pobieranie: ciąga wykłady
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
METALURGIA I ODLEWNICTWO
Wadą procesu wielkopiecowego jest to że surówka zawiera bardzo dużo
węgla około 4%. Takiej surówki nie stosuje się do budowy maszyn.
Gazary – są to stopy odlewnicze, w których w czasie krzepnięcia w
formie odlewniczej tworzy się powierzchnia porowata o sterownej liczbie
porów.
WIELKOPIECOWNICTWO
Surowce do wytopu żelaza (surowce żelazonośne).
Ruda jest to mieszanina minerałów wydobywana w procesie górniczym
składa się z dwóch składników:
minerały żelaza,
skała chłonna (wapń, piasek kwarcowy).
Najważniejsze rudy żelaza:
magnetyt Fe3O 4 - sam minerał zawiera około 75% żelaza,
hematyt Fe2O3 - zawiera około 70% żelaza,
limonit nFe2O3*mH2O (uwodniony minerał) (70-63%,
syderyt FeCO3 =65% Fe
T: Redukcja pośrednia (wykorzystanie tlenku węgla).
Reduktorem jest tlenek węgla. CO2+C(2CO
3Fe2O3+CO(2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO(3FeO+CO2
FeO+CO(Fe+CO2
Reakcja bezpośrednia ma miejsce w wysokich temperaturach.
FeO+C(Fe+CO
Rozkład topników i tworzenie się żużla w wielkimpiecu.
Skała płonna to jest głównie krzemionka SiO2 , także tlenki glinu
Al2O3. Oba te tlenki mają wysokie temperatury topnienia.
Do takich skał płonnych dodaje się topników np.:
węglan wapnia CaCO3(CaO+CO2 w temperaturze około 800o C
nSiO2+mCaO(mCaO*nSiO2 - to jest żużel.
Istotną sprawą dla procesu jest stosunek m/n, który powinien wahać
się w granicach 1,3 do 2, czyli musimy mieć przewagę tlenku wapnia
m/n=1,3 do 2 - zasadowość żużla
Żeby pęcherzyk CO powstał musi być spełniona powyższa
nierówność.
pż- ciśnienie warstwy żużlu pg – ciśnienie gazu
(m – napięcie powierzchniowe kąpieli metalicznej
r – promień zarodka
Kp=pCO/a[C]*a[O]
pCO – ciśnienie jednostkowe CO
a – aktywność
Kp – stała równowagi
pCO=Kp*a[C]*a[O] pCO=Kp*[%C]*[%O]
Pęcherzyk tlenku węgla powoduje (wypływając na wierzch):
mieszanie kąpieli metalicznej i mieszanie żużla (potrzebne dla
wyrównania temp i składu chemicznego)
wydobywając się tlenek rozpuszcza w sobie azot i wodór
pęcherzyki wydobywając się z kąpieli metalicznej usuwają
zanieczyszczenia nie metaliczne.
Reakcja odsiarczania surówki: [S]+(O2-)((S2-)+[O]
Jeżeli stężenie krzemionki jest dość duże to tworzy łańcuch.
Odsiarczanie do 0,03% siarki w surówce.
Produkty wielkiego pieca :
surówka, która zawiera około 3,5 do 4,3% węgla, około 1,2 do 3,5%
krzemu, 0,1 do 2,5% manganu, fosfor waha się od 0,03 do 2,5%, siarka na
poziomie ok. 0,03%. Wysoka zawartość węgla i fosforu powoduje, że
surówka jest twarda i nie nadaje się do obróbki, i musi być
przerobiona (wada).
żużel, podstawowy składnik glino krzemiany wapnia, prawie 100%
żużla przerabia się na cement, ten który nie nadaje się na cement
przerabia się na watę żużlową.
gaz wielkopiecowy, zawiera ok. 20% tlenku węgla, zawiera także ok. 2%
wodoru. Gaz ten jest stosowany jako gaz palny.
FeCO3(FeO+CO2(
- piryt FeS =70% Fe FeS+1 ½ O2(FeO+SO 2 (
Syderyt i piryt rzadziej przerabiane, bo muszą być poddane operacji
prażenia.
2.Koks wielkopiecowy i topniki.
Rys. wielkiego pieca
Eksploatacja takiego pieca 10 do 12 lat.
T: Redukcja tlenku żelaza w wielkim piecu.
1.Spalanie węgla i wytwarzanie się atmosfery w wielkim piecu.
CS+{O2}({CO2} - ta reakcja dostarcza dużo ciepła.
{CO2}+CS⇄2{CO} - ta reakcja jest reakcją odwracalną.
Tlenek węgla CO (czad) jest gazem redukującym.
{CO2}+CS(2{CO} - reakcja Boudouarda.
2{CO}({CO2}+CS -reakcja Bella.
Rys. wykres procesu spalania węgla i wytwarzania atmosfery.
Utlenianie innych składników kąpieli metalicznej oprócz węgla.
W pierwszej kolejności utlenia się krzem dopiero po tym utlenia się
mangan.
[Si]+2[O]+2(O2-)((SiO44-) (2.4)
Aniony O- chętnie przyjmują inne kationy. To powoduje że żużel
staje się gęsto płynny, co powoduje że dyfuzja jest utrudniona. Aby
temu zapobiec musimy wprowadzić kationy metali dwuwartościowych
wapnia Ca2+. W rezultacie otrzymamy żużel rzadkopłynny.
[Mn]+[O]((MnO)
(MnO)(Mn2++(O2-)
Są jeszcze zanieczyszczenia takie jak (siarka, fosfor). Siarka powoduje
że stal jest krucha. Fosfor powoduje że stal jest krucha w temp
otoczenia, zawartość fosforu w stali zwykłej nie powinna przekraczać
0,05%, a w stalach lepszych 0,03%.
Zawartość fosforu do 0,15% w : stalach automatowych, stalach
trudnordzewiejących (z których buduje się konstrukcje przemysłowe
np. gdzie jest duże stężenie siarki, azotu w powietrzu itp.).Duża
zawartość fosforu powoduje utrudnienia w spawaniu. W procesie
Wielki piec musi posiadać trzy takie nagrzewnice. Nagrzewnica
działają dwustopniowo: nagrzewa oraz oddaje ciepło.
Temperatura powietrza od 600 do 800o .
Gąski- porcje surówki w celu odtransportowania jej.
ROZDZIAŁ 2
T: Przeróbka surówki na stal – proces stalowniczy.
Stalownictwo ma trzy zadania:
Podczas wytapiania surówki musi zmniejszyć zawartość węgla, krzemu
i manganu.
Zmniejszyć zawartość zanieczyszczeń czyli fosforu i siarki.
Usunąć gazy ze stali.
T: Utlenianie węgla.
W surówce jest 3,5 do 4,3% węgla. Stal musi mieć ok. 0,02% węgla.
[C]+[O]({CO}
Aby ta reakcja zaszła musimy rozpuścić tlen w reakcji metalicznej.
Reakcja hetero tlenowa – tzn. że powstaje nowa faza. Aby ta reakcja
była możliwa muszą być spełnione warunki:
pCO( pż+pf+pg+9,87*10-7*2(m/r
Surówki dzielimy na:
surówki przeróbcze – przerabia się w dalszym procesie na stale.
Zawierają więcej manganu od innych surówek, oraz mniej krzemu.
surówki odlewnicze – służą do przetapiania na żeliwo. Mniej
manganu, więcej krzemu.
surówki specjalne (syntetyczne) – są to bardzo czyste surówki.
Zawierają głównie żelazo i węgiel. Przeznaczone są do wytwarzania
żeliwa sfelidalnego, do odlewów utwardzonych na tzw. żeliwo
ciągliwe, na walce.
T: Wielki piec i urządzenia pomocnicze.
Rys. Wielkiego pieca.
Wielki piec jest chłodzony wodą, lej w nim obraca się o kąt 15 do
20o.
Metoda odpylania gazu:
odpylanie wstępne – przez zmianę kierunku przepływu
odpylanie wodne
odpylanie w elektrofiltrach
rys. nagrzewnica Cowper’a
Warstwa żużla odcina dostęp tlenu wdmuchiwanego do pieca od surówki.
