plik

MATERIAŁY PRODUKCYJNE – ODLEWNICTWO

1. Charakterystyka procesów technologicznych w odlewni
2. Tworzywa odlewnicze
3. Materiały wsadowe
- podstawowe
- pomocnicze (uzupełniające)
4. Materiały do wytwarzania form i rdzeni
- formy jednorazowe (piaski, spoiwa, dodatki)
- formy trwałe i oprzyrządowanie
5. Materiały ogniotrwałe – właściwości, postać
6. Materiały do obróbki wykańczającej (czyszczenie odlewów, naprawa odlewów, konserwacja, kontrola)
7. Materiały eksploatacyjne
8. Narzędzia i przyrządy

Dobór materiałów do wytwarzania wyrobów:
- materiały produkcyjne – przetwarzane, niezbędne do przetwarzania
- dobór – świadome i racjonalne działanie w oparciu o:
*wiedzę
*założenia np. do czego służy
*wymagania np. w jakich warunkach
*kryteria np. za jaką cenę

Dobór materiału. Dobór sposobu wykonania (metody)
Konstrukcja elementu winna uwzględniać:
- wytrzymałość i sztywność elementu (odlewu)
- poprawność i łatwość wykonania oprzyrządowania
*modeli
*rdzennic
*form trwałych
*narzędzi kontrolnych i pomocniczych
- poprawność i łatwość wykonania form (jednorazowych)
- poprawne zalanie form
- rodzaj odlewanego stopu
- łatwość i niski koszt oczyszczania odlewów
- łatwość i niski koszt obróbki mechanicznej

CECHA – znamię, właściwość, rys. – element odróżniający lub charakteryzujący żywe istoty lub przedmioty, ich czynności i stany oraz zjawiska zachodzące w otaczającej
rzeczywistości

WŁASNOŚĆ – rzecz należąca do kogoś, prawo rozporządzania nią

WŁAŚCIWOŚĆ – cecha czegoś

TWORZYWA ODLEWNICZE – materiały konstrukcyjne przeznaczone na odlewy, kształtowane z fazy ciekłej bądź z jej użyciem
- konwencjonalne: metale i ich stopy
- niekonwencjonalne: np. materiały kompozytowe

MATERIAŁY WSADOWE – wszystko to co ładujemy do pieca

MATERIAŁY DO WYTWARZANIA FORM ODLEWNICZYCH
- jednorazowych (ceramiczne)
- trwałych (kokile, formy ciśnieniowe)

WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW:
- konstrukcyjne, np. właściwości mechaniczne, R

, R

, E…

- technologiczne, np. lejność, skrawalność, spawalność
- użytkowe (eksploatacyjne), np. odporność na korozję, przewodność cieplna, elektryczna, przejrzystość

CECHY METALI I STOPÓW:
- małe ciepło właściwe
- duża przewodność cieplna
- przewodnictwo elektryczne
- nieprzezroczystość
- podatność na polerowanie na wysoki połysk
- możliwość topienia i spawania
- duża skłonność do krystalizacji
- plastyczność
- odporność na udary

JAKOŚĆ MATERIAŁU METALOWEGO:
Określona jest właściwościami:
- chemicznymi
- fizycznymi
- mechanicznymi
- eksploatacyjnymi
Kształtują się one we wszystkich fazach procesu technologicznego – także w procesie metalurgicznym
Proces metalurgiczny decyduje głownie o:
- składzie chemicznym metalu (lub stopu)
- strukturze metalu (lub stopu) poza krzepnięciem

PIERWIASTKI TWORZĄCE METAL LUB STOP STANOWIĄ:
- składniki stopowe: celowo obecne w określonym zakresie zawartości (im wyższy zakres tym większa jakość)

2. Technologię
3. Kontrolę jakości
4. Utrzymanie ruchu
5. Administrację

Schemat odlewni:

MATERIAŁY WSADOWE:
Metalowe:
- gąski (surówki)
- złom: obiegowy (własny), kupiony (z zewnątrz)
- żelazostopy
- zaprawy
Niemetalowe:
- paliwo (stałe, ciekłe, gazowe)
- nawęglacze
- rafinatory
- modyfikatory
- topniki
- gazy techniczne

