1. Definicje ogólne.
Odlew – produkt uzyskany przez wypełnienie formy odlewniczej ciekłym stopem odlewniczym.
Forma odlewnicza – zespół elementów, które po złożeniu tworzą wnękę o kształcie odpowiadającym kształtowi odlewu. Formy odlewnicze można podzielić:
A. Według krotności użycia na:
· Jednorazowe – przeznaczone do jednokrotnego użytku;
· Półtrwałe – przeznaczone do parokrotnego użytku;
· Trwałe – przeznaczone do wielokrotnego użytku;
B. Według rodzaju tworzywa na:
· Piaskowe;
· Metalowe;
· Z innych tworzyw (np.: cementowe, gumowe).
Tworzywa na formy odlewnicze = tworzywa formierskie = materiały formierskie – są to wszystkie surowce, materiały i produkty, które pośrednio i bezpośrednio wykorzystuje się do wykonywania i wykończania form odlewniczych. Jednak określenie „materiały formierskie” odnosi się zwykle tylko do tworzyw stosowanych do wykonywania form piaskowych.
Masa formierska – przerobiona w określony sposób mieszanina różnych materiałów formierskich dobranych w odpowiedniej proporcji. Cały czas zwiększa się liczba mas, które nadają się do wykonywania i formy i rdzeni, dlatego też zanika tradycyjny podział mas na: formierskie i rdzeniowe.
Nazewnictwo mas: np.: Masa z bentonitem, masa z olejem, a nie: masa bentonitowa czy masa olejowa. Nazwa typu „masa bentonitowa” sugeruje, że podstawowym składnikiem jest bentonit, co jest nieprawdą.
Osnowa – główny, sypki składnik masy formierskiej. Jest to przeważnie minerał o określonym składzie mineralogicznym, chemicznym i ziarnowym (np.: piasek kwarcowy). Niekiedy osnowa jest mieszaniną różnych minerałów, np.: piasków chromitowego i cyrkonowego. Jeżeli główny składnik ma ziarna większe od 0,02 mm, określa się go jako „osnowa piaskowa”.
Materiał wiążący, czynnik wiążący – element nadający sypkiej osnowie określoną wytrzymałość mechaniczną, umożliwiającą otrzymanie odlew o założonych kształtach i wymiarach. Materiałami wiążącymi są: lepiszcze, glina formierska, spoiwo. Są przypadki, w których osnowa jest równocześnie materiałem wiążącym, np.: gips.
Do czynników wiążących zalicza się: podciśnienie, pole elektromagnetyczne, minusową temperaturę.
Piasek formierski - kwarcowa skała osadowa (najczęściej sypka), charakteryzująca się właściwościami, które predysponują ją do sporządzania mas formierskich. Obecnie najkorzystniejsze uznaje się złoża piasków formierskich składające się z ziarn samej kwarcowej osnowy piaskowej. Materiał taki określa się jako „piasek kwarcowy”. Jeżeli obok osnowy piaskowej znajduje się „lepiszcze” – naturalny materiał wiążący (ziarno do 0,02 mm) wtedy surowiec taki określa się mianem „piaskiem naturalnym”.
W przypadku piasków o osnowie innej niż kwarcowa, nie stosuje się nazwy „piasek formierski”. Tylko wymienia się materiał, np.: piasek cyrkonowy, chromitowy, grafitowy itp.
Glina formierska – naturalny materiał wiążący, o dużej zawartości minerałów ilastych i o określonym składzie ziarnowym.
Spoiwo – surowiec, materiał albo produkt organiczny lub nieorganiczny wykazujący zdolność wiązania ziarn osnowy.
Powłoka – materiał lub mieszanina materiałów w stanie sproszkowany, ciekłym lub w postaci pasty, nanoszony cienką warstwą na powierzchnię rdzenia lub wnęki formy. Wyróżnia się powłoki:
· Ochronne;
· Aktywne
· Wzmacniające;
· Adsorbujące.
2. Podział mas i reprezentatywne technologie wykorzystujące rodzaje, gatunki o odmiany mas.
Masy można podzielić według:
5. przeznaczenia:
· do odlewów staliwnych [MST]
· do odlewów żeliwnych [MŻ]
· do odlewów z metali nieżelaznych [MN]
2. zastosowaniu przy formowaniu:
a) formierska [MF]:
· przymodelowa [MFP]
· wypełniająca [MFW]
· jednolita [MFJ]
b) rdzeniowa [MR]
3. stopnia zużycia:
· wyjściowa [MA]
· używana [MU]
· odświeżona [MO]
· zużyta [MX]
4. składu, sposobu wiązania i konsystencji:
· z materiałami wiążącymi:
o z lepiszczem
§ klasyczne [MK]
§ specjalnie [MKS]
o ze spoiwami
§ utwardzane w temperaturze otoczenia:
· samoutwardzalne [SMS i CMS]
· szybkoutwardzalne [SMSz CMSz]
§ wiążące w podwyższonej temperaturze
· szybkowiążące [SMT i CMT]
· wolnowiążące [SMW i CMW]
· bez materiałów wiążących:
o suche [SMB]
o wilgotne [WMB]
5. generacji:
· I generacji – materiał wiążący: lepiszcze;
· II generacji – materiał wiążący: spoiwo;
· III generacji – bez materiałów wiążących (wiązanie fizyczne);
· IV generacji – masy wiązane za pomocą biopolimerów.