Tlenki które ulegają redukcji krzemu to – tlenki tytanu, niklu,
wanadu, manganu.
Tlenki manganu ulegają redukcji, ale w stosunku do żelaza znacznie
trudniej. MnO (redukuje się bardzo trudno, dopiero po rozpuszczeniu w
żużlu).
Surówki zwierciadliste – zawierają od 10 do 20% manganu.
[Si] – ten krzem pochodzi z krzemionki zanieczyszczającej
minerał.Ulega częściowo redukcji: SiO2+C(Si+CO2 - ta redukcja ma
miejsce dopiero w żużlu. Reakcja edmotermiczna.
Tlenek niklu stosunkowo łatwo ulega redukcji, uzyskujemy prawie 100%
tlenku zawartego w minerale.
Tlenek wanadu bardzo trudno się redukuje.
Tlenek tytanu także się trudno redukuje.
Fosfor – nie tyle składnik co zanieczyszczenie. W rudach występuje
pod postacią tlenku P2O5 – ulega redukcji i rozpuszcza się w
surówce. Jego zawartość jest postacią klasyfikacji surówek. Oprócz
fosforu jako zanieczyszczenie występuje siarka (w koksie około 1,5%)
część siarki rozpuszcza się w surówce.
można obniżyć poprzez spalanie wodoru w tlenie, po wytopie dajemy pod
działanie próżni.
RYSUNEK
[%O]=KO√pO2
To równanie zależy także od składu chemicznego stanu. Stosowanie w
próżni w tym przypadku nic nie daje.
Odtlenianie stali.
Tlen rozpuszczony w stali powoduje kruchość i mniejszą odporność na
korozję.
Są 4 metody odtleniania:
metoda osadowa (odtlenianie stali) [O]+[Me]=(MeO)↑ Ten tlenek
powinien wypłynąć do żużla. Ta prosta metoda prowadzi do tego że
stale mają wtrącenia nie metaliczne w postaci tlenków.
Metoda dyfuzyjna. [O]+(Si)→(SiO2) [O]+(C)→(CO) Musi
być silnie zasadowy żużel. Na powierzchnię żużla możemy dodać
koksik lub żelazokrzem i wtedy maleje stężenie tlenu w żużlu.
(=[O]/(O)=const/T=const Wadą jest to że jest to proces długotrwały
i
Na powierzchni formy powstają ziarna zamrożone.
Następnie tworzy się strefa ziaren słupkowych.
Tworzą się ziarna wolne.
Tworzy się jama skurczowa (efekt niekorzystny).
Jama skurczowa ma powierzchnie silnie utlenioną, należy ją odciąć.
b) Metoda stali nieuspokojonej jest metodą oszczędnościową ponieważ
nie występuje jama skurczowa.
Rysunek
Stal wlewa się od dołu.
Tworzenie się ziaren zamrożonych.
Tworzą się ziarna słupkowe.
Wydzielają się pęcherzyki CO i wypływają ku górze.
Pęka zakrzepła warstewka i tworzy się cienka warstewka tzw. kalafior.
Aby ten proces ograniczyć (tworzenie się warstewki) zapobiega się
poprzez chłodzenie intensywne lub przykłada się płytę żeliwną.
Tworzy się wlewek stalowy, który w środku jest porowaty (wewnątrz
jest CO), ale za to nie mamy jamy skurczowej. W czasie obróbki łatwo
jest zgrzać te pęcherze i po nich śladu nie
[S]+(O2-)([O]+(S2-) - reakcja odsiarczania surówki
Warunki reakcji:
wysokie stężenie anionów tlenu w żużlu, żużel zasadowy
intensywne mieszanie kąpieli i żużla
wysoka temp (aby zmniejszyć napięcie powierzchni żużla)
kąpiel metaliczna powinna być odtleniona
( Reakcja odsiarczania odbywa się dopiero po odtlenieniu stali).
Usunięcie gazów.
W stali rozpuszczają się następujące gazy: [N]- azot, [H]- wodór,
[O]- tlen. Azot rozpuszcza się w kąpieli metalicznej w myśl reakcji
[%N]=KN√pN2 - prawo Sieverts’a.
KN- stała pN- ciśnienie cząstkowe azotu nad kąpielą
Azot powoduje że stal pęka. Zawartość azotu można obniżyć poprzez
poddanie surówki do próżni.
[%H]=KH√pH2
Obecność wodoru powoduje płatki śniegu, twarde i kruche, także
pęcherzy gazowych w czasie krzepnięcia. Zawartość wodoru
metodą coraz więcej produkuje się stali.
będzie.
Stal taka ma gorsze własności od stali uspokojonej:
mniejszą wytrzymałość
trochę bardziej krucha
bardziej podatna na korozję
Żeby zmniejszyć jamę skurczową w stali uspokojonej stosuje się
nadstawkę żeliwną wypełnioną od środka materiałami
egzotermicznymi lub materiały o złym przewodnictwie cieplnym.(rys)
Aby materiał miał lepsze właściwości na rozciąganie i ściskanie
należy zburzyć strefę 2 (czyli powstawanie ziaren słupkowych)
poprzez walcowanie, obróbkę na gorąco, kucie.
Ciągłe odlewanie stali (COS) – tą metodą odlewa się tylko stale
uspokojone, eliminujemy jamę skurczową. Polega na tym że stal
krzepnie w tzw. krystalit orze, chłodzonym wodą. Krystalizator
wykonany jest z grafitu lub miedzi z chromem. Proces krzepnięcia
przyspieszony jest poprzez natrysk wodny.(rys)
Jest to proces energochłonny. Dopiero na samym końcu mamy niewielki
efekt jamy skurczowej gdy przerwiemy proces. Tą
wymaga cały czas podgrzewania
kąpieli metalicznej (kosztowny).
Metoda próżniowa [C]+[O]((CO) Reakcja bardzo szybka i czysta.
Wadą tej metody jest to że są kosztowne urządzenia próżniowe.
Metoda kombinowana (metoda żużli syntetycznych) [O]+[Me]=(MeO)(
Odlewanie stali.
Stale dzieli się na stale:
uspokojone
nieuspokojone
Do odtleniania służą:
żelazokrzem Fe-Si
żelazomangan Fe-Mn
końcowy odtleniacz aluminium Al
Stal nieuspokojona jest stalą odtlenioną nie do końca. Stal
uspokojona jest stalą odtlenioną do końca. Stal uspokojona w czasie
krzepnięcia nie wydziela gazu. Stal nieuspokojona w czasie krzepnięcia
wydziela mnóstwo gazu.
Proces krzepnięcia stali w odlewnictwie.
a)stal uspokojona (rys)
Proces krzepnięcia zależy od przechłodzenia.
wielkopiecowym fosfor łatwo się redukuje i przechodzi do surówki.
2[P]+3[O]+5[O2-](2(PO44-) -to jest reakcja wybitnie egzotermiczna
(2.6)
2[P]+3[O]+5[O2-](2(PO44-)-∆H (2.6)
Reakcje (2.4) i (2.6) to są główne źródła ciepła w czasie
wytapiania stali w konwektorach.
1250oC – temp topnienia surówki
1600oC – temp topnienia stali
Surówki zawierające znaczne ilości krzemu są przeznaczone do
odlewnictwa.
Żeby uzyskać niski poziom fosforu muszą być spełnione warunki:
żużel o wysokiej zasadowości czyli o dużym stężeniu O2-
niska temp
rozwinięta granica żużla z kąpielą
wadą jest to że PO44- rozkłada się w Mn2+, Fe2+ i cofa się z
powrotem do metalu (aby temu zapobiec musimy usunąć część żużlu).
Odsiarczanie stali.
Siarka powoduje kruchość na gorąco, pogarsza odporność na korozję.
Przez to obniżamy zawartość siarki od 0,05 do 0,15%.
Metody wytwarzania:
tradycyjne
specjalne
Zależy to od formy z piasku kwarcowego
1 –10 – tradycyjne
11 ( - specjalne
ok. 80 – 85% stopów (odlewów) – metody tradycyjne
ok. 15 – 20% stopów (odlewów) – metody specjalne
Dla metali kolorowych i szlachetnych proporcje te są odwrotne.