UZYSK
Masa metalu

𝑈

𝑐

𝑀

∙ 100%

𝑈

𝑚

𝑀

∙ 100%

WSAD METALOWY:
- skład chemiczny
- obecność zanieczyszczeń
- kawałkowatość (stopień rozdrobnienia)
*Różnego rodzaju gąski (w przypadku żelaza to surówka stopów),
*Złom (tańszy od gąsek): klasyfikowany zewnętrzny–kupny (stabilny co do składu chemicznego) , obiegowy (znany skład)

WSAD NIEMETALOWY:
-kawałkowatość (koks, brykiet)
- wytrzymałość mechaniczna (np. koksu)
- zawartość siarki, wilgoci, popiołu itp. (paliwa)

PIEC

zalanie

formy

montaż formy

odlewniczej

wykonanie

połówek formy

wykonanie

rdzeni

ekspedycja

materiały

eksploatacyjne

materiały
wsadowe

ciekły
metal

sprzęt

kontrolno-

pomiarowy

energia

obsługa

energia

obsługa

energia

obsługa

maszyna

formierska

materiał

formierski

oprzyrządowanie

maszyn

oprzyrządowanie

materiał

krzepnięcie i

stygnięcie metalu

wybicie odlewu

z formy

obróbka wykańczająca
odlewu (mechaniczna)

złom

obiegowy

obróbka odlewu np.

cieplna, antykorozyjna

(naprawa)

regeneracja

materiałów

formierskich

wsad do pieca

ciekły po stopieniu

wlany do formy

odlewy po usunięciu z formy

odlewy po oczyszczeniu

odlewy po obróbce skrawaniem

odlewy gotowe (sprzedaż)

zgar

rozpryski, skrzepy, próbki

rozpryski, skrzepy

układ wlewowy, nadlewy, braki, wióry, opiłki

zalewki, wiór, opiłki, braki

wióry, opiłki, braki

*Paliwa w stanie stałym
*Paliwa płynne (oleje ciekłe lub gazowa postać) – energia do procesu
*Materiały żużlotwórcze – żużel izoluje metal od atmosfery i umożliwia szereg zabiegów na stopionym metalu

MATERIAŁY OGNIOTRWAŁE

(do transportu do pieca i do kadzi transportowej, do manewrowania ciekłym metalem), postać zróżnicowana :

- skład chemiczny
- porowatość, nasiąkliwość
- higroskopijność
- właściwości termofizyczne
- temperatura mięknienia
- właściwości mechaniczne
- reaktywność

POKRYWA

(wewnętrze ściany formy, wnęki form, zewnętrzne rdzeni) :

- łatwość tworzenia zawiesin
- trwałość zawiesin – skłonność do sedymentacji
- zwilżalność podłoża
- zdolność do rozpływania
- przyczepność do podłoża
- bezpieczeństwo (palność, toksyczność)

RAFINATORY I MODYFIKATORY:
- higroskopijność
- czystość (chemiczna, fizyczna)
- kawałkowatość postaci (granulat, brykiety, drut itp.)
- temperatura topnienia
- zwilżalność
- toksyczność i bezpieczeństwo stosowania
Dlaczego modyfikacja? Bo chcemy z danego tworzywa uzyskać maksimum korzyści

SURÓWKA SPECJALNA DO ŻELIWA SFEROIDALNEGO
Charakterystyka:
Bardzo niska zawartość Mn, S i pierwiastków śladowych utrudniających krystalizację grafitu w postaci kulkowej, niską zawartością P, dużą czystością, optymalnym kształtem i
masą cząstek.
Zastosowanie:
Surówka  przeznaczona  jest  dla  odlewni  żeliwa  do  produkcji  żeliwa  sferoidalnego  wytapianego  różnymi  metodami.  Z  powodzeniem  może  być  stosowana  do  wytwarzania
cienkościennych odlewów z żeliwa sferoidalnego ferrytycznego bez stosowania dodatkowej obróbki cieplnej.