3. Metody oznaczania lepiszcza oraz składu ziarnowego piasków pod względem wielkości, jednorodności i kształtu.
Oznaczanie zawartości lepiszcza opiera się na prawie Stokesa, które mówi nam o prędkości opadania cząstki w cieczy.
Zasada pomiaru polega na odmyciu lepiszcza z powierzchni ziarn osnowy i następnym oddzieleniu z wykorzystaniem prawa Stokesa. Oddzielanie odbywa się na drodze dekantacji lepiszcza z nad ziaren osnowy.
Przeprowadzanie: próbka 120-130g materiału, suszenie w 105-110°C, odważenie 50±0,1g, wsypanie do szklanego słoja, zalanie 475 cm3 wody wodociągowej oraz 25cm3 3% roztworu NaOH, mieszanie w aparacie LSz1 przez 5 minut. Po zakończeniu mieszania spłukać mieszadło, napełnić słój do poziomu 150mm, odstawić na 10 min. Po tym czasie przeprowadzić dekantację lewarem Ø6mm do poziomu 25mm. Po dekantacji ponownie się wlewa wodę (silnym strumieniem) do górnej kreski, odstawia się na 10 min i ponownie dekantuje. Każde następne odstawianie trwa 5 min. Dekantacje przeprowadza się do czasu uzyskania klarownej cieczy nad obmytymi ziarnami. Pozostałą osnowę, przenosi się za pomocą tryskawki na sączek, suszy się w 105-110°C oraz waży z dokładnością 0,1g.
Operację przeprowadza się dla drugiej, 50g próbki.
Wynik oznaczenia podaje się w [%] ze wzoru A=(B-b)*100/B [%]
Gatunki piasku:
· 1K – zawartość lepiszcza: <0,2%
· 2K - <0,5%
· 3K - <1,0%
· 4K - <2,0%
· 5K – 2-8%
· 6K – 8-15%
· 7K – 15-35%
Skład ziarnowy piasków (wielkość, jednorodność, kształt).
Wielkość. Największe zastosowanie w odlewnictwie, umożliwiające scharakteryzowanie ziarn pod względem wielkości, znalazły następujące parametry:
· liczba ziarnistości L;
· średnia geometryczna dg;
· średnia arytmetyczna da;
· średnia harmoniczna dh;
· średnia wielkość ziarna d50;
· mediana dm
· numery sit, na których zebrała się frakcja główna;
· reprezentatywna średnica ziarna dr.
Średnia geometryczna wyraża się wzorem:
Średnia arytmetyczna:
xi – odsiew przeliczony w procentach
di – średnia wielkość ziarn zbierających się na danym sicie.
Średnia harmoniczna:
xi – odsiew przeliczony w stosunku do jedności.
Podział: żwirek, gruby, średni drobny, bardzo drobny, miałki.
Jednorodność osnowy określają:
· wartość frakcji głównej Fg;
· współczynnik rozdziału So;
· wskaźnik nachylenia Sk;
· stopień jednorodności GG;
Frakcja główna – suma odsiewów przeliczonych z trzech sąsiednich sit, na których zebrała się największa ilość osnowy.
Współczynnik rozdziału – wyznacz się na podstawie wykresu krzywej sum sporządzonego metodą AFS.
gdzie: P25 i P75 – prześwity oczek, odpowiadające sumie odsiewów przeliczonych 25% i 75% w μm.
Wskaźnik nachylenia – charakteryzuje nachylenie krzywej sum:
dm - mediana w μm.
Stopień jednorodności – różnica wartości sum odsiewów przeliczonych odpowiadających oczkom dla 4/3 d50 i 2/3 d50.
Podział: jednorodny Fg>60%, małojednorodny Fg=60-80%, niejednorodny Fg<60%
Kształt osnowy – ustala się za pomocą dwóch metod
· jakościowej (mikroskopowa);
· ilościowa (wskaźnik kształtu0.
Metoda jakościowa – opiera się na wzrokowej ocenie kształtu ziarn poszczególnych odsiewów osnowy piaskowej, oglądanych pod mikroskopem stereoskopowym.
Metoda ilościowa – miernikiem ziarn osnowy jest wartość wskaźnika kształtu Wk:
Sw – powierzchnia właściwa [m2/kg]
St – powierzchnia właściwa teoretyczna [m2/kg]
4. Właściwości technologiczne i termofizyczne mas formierskich i rdzeniowych.
Właściwości technologiczne:
· wilgotność;
· gęstość, gęstość pozorna, gęstość usypowa, gęstość stanie spulchnionym;
· odkształcalność;
· płynność;
· zdolność do odwzorowywania powierzchni;
· zdolność do zagęszczania się (zagęszczalność);
· przyczepność;
· osypliwość i ścieralność;
· przepuszczalność;
· wytrzymałość;
· skuteczność mieszania;
Właściwości termofizyczne (2 – oznacza tworzywo formy):
· ciepło właściwe c2 – J/(kg*K);
· współczynnik przewodzenia ciepła λ2 – W/(m*K);
· współczynnik wyrównywania temperatury (przewodzenie temperatury) a2 – m2/s;
· współczynnik akumulacji ciepła b2 – J/(s^(1/2)*m2*K);
...
GTAWLK