Przebieg wytwarzania odlewów w formach piaskowych:
RYS
Wybór płaszczyzny podziałowej i formy.
Kryterium:
Płaszczyzna podziałowa odlewu i formy powinna być dobrana tak aby
przebiegała przez największą powierzchnię przekroju odlewu.
Formy trwałe:
odlewanie w formach metalowych (kokilowe)
odlewanie ciągłe
odlewanie w formach półtrwałych np. szklanych
specjalne metody odlewania kokilowego
Najczęściej stosowane: 1,2
Formy trwałe w metodach ciśnieniowych:
odlewanie pod ciśnieniem
odlewanie niskociśnieniowe
odlewanie odśrodkowe (w formach wirujących)
odlewanie próżniowo – ciśnieniowe (zasysany metal)
specjalne metody odlewania pod ciśnieniem
prasowanie w stanie ciekłym (wyroby kompozytowe)
Najczęściej stosowane: 1,2,3
skurcz ciekły
skurcz krzepnięcia (pojawienie się jamy skurczowej lub rzadziny)
skurcz w stanie stałym
RYSUNKI!!!!!!!
Układ wlewowy:
Jest to system kanałów i zbiorników w formie, przez który
wprowadzany jest ciekły stop do formy.
Funkcje:
doprowadzanie ciekłego metalu w sposób ciągły i laminarny do wnęki
przeznaczonej na odlew
niedopuszczenie aby do wnęki przeznaczonej na odlew dostawały się
zanieczyszczenia
układ wlewowy powinien zagwarantować taki rozkład temperatury w
formie po jej zapełnieniu ażeby możliwe było jednoczesne lub
kierunkowe krzepnięcie odlewu.
funkcja zasilania układu wlewowego
formowanie w rdzeniach
formowanie pod wysokimi naciskami
proces CO2
SMS – sypkie masy samowiążące (formowanie)
Formowanie w ciekłych masach samowiążących CMS
Formowanie w żywicznych masach chemoutwardzalnych ŻMCH
Formowanie w żywicznych masach termoutwardzalnych ŻMT
Formowanie skorupowe
Najczęściej stosowane: 2,5,6,7,10,11
Formy ceramiczne:
proces wytapianych modeli (traconego wosku lub odlewnictwo precyzyjne)
proces Show’a
odlewanie w formach ogniotrwałych
specjalne metody odlewania w formach ceramicznych
Najczęściej stosowane: 1,2
Budowa najprostszego układu wlewowego:
misa wlewowa
wlew główny
belka żużlowa
wlew doprowadzający
RYSUNKI!!!!!
Przepływająca struga powoduje w formie piaskowej na początku lania
erozje, która powoduje zanieczyszczenie pierwszej części ciekłego
metalu.
Temat: Wymagania w stosunku do mas formierskich i rdzeniowych
3 grupy wymagań:
wytrzymałościowe
technologiczne
termofizyczne
Wytrzymałościowe:
Rc – wytrzymałość na ściskanie
Rg – wytrzymałość na zginanie
Rs – wytrzymałość na ścinanie
Rm – wytrzymałość na rozciąganie
Zależą one od:
ilości materiału wiążącego
stopnia zagęszczenia
rodzaju spoiwa
grubości ziarna piasku
Zmiany wynikające z dodatków technologicznych otworu zależą od:
średnicy otworu
odległości od ścianki
rodzaju materiałów
Pochylenie odlewnicze – jest to kąt, który zmieniamy z kąta
prostego na kąt ( po to aby nie uszkodzić modelu formy. Wartość tego
( zależy od wysokości żebra, rodzaju materiału z jakiego wykonana
jest forma oraz od formowania ręcznego i maszynowego.
Metodę na plus stosujemy w przypadku gdy na powierzchni zakładamy
obróbkę skrawaniem oraz dla ścianek cienkich 12mm>
Metody na minus stosowane są na powierzchniach nie obrabianych 12mm<
Metoda + - - ścianki nie są poddawane obróbce 8 – 12mm
żebra skurczowe nie grubsze niż 5mm
przewidzenie dodatku na skurcz
Zmiany:
Przewidzenie naddatków na obróbkę skrawaniem.
Przewidzenie naddatków technologicznych
Przewidzenie naddatków na skurcz
Czynniki:
Ad.1
Od wyboru metody wykonania odlewów
Na jakiej powierzchni dany naddatek jest przewidywany
RYS!!!!
Minimalny naddatek żeliwa musi mieć 2mm grubości
Ad.2
Wprowadzenie promieni odlewniczych likwidujących naderwania.
Klasy dokładności metod wytwarzania odlewów:
Metody zwykłej dokładności
Metody podwyższonej dokładności
Metody dokładne
Metody precyzyjne
Ad 1. Klasa IV – V
Ra 120 - 240(m Ra – gładkość powierzchni
Metody 1,2,4
Ad.2 Klasa IV – III
Ra 80 - 120(m
Metody 2-maszynowe,5,6,7,9,10, 5 – najdokładniejsza
Ad.3 Klasa III – II
Ra 40 - 80(m
Metody 13,16,17,21
Ad.4 Klasa I
Ra 10 – 20(m
Metody 20,12
Odlewnictwo:
Klasyfikacja metod wytwarzania odlewów.
w zależności od stopu jaki mamy wykonać
Kryteria:
ciśnienie wprowadzania metalu do formy
rodzaj formy
Metody wytwarzania odlewów:
Grawitacyjne:
formy jednorazowe
formy piaskowe
formy ceramiczne
formy trwałe
Ciśnieniowe
formy trwałe
Metody wytwarzania form:
Formy piaskowe:
w dołach formierskich lub wzornikami
formowanie na wilgotno ręczne
formowanie na sucho
formowanie w rdzeniach
formowanie pod wysokimi naciskami
proces CO2
SMS – sypkie masy samowiążące (formowanie)
Formowanie w ciekłych masach samowiążących CMS
Formowanie w żywicznych masach chemoutwardzalnych ŻMCH
Formowanie w żywicznych masach termoutwardzalnych ŻMT
Formowanie skorupowe
Najczęściej stosowane: 2,5,6,7,10,11
Technologiczne i termofizyczne:
Zależą od:
ogniotrwałości
płynności masy formierskiej
plastyczności masy formierskiej
gazotwórczości
przepuszczalności
podatności
wybijalności
płynność - jest to zachowywanie się masy formierskiej jak gęsta
ciecz (rozchodzenie się ciśnień w masie formierskiej podczas ubijania
możliwie najdalej)
plastyczność – aby forma nie pękała i odlewy się nie uszkadzały
gazotwórczość – im mniejsza tym masy są lepsze bowiem trzeba mniej
gazów odprowadzić z masy formierskiej (dotyczy to głównie mas
rdzeniowych)
przepuszczalność – wykonuje się w masie formierskiej nakłucia,
którymi wydostają się gazy do płaszczyzny podziału, a następnie na
zewnątrz (zależy to od ziarnistości, ilości lepiszcza, stopnia
zagęszczenia masy formierskiej)
ogniotrwałość – tzn., że masy formierskie nie powinny się
spiekać. Podczas spiekania tworzy się zeszklenie materiałów
utrudniające jego wybicie.
Składają się one z trzech różnych substancji:
Osnowa (w piaskowych – odlewnicze piaski kwarcowe)
Lepiszcza – materiały ilaste (gliny form)
Dodatki
Woda lub utwardzacz
Różnica między wymaganiami w stosunku mas formierskich do
rdzeniowych: trzykrotnie wyższe w stosunku do mas rdzeniowych niż do
mas formierskich.
Składniki mas formierskich klasycznych:
Piasek kwarcowy ~ 92%
Lepiszcze (bentonit) – 6%
Pył węgla kamiennego ~2% ~4÷6% w stosunku do sypkich
Woda
RYSUNEK !!!!!
Mostki powodują większą wytrzymałość (Rc, Rm ...) ale zmniejsza
przepustowość.
Film z materiału iloastego który powstaje w wyniku mieszania się z
wodą.
W czasie ubijania z piaskiem kwarcowym rośnie wytrzymałość mostków.
