze p r o w a d z a n y równ oc ze ś ni e w t r z e c h r u r a c h k w ar co ­ wych). W przypadku p ró by spiralnej zd ar za ł y się (pomijając n ie wi e l k i spa-

dek t e m p e r a t u r y żeli wa w czasie z al ew a ni a pięciu form) trudne do w y t ł u - m a c z e n i a o d c h ył ki w y n i k ó w po sz c z e g ó l n y c h pró b od w a r t oś ci średnich, s p o ­ w o d o wa ne p r aw do p o d o b n i e drobnymi n i e d o k ł a dn oś ci a mi w y k o na ni a formy.

Z aletą próby spiralnej są w i ę ks ze róż ni ce w a r to ś ci w s k a ź n i k a , u z y s k i w a ­ ne p rz y r ó ż n y c h t e m p e r a t u r a c h p r z eg rz an i a metalu; próba ta jest więc b a r ­ dziej "czuła" na z m i an y lejności żeli wa niż meto da zasysania.

LI T ER A T U R A

[ 1 1 P od r zucki C., K a l a t a C. - M e t a l u r g i a i od lewnictwo żeliwa. W y d a w n i c ­ two "Śląsk", Katowice, 1971.

[

2

T 3 | K ł o c z n i e w N.I. - Litiejnyje s woistwa czuguna, M aszinostrojenie, M o ­ skwa, 1968.

[

4

[ 5j R y ż i k o w A.A. - T i e o ri e ti cz ie s ki je o sn ow y l itiejnowo proizwodstwa, Maszgiz, M o s k w a - Swierdłowsk, 1954-

L 6 J Pf ibyl I. - T i e o r i a li t ie j n y c h processow, Mir, Moskwa, 1967.

[

7

[ 8 ] B i e r g P.P. - Kaczi e st wo litiejnoj formy, M a s z i n o s t r o j e n i e ,M o s kw a 1971 [ 9 J W e b s t e r P.D. - Foundrym., 12, 1965, 470.

[io"| S t a sj u k G.F., Jobkowsłd. S.A., No w i c k a j a R.M. - Lit. Proizw. 4, 1970, 46.

[

1 1

[

1 2

1 3

[

1 4

[

1 5

£

1 6

[

1 7

1 3

[

1 9

(20J C h o r o s z i e w J.J., Such o ti er in E . W . , Kiecznic R.J., B o ry szewskij Ł . M . : Lit. Proizw., 11, 1970, 45.

[

2 1

[ 22J K o g a n Ł.B., Ka ^ ti e j n i k S.K., O st r ow i e r c h o w A.W., Gorbulskij G.F. - Lit. Proizw., 12, 1968, 29.

[

2 3

R ą c z k a J . , Lewan d ow sk i K. - Prace I.O., 1, 1968, 1.

P N- 61 /H - 04 67 7. B a d a n i a t e ch no lo g ic zn e żeliwa. Próba lejności.

j

[27] G r u z ny ch I . W . , K oc zk a r i e w a G.P. - L itiejnyje swoistwa żaropro cz n yc h spławów, Mietałłurg iz d at , Moskwa, 1963-

[24 [25

[

P o r ó w n a n i e w y n i k ó w p r ó b y l e j n o ś c i . 1 0 3

28 N ie ch e nd zi J.A., Girszow i cz N.G., J e g o r o w E.J. - Zawodsk a ja Laborato rija, 1, 1955- 66.

Í291 D r u j a n M . A . , Dobrowoslklj 1.1. - Zawods k aj a Laboratories, 12, 1968, L J 1532.

CPABHEHKE PECYJIbTATOB MCIIblTAHHH H A 3KHHK0TEKYHECTb MOflHíHUHPOBAHHhilií M E T O D O M CrfflPAJM H M E T O D O M 3AC0CA

P e 3 io M e

B c T a T b e flaeTca c p a B H e m i e pe3yju>TaT0B H 3 M e p e H n K aHflKOTeKyqecTu HH3Koaaio- M H H a e B o r o v y r y H a Moj;n<JinmapoBaHHiiiM m s t o^o m c n a p a j m h M e t o ^ o M 3 a o o c a w e i a j w a b pepTHKaJibHHe KBapneBbte T p y S n . HcojieflOBaHHH n o K a 3 a j m , *j t o o 6 a Meiofla n o - 3bo ji« >t oóHapyacHBaTt ¡i3MeHeHHe jsHflKOieKyiecTH, BBJiaioneeoH cneflOTBHeM p a 3 - j i h v h h x T e M n e p a i y p riuperpeBa M e ia - o a . BoonpoH3BOflHMooT& H3aepeHi;S H B x a e T o a

■nytraeił b cjiyqae M erona 3 a e o o a , a Oojiee tiyaoismeJiLHOñ k H3MeHeHMM i H A K O T e -

¡cyveciH aBJiaeica M eiofl cirapaJtH.

THE C OM P AR IS ON OP THE P L ’JIDI T Y TE ST DAT A BY T H E M O D I F I E D S PI R AL - A N D S U C C KI N G M E T H O D E S

S u m m a r y

In the p a p e r the dat a of l o w - a l u m i n i u m oast ir pn f l u i di t y m e a su re m en ts by the m o d i f i e d spiral a nd metal s u cc k i n g to the v e r t i c a l quartz tubes methodes are c o m pa re d. T he experi me nt s ha ve shown that b o t h m e t h o d e s allow to c h ec k the f l u i d i t y changes, o c c ur in g f r o m the different tem pe ra tu r es of metal ove r he at in g . The r e p e t i t i o n of the same da ta is b e t t e r in the ca­

se su cc k i n g method, but more s ensible f o r fl u id i t y changes is spiral test.