Zalety:
wysoka wytrzymałość
dobra przepuszczalność
nie przypala się do odlewu (przez zwiększenie gazotwórczości)
łatwo ulega rozkładowi
dobra podatność
dobra wybijalność
piasek kwarcowy |
żywica (nowolakowa) | Hotbox
utwardzacz (urotropina) | ŻMT – żywiczne masy termoutwardzalne
środki zwilżające |
Zalety:
niższe zużycie
przepuszczalność
nie przypala się do odlewu
podatność wybijalność
wykorzystanie ich w procesach mechanicznych jest bardzo wysokie
Wady:
gazotwórczość
Dla żywicznych MT oprzyrządowanie musi być metalowe.
W rezultacie otrzymujemy:
4 – 5 krotnie większą wytrzymałość mas klasycznych
małą gazotwórczość
dużą przepuszczalność
wady:
złą wybijalność
małą podatność
przypiekanie się masy do odlewu.
W procesie CO2 odlewy są znacznie dokładniejsze
Klasyczny SMS:
Masą złożoną z:
Piasek kwarcowy ~90% |
Szkło wodne ~4÷8% | - SMS – sypkie
| masy samo-
| utwardzalne
| (szybkoschnące)
Utwardzacz ~1÷2% |
Chromalit – utwardzacz - jest to drobno zmielony żużel
Pojawia się tutaj zjawisko żywotności zależne od ilości szkła
wodnego
podatność – dotyczy to przede wszystkim mas rdzeniowych. Chodzi tu o
podatność tych mas na skurcze materiału podczas krzepnięcia. Rdzeń
powinien umożliwić materiałowi kurczenie się.
wybijalność – nakład pracy jaki musimy włożyć ażeby rdzeń
usunąć z formy.
Czynniki uwzględniane przy właściwościach termofizycznych:
Cp – ciepło właściwe
Przewodność cieplna (
Pojemność cieplna bz
Współczynnik wyrównywania temperatury
Współczynnik akumulacji ciepła
Rodzaje mas formierskich
Masy klasyczne – spoiwem wiążącym są gliny formierskie lub
materiały iloste.
Masy specjalne – spoiwa organiczne i nieorganiczne.
Piece do wytopu żeliwa:
piec na paliwo stałe, ciekłe lub gazowe konkretnie żeliwniak na
paliwo stale
piece indukcyjne, łukowe
RYSUNEK ŻELIWNIAKA !!!!
Podstawowe materiały samonośne (które wsypujemy do pieca):
surówki wielkopiecowe ok. 11000C
złom żeliwny ok. 12000C
złom stalowy ok. 15500C
żelazostopy
koks
topniki – głównym jest kamień wapienny zawierający CaCo3
Najwyższą temperaturą w żeliwniaku jest 18000C.
Żeliwo zawiera zawsze 2,8÷3,3%C i ni chuja więcej ani mniej
Piasek kwarcowy |
Szkło wodne | CMS – ciekłe masy
| samowiążące
Utwardzacz | CMS są o
| konsystencji jogurtu
| itp.
Spieniacz | |
Cementowe – szkło
wodne zastąpione
cementem
Zalety:
bardzo dobra przepuszczalność
mała gazotwórczość
wysoka ogniotrwałość
wysoka wytrzymałość
Są to masy SMS, CMS, CMC, w których materiałem wiążącym są
materiały nieorganiczne (szkło wodne, cement)
Masy z materiałem wiążącym organicznym
Piasek kwarcowy |
Żywica (korbafur) | - Coldbox - MŻCH
| - masy żywiczne
| chematoutwardzalne
Utwardzacz |
Zalety SMS:
bardzo dobra przepuszczalność
mała gazotwórczość
wysoka ogniotrwałość
wysoka wytrzymałość
wady SMS:
łatwo się przypiekają
mają złą podatność
wysoki stan naprężeń
zła wybijalność
W miarę czasu pojawił się w SMS nowy utwardzacz. Nazywa się floster
i jest związkiem organicznym. Ulega degradacji w temperaturze ok.
2000C. Działa tak samo jak chromalit. Dzięki niemu pojawia się
wybijalność i podatność.
Regeneracja tych mas utwardzonych chromalitem jest bardzo trudna,
natomiast regeneracja SMS z flosterem jest o wiele łatwiejsza.
Dwie metody regeneracji:
mechaniczna – mielenie masy i mieszanie
termiczna – podgrzewanie do wysokiej temperatury i szybko chłodzi.
Wady klasycznych mas formierskich:
niskie właściwości wytrzymałościowe w stanie wilgotnym. Nadają
się do małych i lekkich odlewów oraz stopów mających niższą
temperaturę zalewania od innych.
W czasie odlewania ulega odkształceniu.
Zalety:
regeneracja i ponowne ich użycie nie powoduje najmniejszych trudności.
Pył węgla kamiennego zapewnia gładkość powierzchni poprzez
tworzenie filmu gazowego.
Masy formierskie inne:
Mas złożona :
Piasek kwar- |
cowy ~90% |
[[ | - Przedmuchiwane CO2.
Szkło wodne |
5÷12% [[ |
Tyglowe
Tygiel przechylny z materiału ogniotrwałego. Dookoła niego jest cewka
indukcyjna (rura miedziana) przez którą płynie prąd i woda. W wyniku
przepływu prądu wytwarza się zmienne pole elektromagnetyczne.
Uzwojeniem pierwotnym jest cewka, wtórnym jest wsad metaliczny (ciekły
lub stały). Powstają wtedy prądy wirowe, które przepływając przez
wsad powodują powstawanie ciepła. Rozkład pola elektromagnetycznego
zależy od częstotliwości. RYSUNEK!!!
Duże częstotliwości – mała pojemność pieca
Małe częstotliwości – duża pojemność pieca
Częstotliwości sieciowe – 50÷150 Hz
Częstotliwości średnie, wysokie – 500÷5000 Hz - drogie są
Pojemność pieca: 2÷7000 kg
Piece o czestotliwości 500÷5000 Hz powodują przesunięcie mocy
biernej w kierunku masy czynnej co trzeba zniwelować, a to wymaga
większego nakładu kosztów (regulacja współczynnika cosφ)
Piece:
Łukowe – wykorzystujące łuk elektryczny
Indukcyjne – wykorzystują indukcję magnetyczną
Oporowe – opór właściwy określa materiał (tylko wytapia się
metale nieżelazne)
ŁUKOWE:
Ze względu na zasilanie
pośrednie – jedno fazowe (ciepło – łuk elektryczny nie przechodzi
bezpośrednio przez wsad)
bezpośrednie – trójfazowe
RYSUNEK PIECA !!!!
pośrednie: nie stosuje się ich bo nierównomiernie obciążają linie
energetyczne
INDUKCYJNE:
tyglowe
kanałowe
Kanałowe:
W obu piecach musimy mieć kąpiel szczątkową. Są to piece o dużej
pojemności 10÷50t.
RYSUNEK PIECA !!!
Druga cewka (górna) jest po to, gdy dolna się zużyje. Obraca się
wtedy piec dolną chłodzi, odmontowuje i dokonuje napraw podczas gdy
druga pracuje.
Piec łukowy – układ duplex (z cewkami)
Krzepnięcie i kształtowanie się struktury odlewów w formie
Dwie metody:
krzepnięcie jednoczesne
krzepnięcie kierunkowe
Jednoczesne
odlewany stop o małym skurczu odlewu
odlewy mało odpowiedzialne
Kierunkowe:
dobieramy kształt układu wlewowego i jego wymiary
| Strata Si w stosunku do
| wsadu wynosi ~2,5%
W wyniku | Strata Mu w stosunku
| do wsadu wynosi ~20%
powinowactwa | P=const.
| S – w wyniku kontaktu
do tlenu | z paliwem (koksem
| 0,8÷1,5% S) następuje
| nasiarczenie żeliwa) –
| od 50÷100% przechodzi
| do żeliwa
Wydajność żeliwniaka:
750 kg?h?m2 przekroju
Temperatura żeliwa wynosi ok. 13500C
Piece elektryczne: temperatura 1600÷1650 i więcej (wypływ surówki)
łatwa obsługa
większy komfort ma obsługa
wyższa sprawność cieplna
mniejsze zanieczyszczenie atmosfery
ciąga wykłady
METALURGIA I ODLEWNICTWO
Wadą procesu wielkopiecowego jest to że surówka zawiera bardzo dużo
węgla około 4%. Takiej surówki nie stosuje się do budowy maszyn.
Gazary – są to stopy odlewnicze, w których w czasie krzepnięcia w
formie odlewniczej tworzy się powierzchnia porowata o sterownej liczbie
porów.
WIELKOPIECOWNICTWO
Surowce do wytopu żelaza (surowce żelazonośne).
Ruda jest to mieszanina minerałów wydobywana w procesie górniczym
składa się z dwóch składników:
minerały żelaza,
skała chłonna (wapń, piasek kwarcowy).
Najważniejsze rudy żelaza:
magnetyt Fe3O 4 - sam minerał zawiera około 75% żelaza,
hematyt Fe2O3 - zawiera około 70% żelaza,
limonit nFe2O3*mH2O (uwodniony minerał) (70-63%,
syderyt FeCO3 =65% Fe
T: Redukcja pośrednia (wykorzystanie tlenku węgla).
Reduktorem jest tlenek węgla. CO2+C(2CO
3Fe2O3+CO(2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO(3FeO+CO2
FeO+CO(Fe+CO2
Reakcja bezpośrednia ma miejsce w wysokich temperaturach.
FeO+C(Fe+CO
Rozkład topników i tworzenie się żużla w wielkimpiecu.
Skała płonna to jest głównie krzemionka SiO2 , także tlenki glinu
Al2O3. Oba te tlenki mają wysokie temperatury topnienia.
Do takich skał płonnych dodaje się topników np.:
węglan wapnia CaCO3(CaO+CO2 w temperaturze około 800o C
nSiO2+mCaO(mCaO*nSiO2 - to jest żużel.
Istotną sprawą dla procesu jest stosunek m/n, który powinien wahać
się w granicach 1,3 do 2, czyli musimy mieć przewagę tlenku wapnia
m/n=1,3 do 2 - zasadowość żużla
Żeby pęcherzyk CO powstał musi być spełniona powyższa
nierówność.
pż- ciśnienie warstwy żużlu pg – ciśnienie gazu
(m – napięcie powierzchniowe kąpieli metalicznej
r – promień zarodka
Kp=pCO/a[C]*a[O]
pCO – ciśnienie jednostkowe CO
a – aktywność
Kp – stała równowagi
pCO=Kp*a[C]*a[O] pCO=Kp*[%C]*[%O]
Pęcherzyk tlenku węgla powoduje (wypływając na wierzch):
mieszanie kąpieli metalicznej i mieszanie żużla (potrzebne dla
wyrównania temp i składu chemicznego)
wydobywając się tlenek rozpuszcza w sobie azot i wodór
pęcherzyki wydobywając się z kąpieli metalicznej usuwają
zanieczyszczenia nie metaliczne.
Reakcja odsiarczania surówki: [S]+(O2-)((S2-)+[O]
Jeżeli stężenie krzemionki jest dość duże to tworzy łańcuch.
Odsiarczanie do 0,03% siarki w surówce.
Produkty wielkiego pieca :
surówka, która zawiera około 3,5 do 4,3% węgla, około 1,2 do 3,5%
krzemu, 0,1 do 2,5% manganu, fosfor waha się od 0,03 do 2,5%, siarka na
poziomie ok. 0,03%. Wysoka zawartość węgla i fosforu powoduje, że
surówka jest twarda i nie nadaje się do obróbki, i musi być
przerobiona (wada).
żużel, podstawowy składnik glino krzemiany wapnia, prawie 100%
żużla przerabia się na cement, ten który nie nadaje się na cement
przerabia się na watę żużlową.
gaz wielkopiecowy, zawiera ok. 20% tlenku węgla, zawiera także ok. 2%
wodoru. Gaz ten jest stosowany jako gaz palny.
FeCO3(FeO+CO2(
- piryt FeS =70% Fe FeS+1 ½ O2(FeO+SO 2 (
Syderyt i piryt rzadziej przerabiane, bo muszą być poddane operacji
prażenia.
2.Koks wielkopiecowy i topniki.
Rys. wielkiego pieca
Eksploatacja takiego pieca 10 do 12 lat.
T: Redukcja tlenku żelaza w wielkim piecu.
1.Spalanie węgla i wytwarzanie się atmosfery w wielkim piecu.
CS+{O2}({CO2} - ta reakcja dostarcza dużo ciepła.
{CO2}+CS⇄2{CO} - ta reakcja jest reakcją odwracalną.
Tlenek węgla CO (czad) jest gazem redukującym.
{CO2}+CS(2{CO} - reakcja Boudouarda.
2{CO}({CO2}+CS -reakcja Bella.
Rys. wykres procesu spalania węgla i wytwarzania atmosfery.
Utlenianie innych składników kąpieli metalicznej oprócz węgla.
W pierwszej kolejności utlenia się krzem dopiero po tym utlenia się
mangan.
[Si]+2[O]+2(O2-)((SiO44-) (2.4)
Aniony O- chętnie przyjmują inne kationy. To powoduje że żużel
staje się gęsto płynny, co powoduje że dyfuzja jest utrudniona. Aby
temu zapobiec musimy wprowadzić kationy metali dwuwartościowych
wapnia Ca2+. W rezultacie otrzymamy żużel rzadkopłynny.
[Mn]+[O]((MnO)
(MnO)(Mn2++(O2-)
Są jeszcze zanieczyszczenia takie jak (siarka, fosfor). Siarka powoduje
że stal jest krucha. Fosfor powoduje że stal jest krucha w temp
otoczenia, zawartość fosforu w stali zwykłej nie powinna przekraczać
0,05%, a w stalach lepszych 0,03%.
Zawartość fosforu do 0,15% w : stalach automatowych, stalach
trudnordzewiejących (z których buduje się konstrukcje przemysłowe
np. gdzie jest duże stężenie siarki, azotu w powietrzu itp.).Duża
zawartość fosforu powoduje utrudnienia w spawaniu. W procesie
Wielki piec musi posiadać trzy takie nagrzewnice. Nagrzewnica
działają dwustopniowo: nagrzewa oraz oddaje ciepło.
Temperatura powietrza od 600 do 800o .
Gąski- porcje surówki w celu odtransportowania jej.
ROZDZIAŁ 2
T: Przeróbka surówki na stal – proces stalowniczy.
Stalownictwo ma trzy zadania:
Podczas wytapiania surówki musi zmniejszyć zawartość węgla, krzemu
i manganu.
Zmniejszyć zawartość zanieczyszczeń czyli fosforu i siarki.
Usunąć gazy ze stali.
T: Utlenianie węgla.
W surówce jest 3,5 do 4,3% węgla. Stal musi mieć ok. 0,02% węgla.
[C]+[O]({CO}
Aby ta reakcja zaszła musimy rozpuścić tlen w reakcji metalicznej.
Reakcja hetero tlenowa – tzn. że powstaje nowa faza. Aby ta reakcja
była możliwa muszą być spełnione warunki:
pCO( pż+pf+pg+9,87*10-7*2(m/r
Surówki dzielimy na:
surówki przeróbcze – przerabia się w dalszym procesie na stale.
Zawierają więcej manganu od innych surówek, oraz mniej krzemu.
surówki odlewnicze – służą do przetapiania na żeliwo. Mniej
manganu, więcej krzemu.
surówki specjalne (syntetyczne) – są to bardzo czyste surówki.
Zawierają głównie żelazo i węgiel. Przeznaczone są do wytwarzania
żeliwa sfelidalnego, do odlewów utwardzonych na tzw. żeliwo
ciągliwe, na walce.
T: Wielki piec i urządzenia pomocnicze.
Rys. Wielkiego pieca.
Wielki piec jest chłodzony wodą, lej w nim obraca się o kąt 15 do
20o.
Metoda odpylania gazu:
odpylanie wstępne – przez zmianę kierunku przepływu
odpylanie wodne
odpylanie w elektrofiltrach
rys. nagrzewnica Cowper’a
Warstwa żużla odcina dostęp tlenu wdmuchiwanego do pieca od surówki.
Tlenki które ulegają redukcji krzemu to – tlenki tytanu, niklu,
wanadu, manganu.
Tlenki manganu ulegają redukcji, ale w stosunku do żelaza znacznie
trudniej. MnO (redukuje się bardzo trudno, dopiero po rozpuszczeniu w
żużlu).
Surówki zwierciadliste – zawierają od 10 do 20% manganu.
[Si] – ten krzem pochodzi z krzemionki zanieczyszczającej
minerał.Ulega częściowo redukcji: SiO2+C(Si+CO2 - ta redukcja ma
miejsce dopiero w żużlu. Reakcja edmotermiczna.
Tlenek niklu stosunkowo łatwo ulega redukcji, uzyskujemy prawie 100%
tlenku zawartego w minerale.
Tlenek wanadu bardzo trudno się redukuje.
Tlenek tytanu także się trudno redukuje.
Fosfor – nie tyle składnik co zanieczyszczenie. W rudach występuje
pod postacią tlenku P2O5 – ulega redukcji i rozpuszcza się w
surówce. Jego zawartość jest postacią klasyfikacji surówek. Oprócz
fosforu jako zanieczyszczenie występuje siarka (w koksie około 1,5%)
część siarki rozpuszcza się w surówce.
można obniżyć poprzez spalanie wodoru w tlenie, po wytopie dajemy pod
działanie próżni.
RYSUNEK
[%O]=KO√pO2
To równanie zależy także od składu chemicznego stanu. Stosowanie w
próżni w tym przypadku nic nie daje.
Odtlenianie stali.
Tlen rozpuszczony w stali powoduje kruchość i mniejszą odporność na
korozję.
Są 4 metody odtleniania:
metoda osadowa (odtlenianie stali) [O]+[Me]=(MeO)↑ Ten tlenek
powinien wypłynąć do żużla. Ta prosta metoda prowadzi do tego że
stale mają wtrącenia nie metaliczne w postaci tlenków.
Metoda dyfuzyjna. [O]+(Si)→(SiO2) [O]+(C)→(CO) Musi
być silnie zasadowy żużel. Na powierzchnię żużla możemy dodać
koksik lub żelazokrzem i wtedy maleje stężenie tlenu w żużlu.
(=[O]/(O)=const/T=const Wadą jest to że jest to proces długotrwały
i
Na powierzchni formy powstają ziarna zamrożone.
Następnie tworzy się strefa ziaren słupkowych.
Tworzą się ziarna wolne.
Tworzy się jama skurczowa (efekt niekorzystny).
Jama skurczowa ma powierzchnie silnie utlenioną, należy ją odciąć.
b) Metoda stali nieuspokojonej jest metodą oszczędnościową ponieważ
nie występuje jama skurczowa.
Rysunek
Stal wlewa się od dołu.
Tworzenie się ziaren zamrożonych.
Tworzą się ziarna słupkowe.
Wydzielają się pęcherzyki CO i wypływają ku górze.
Pęka zakrzepła warstewka i tworzy się cienka warstewka tzw. kalafior.
Aby ten proces ograniczyć (tworzenie się warstewki) zapobiega się
poprzez chłodzenie intensywne lub przykłada się płytę żeliwną.
Tworzy się wlewek stalowy, który w środku jest porowaty (wewnątrz
jest CO), ale za to nie mamy jamy skurczowej. W czasie obróbki łatwo
jest zgrzać te pęcherze i po nich śladu nie
[S]+(O2-)([O]+(S2-) - reakcja odsiarczania surówki
Warunki reakcji:
wysokie stężenie anionów tlenu w żużlu, żużel zasadowy
intensywne mieszanie kąpieli i żużla
wysoka temp (aby zmniejszyć napięcie powierzchni żużla)
kąpiel metaliczna powinna być odtleniona
( Reakcja odsiarczania odbywa się dopiero po odtlenieniu stali).
Usunięcie gazów.
W stali rozpuszczają się następujące gazy: [N]- azot, [H]- wodór,
[O]- tlen. Azot rozpuszcza się w kąpieli metalicznej w myśl reakcji
[%N]=KN√pN2 - prawo Sieverts’a.
KN- stała pN- ciśnienie cząstkowe azotu nad kąpielą
Azot powoduje że stal pęka. Zawartość azotu można obniżyć poprzez
poddanie surówki do próżni.
[%H]=KH√pH2
Obecność wodoru powoduje płatki śniegu, twarde i kruche, także
pęcherzy gazowych w czasie krzepnięcia. Zawartość wodoru
metodą coraz więcej produkuje się stali.
będzie.
Stal taka ma gorsze własności od stali uspokojonej:
mniejszą wytrzymałość
trochę bardziej krucha
bardziej podatna na korozję
Żeby zmniejszyć jamę skurczową w stali uspokojonej stosuje się
nadstawkę żeliwną wypełnioną od środka materiałami
egzotermicznymi lub materiały o złym przewodnictwie cieplnym.(rys)
Aby materiał miał lepsze właściwości na rozciąganie i ściskanie
należy zburzyć strefę 2 (czyli powstawanie ziaren słupkowych)
poprzez walcowanie, obróbkę na gorąco, kucie.
Ciągłe odlewanie stali (COS) – tą metodą odlewa się tylko stale
uspokojone, eliminujemy jamę skurczową. Polega na tym że stal
krzepnie w tzw. krystalit orze, chłodzonym wodą. Krystalizator
wykonany jest z grafitu lub miedzi z chromem. Proces krzepnięcia
przyspieszony jest poprzez natrysk wodny.(rys)
Jest to proces energochłonny. Dopiero na samym końcu mamy niewielki
efekt jamy skurczowej gdy przerwiemy proces. Tą
wymaga cały czas podgrzewania
kąpieli metalicznej (kosztowny).
Metoda próżniowa [C]+[O]((CO) Reakcja bardzo szybka i czysta.
Wadą tej metody jest to że są kosztowne urządzenia próżniowe.
Metoda kombinowana (metoda żużli syntetycznych) [O]+[Me]=(MeO)(
Odlewanie stali.
Stale dzieli się na stale:
uspokojone
nieuspokojone
Do odtleniania służą:
żelazokrzem Fe-Si
żelazomangan Fe-Mn
końcowy odtleniacz aluminium Al
Stal nieuspokojona jest stalą odtlenioną nie do końca. Stal
uspokojona jest stalą odtlenioną do końca. Stal uspokojona w czasie
krzepnięcia nie wydziela gazu. Stal nieuspokojona w czasie krzepnięcia
wydziela mnóstwo gazu.
Proces krzepnięcia stali w odlewnictwie.
a)stal uspokojona (rys)
Proces krzepnięcia zależy od przechłodzenia.
wielkopiecowym fosfor łatwo się redukuje i przechodzi do surówki.
2[P]+3[O]+5[O2-](2(PO44-) -to jest reakcja wybitnie egzotermiczna
(2.6)
2[P]+3[O]+5[O2-](2(PO44-)-∆H (2.6)
Reakcje (2.4) i (2.6) to są główne źródła ciepła w czasie
wytapiania stali w konwektorach.
1250oC – temp topnienia surówki
1600oC – temp topnienia stali
Surówki zawierające znaczne ilości krzemu są przeznaczone do
odlewnictwa.
Żeby uzyskać niski poziom fosforu muszą być spełnione warunki:
żużel o wysokiej zasadowości czyli o dużym stężeniu O2-
niska temp
rozwinięta granica żużla z kąpielą
wadą jest to że PO44- rozkłada się w Mn2+, Fe2+ i cofa się z
powrotem do metalu (aby temu zapobiec musimy usunąć część żużlu).
Odsiarczanie stali.
Siarka powoduje kruchość na gorąco, pogarsza odporność na korozję.
Przez to obniżamy zawartość siarki od 0,05 do 0,15%.
Metody wytwarzania:
tradycyjne
specjalne
Zależy to od formy z piasku kwarcowego
1 –10 – tradycyjne
11 ( - specjalne
ok. 80 – 85% stopów (odlewów) – metody tradycyjne
ok. 15 – 20% stopów (odlewów) – metody specjalne
Dla metali kolorowych i szlachetnych proporcje te są odwrotne.
Przebieg wytwarzania odlewów w formach piaskowych:
RYS
Wybór płaszczyzny podziałowej i formy.
Kryterium:
Płaszczyzna podziałowa odlewu i formy powinna być dobrana tak aby
przebiegała przez największą powierzchnię przekroju odlewu.
Formy trwałe:
odlewanie w formach metalowych (kokilowe)
odlewanie ciągłe
odlewanie w formach półtrwałych np. szklanych
specjalne metody odlewania kokilowego
Najczęściej stosowane: 1,2
Formy trwałe w metodach ciśnieniowych:
odlewanie pod ciśnieniem
odlewanie niskociśnieniowe
odlewanie odśrodkowe (w formach wirujących)
odlewanie próżniowo – ciśnieniowe (zasysany metal)
specjalne metody odlewania pod ciśnieniem
prasowanie w stanie ciekłym (wyroby kompozytowe)
Najczęściej stosowane: 1,2,3
skurcz ciekły
skurcz krzepnięcia (pojawienie się jamy skurczowej lub rzadziny)
skurcz w stanie stałym
RYSUNKI!!!!!!!
Układ wlewowy:
Jest to system kanałów i zbiorników w formie, przez który
wprowadzany jest ciekły stop do formy.
Funkcje:
doprowadzanie ciekłego metalu w sposób ciągły i laminarny do wnęki
przeznaczonej na odlew
niedopuszczenie aby do wnęki przeznaczonej na odlew dostawały się
zanieczyszczenia
układ wlewowy powinien zagwarantować taki rozkład temperatury w
formie po jej zapełnieniu ażeby możliwe było jednoczesne lub
kierunkowe krzepnięcie odlewu.
funkcja zasilania układu wlewowego
formowanie w rdzeniach
formowanie pod wysokimi naciskami
proces CO2
SMS – sypkie masy samowiążące (formowanie)
Formowanie w ciekłych masach samowiążących CMS
Formowanie w żywicznych masach chemoutwardzalnych ŻMCH
Formowanie w żywicznych masach termoutwardzalnych ŻMT
Formowanie skorupowe
Najczęściej stosowane: 2,5,6,7,10,11
Formy ceramiczne:
proces wytapianych modeli (traconego wosku lub odlewnictwo precyzyjne)
proces Show’a
odlewanie w formach ogniotrwałych
specjalne metody odlewania w formach ceramicznych
Najczęściej stosowane: 1,2
Budowa najprostszego układu wlewowego:
misa wlewowa
wlew główny
belka żużlowa
wlew doprowadzający
RYSUNKI!!!!!
Przepływająca struga powoduje w formie piaskowej na początku lania
erozje, która powoduje zanieczyszczenie pierwszej części ciekłego
metalu.
Temat: Wymagania w stosunku do mas formierskich i rdzeniowych
3 grupy wymagań:
wytrzymałościowe
technologiczne
termofizyczne
Wytrzymałościowe:
Rc – wytrzymałość na ściskanie
Rg – wytrzymałość na zginanie
Rs – wytrzymałość na ścinanie
Rm – wytrzymałość na rozciąganie
Zależą one od:
ilości materiału wiążącego
stopnia zagęszczenia
rodzaju spoiwa
grubości ziarna piasku
Zmiany wynikające z dodatków technologicznych otworu zależą od:
średnicy otworu
odległości od ścianki
rodzaju materiałów
Pochylenie odlewnicze – jest to kąt, który zmieniamy z kąta
prostego na kąt ( po to aby nie uszkodzić modelu formy. Wartość tego
( zależy od wysokości żebra, rodzaju materiału z jakiego wykonana
jest forma oraz od formowania ręcznego i maszynowego.
Metodę na plus stosujemy w przypadku gdy na powierzchni zakładamy
obróbkę skrawaniem oraz dla ścianek cienkich 12mm>
Metody na minus stosowane są na powierzchniach nie obrabianych 12mm<
Metoda + - - ścianki nie są poddawane obróbce 8 – 12mm
żebra skurczowe nie grubsze niż 5mm
przewidzenie dodatku na skurcz
Zmiany:
Przewidzenie naddatków na obróbkę skrawaniem.
Przewidzenie naddatków technologicznych
Przewidzenie naddatków na skurcz
Czynniki:
Ad.1
Od wyboru metody wykonania odlewów
Na jakiej powierzchni dany naddatek jest przewidywany
RYS!!!!
Minimalny naddatek żeliwa musi mieć 2mm grubości
Ad.2
Wprowadzenie promieni odlewniczych likwidujących naderwania.
Klasy dokładności metod wytwarzania odlewów:
Metody zwykłej dokładności
Metody podwyższonej dokładności
Metody dokładne
Metody precyzyjne
Ad 1. Klasa IV – V
Ra 120 - 240(m Ra – gładkość powierzchni
Metody 1,2,4
Ad.2 Klasa IV – III
Ra 80 - 120(m
Metody 2-maszynowe,5,6,7,9,10, 5 – najdokładniejsza
Ad.3 Klasa III – II
Ra 40 - 80(m
Metody 13,16,17,21
Ad.4 Klasa I
Ra 10 – 20(m
Metody 20,12
Odlewnictwo:
Klasyfikacja metod wytwarzania odlewów.
w zależności od stopu jaki mamy wykonać
Kryteria:
ciśnienie wprowadzania metalu do formy
rodzaj formy
Metody wytwarzania odlewów:
Grawitacyjne:
formy jednorazowe
formy piaskowe
formy ceramiczne
formy trwałe
Ciśnieniowe
formy trwałe
Metody wytwarzania form:
Formy piaskowe:
w dołach formierskich lub wzornikami
formowanie na wilgotno ręczne
formowanie na sucho
formowanie w rdzeniach
formowanie pod wysokimi naciskami
proces CO2
SMS – sypkie masy samowiążące (formowanie)
Formowanie w ciekłych masach samowiążących CMS
Formowanie w żywicznych masach chemoutwardzalnych ŻMCH
Formowanie w żywicznych masach termoutwardzalnych ŻMT
Formowanie skorupowe
Najczęściej stosowane: 2,5,6,7,10,11
Technologiczne i termofizyczne:
Zależą od:
ogniotrwałości
płynności masy formierskiej
plastyczności masy formierskiej
gazotwórczości
przepuszczalności
podatności
wybijalności
płynność - jest to zachowywanie się masy formierskiej jak gęsta
ciecz (rozchodzenie się ciśnień w masie formierskiej podczas ubijania
możliwie najdalej)
plastyczność – aby forma nie pękała i odlewy się nie uszkadzały
gazotwórczość – im mniejsza tym masy są lepsze bowiem trzeba mniej
gazów odprowadzić z masy formierskiej (dotyczy to głównie mas
rdzeniowych)
przepuszczalność – wykonuje się w masie formierskiej nakłucia,
którymi wydostają się gazy do płaszczyzny podziału, a następnie na
zewnątrz (zależy to od ziarnistości, ilości lepiszcza, stopnia
zagęszczenia masy formierskiej)
ogniotrwałość – tzn., że masy formierskie nie powinny się
spiekać. Podczas spiekania tworzy się zeszklenie materiałów
utrudniające jego wybicie.
Składają się one z trzech różnych substancji:
Osnowa (w piaskowych – odlewnicze piaski kwarcowe)
Lepiszcza – materiały ilaste (gliny form)
Dodatki
Woda lub utwardzacz
Różnica między wymaganiami w stosunku mas formierskich do
rdzeniowych: trzykrotnie wyższe w stosunku do mas rdzeniowych niż do
mas formierskich.
Składniki mas formierskich klasycznych:
Piasek kwarcowy ~ 92%
Lepiszcze (bentonit) – 6%
Pył węgla kamiennego ~2% ~4÷6% w stosunku do sypkich
Woda
RYSUNEK !!!!!
Mostki powodują większą wytrzymałość (Rc, Rm ...) ale zmniejsza
przepustowość.
Film z materiału iloastego który powstaje w wyniku mieszania się z
wodą.
W czasie ubijania z piaskiem kwarcowym rośnie wytrzymałość mostków.
Zalety:
wysoka wytrzymałość
dobra przepuszczalność
nie przypala się do odlewu (przez zwiększenie gazotwórczości)
łatwo ulega rozkładowi
dobra podatność
dobra wybijalność
piasek kwarcowy |
żywica (nowolakowa) | Hotbox
utwardzacz (urotropina) | ŻMT – żywiczne masy termoutwardzalne
środki zwilżające |
Zalety:
niższe zużycie
przepuszczalność
nie przypala się do odlewu
podatność wybijalność
wykorzystanie ich w procesach mechanicznych jest bardzo wysokie
Wady:
gazotwórczość
Dla żywicznych MT oprzyrządowanie musi być metalowe.
W rezultacie otrzymujemy:
4 – 5 krotnie większą wytrzymałość mas klasycznych
małą gazotwórczość
dużą przepuszczalność
wady:
złą wybijalność
małą podatność
przypiekanie się masy do odlewu.
W procesie CO2 odlewy są znacznie dokładniejsze
Klasyczny SMS:
Masą złożoną z:
Piasek kwarcowy ~90% |
Szkło wodne ~4÷8% | - SMS – sypkie
| masy samo-
| utwardzalne
| (szybkoschnące)
Utwardzacz ~1÷2% |
Chromalit – utwardzacz - jest to drobno zmielony żużel
Pojawia się tutaj zjawisko żywotności zależne od ilości szkła
wodnego
podatność – dotyczy to przede wszystkim mas rdzeniowych. Chodzi tu o
podatność tych mas na skurcze materiału podczas krzepnięcia. Rdzeń
powinien umożliwić materiałowi kurczenie się.
wybijalność – nakład pracy jaki musimy włożyć ażeby rdzeń
usunąć z formy.
Czynniki uwzględniane przy właściwościach termofizycznych:
Cp – ciepło właściwe
Przewodność cieplna (
Pojemność cieplna bz
Współczynnik wyrównywania temperatury
Współczynnik akumulacji ciepła
Rodzaje mas formierskich
Masy klasyczne – spoiwem wiążącym są gliny formierskie lub
materiały iloste.
Masy specjalne – spoiwa organiczne i nieorganiczne.
Piece do wytopu żeliwa:
piec na paliwo stałe, ciekłe lub gazowe konkretnie żeliwniak na
paliwo stale
piece indukcyjne, łukowe
RYSUNEK ŻELIWNIAKA !!!!
Podstawowe materiały samonośne (które wsypujemy do pieca):
surówki wielkopiecowe ok. 11000C
złom żeliwny ok. 12000C
złom stalowy ok. 15500C
żelazostopy
koks
topniki – głównym jest kamień wapienny zawierający CaCo3
Najwyższą temperaturą w żeliwniaku jest 18000C.
Żeliwo zawiera zawsze 2,8÷3,3%C i ni chuja więcej ani mniej
Piasek kwarcowy |
Szkło wodne | CMS – ciekłe masy
| samowiążące
Utwardzacz | CMS są o
| konsystencji jogurtu
| itp.
Spieniacz | |
Cementowe – szkło
wodne zastąpione
cementem
Zalety:
bardzo dobra przepuszczalność
mała gazotwórczość
wysoka ogniotrwałość
wysoka wytrzymałość
Są to masy SMS, CMS, CMC, w których materiałem wiążącym są
materiały nieorganiczne (szkło wodne, cement)
Masy z materiałem wiążącym organicznym
Piasek kwarcowy |
Żywica (korbafur) | - Coldbox - MŻCH
| - masy żywiczne
| chematoutwardzalne
Utwardzacz |
Zalety SMS:
bardzo dobra przepuszczalność
mała gazotwórczość
wysoka ogniotrwałość
wysoka wytrzymałość
wady SMS:
łatwo się przypiekają
mają złą podatność
wysoki stan naprężeń
zła wybijalność
W miarę czasu pojawił się w SMS nowy utwardzacz. Nazywa się floster
i jest związkiem organicznym. Ulega degradacji w temperaturze ok.
2000C. Działa tak samo jak chromalit. Dzięki niemu pojawia się
wybijalność i podatność.
Regeneracja tych mas utwardzonych chromalitem jest bardzo trudna,
natomiast regeneracja SMS z flosterem jest o wiele łatwiejsza.
Dwie metody regeneracji:
mechaniczna – mielenie masy i mieszanie
termiczna – podgrzewanie do wysokiej temperatury i szybko chłodzi.
Wady klasycznych mas formierskich:
niskie właściwości wytrzymałościowe w stanie wilgotnym. Nadają
się do małych i lekkich odlewów oraz stopów mających niższą
temperaturę zalewania od innych.
W czasie odlewania ulega odkształceniu.
Zalety:
regeneracja i ponowne ich użycie nie powoduje najmniejszych trudności.
Pył węgla kamiennego zapewnia gładkość powierzchni poprzez
tworzenie filmu gazowego.
Masy formierskie inne:
Mas złożona :
Piasek kwar- |
cowy ~90% |
[[ | - Przedmuchiwane CO2.
Szkło wodne |
5÷12% [[ |
Tyglowe
Tygiel przechylny z materiału ogniotrwałego. Dookoła niego jest cewka
indukcyjna (rura miedziana) przez którą płynie prąd i woda. W wyniku
przepływu prądu wytwarza się zmienne pole elektromagnetyczne.
Uzwojeniem pierwotnym jest cewka, wtórnym jest wsad metaliczny (ciekły
lub stały). Powstają wtedy prądy wirowe, które przepływając przez
wsad powodują powstawanie ciepła. Rozkład pola elektromagnetycznego
zależy od częstotliwości. RYSUNEK!!!
Duże częstotliwości – mała pojemność pieca
Małe częstotliwości – duża pojemność pieca
Częstotliwości sieciowe – 50÷150 Hz
Częstotliwości średnie, wysokie – 500÷5000 Hz - drogie są
Pojemność pieca: 2÷7000 kg
Piece o czestotliwości 500÷5000 Hz powodują przesunięcie mocy
biernej w kierunku masy czynnej co trzeba zniwelować, a to wymaga
większego nakładu kosztów (regulacja współczynnika cosφ)
Piece:
Łukowe – wykorzystujące łuk elektryczny
Indukcyjne – wykorzystują indukcję magnetyczną
Oporowe – opór właściwy określa materiał (tylko wytapia się
metale nieżelazne)
ŁUKOWE:
Ze względu na zasilanie
pośrednie – jedno fazowe (ciepło – łuk elektryczny nie przechodzi
bezpośrednio przez wsad)
bezpośrednie – trójfazowe
RYSUNEK PIECA !!!!
pośrednie: nie stosuje się ich bo nierównomiernie obciążają linie
energetyczne
INDUKCYJNE:
tyglowe
kanałowe
Kanałowe:
W obu piecach musimy mieć kąpiel szczątkową. Są to piece o dużej
pojemności 10÷50t.
RYSUNEK PIECA !!!
Druga cewka (górna) jest po to, gdy dolna się zużyje. Obraca się
wtedy piec dolną chłodzi, odmontowuje i dokonuje napraw podczas gdy
druga pracuje.
Piec łukowy – układ duplex (z cewkami)
Krzepnięcie i kształtowanie się struktury odlewów w formie
Dwie metody:
krzepnięcie jednoczesne
krzepnięcie kierunkowe
Jednoczesne
odlewany stop o małym skurczu odlewu
odlewy mało odpowiedzialne
Kierunkowe:
dobieramy kształt układu wlewowego i jego wymiary
| Strata Si w stosunku do
| wsadu wynosi ~2,5%
W wyniku | Strata Mu w stosunku
| do wsadu wynosi ~20%
powinowactwa | P=const.
| S – w wyniku kontaktu
do tlenu | z paliwem (koksem
| 0,8÷1,5% S) następuje
| nasiarczenie żeliwa) –
| od 50÷100% przechodzi
| do żeliwa
Wydajność żeliwniaka:
750 kg?h?m2 przekroju
Temperatura żeliwa wynosi ok. 13500C
Piece elektryczne: temperatura 1600÷1650 i więcej (wypływ surówki)
łatwa obsługa
większy komfort ma obsługa
wyższa sprawność cieplna
mniejsze zanieczyszczenie atmosfery