Techniczne stopy żelaza.
Klasyfikacja żeliw

Trzy główne (przypadki) rodzaje żeliwa w zależności od postaci grafitu:
Grafit płatkowy (żeliwo szare)    Grafit żarzenia (żeliwo ciągliwe)       Grafit kulkowy (żeliwo sferoidalne)

Odmiany grafitu:
Płatkowy prosty

Płatkowy zwichrzony Płatkowy iglasty

Gwiazdkowy Krętkowy (wernikularny) Postrzępiony

Zwarty

Kulkowy nieregularny Kulkowy regularny

Właściwości
Znak żeliwa Wytrzymałość na rozciąganie R

MPa

EN-GJL-100

100 - 200

EN-GJL-150

150 - 250

EN-GJL-200

200 - 300

EN-GJL-250

250 - 350

EN-GJL-300

300 - 400

EN-GJL-350

350 - 450

Im wytrzymałość większa tym plastyczność spada

ŻELIWO STOPOWE
Pierwiastki stopowe: Si, Mn, Cr, Ni, Mo, V…
Żeliwo:
- stopowe, gdy Mn>2%, Si>4%
- niskostopowe, gdy suma pierwiastków stopowych <3%
- wysokostopowe, gdy suma pierwiastków stopowych >3%
Klasyfikacja:
- względem dominującego pierwiastka stopowego: krzemowe, chromowe, miedziowe, aluminiowe, niklowe
- względem warunków eksploatacyjnych: odporne na korozję, żaroodporne, żarowytrzymałe

STALIWO
W Polskich normach ujęto 6 gatunków staliwa:
- staliwo węglowe konstrukcyjne (niestopowe)
- staliwo stopowe konstrukcyjne (niskostopowe)
- staliwo do pracy w podwyższonych temperaturach (niskostopowe)
- staliwo narzędziowe odporne na ścieranie (nisko- i wysokostopowe)
- staliwo odporne na korozję (wysokostopowe)
- staliwo żaroodporne i żarowytrzymałe (wysokostopowe)
Staliwo węglowe konstrukcyjne:
- niskowęglowe <0,25 C
- średniowęglowe 0,25 – o,4 C
- wysokowęglowe 0,4 – 0,6 C
Staliwo L (stopowe)
Minimalna granica plastyczności R

(np. 200 MPa)

Minimalna wytrzymałość na rozciąganie (np. 400 MPa)
W przypadku staliwa węglowego – W
Składniki stopowe:
Mn – G; Si – S; Cr – H; Ni – N; W – W; Mo – M; V – F; Co – K; Al – I
Przykład:
Staliwo konstrukcyjne węglowe: 270-500W
Staliwo stopowe: L 35 H G (L-staliwo, 35 – zawartość C – 0,35%, H – chrom, G – mangan)

STALIWO STOPOWE
Zawartość składników stopowych:
Mn >1%      Si >0,8%        Ni >0,5%    Cu>0,5%
Cr>0,25%   Mo>0,10%    V>0,05%     W>0,05%
Gdy suma jest >50% jest to staliwo wysokostopowe
Przykład:
L35G, L40H – średniowęglowe staliwa o podwyższonej zawartości manganu i chromu
Staliwo odporne na ścieranie i narzędziowe:
L45H17N2M – średniowęglowe, chromowo-niklowo-molibdenowe
L120G14SH – wysokowęglowe, manganowo-krzemowo-chromowe (staliwo Hadfielda)
Staliwo:
- odporne na korozję
- żaroodporne (temp. pracy >65°C)
- żarowytrzymałe

STOPY MIEDZI
Z cyną – brąz
Brązy Cu-Sn
Np. B1O (CuSn10)
B101 (CuSn10P)
Brązy bezcynowe: Sn → Al, Pb, Si
Np. BA1032 (CuAl10Fe3Mn2)
BK331 (CuSi3Zn3Mn1)
Brązy wieloskładnikowe
Mosiądze Cu-Zn
Np. MO60 (CuZn38Pb2)   M – mosiądz, O – ołowiowy, 60 – zawartość Cu
Mosiądze wieloskładnikowe
Np. CuZn38Al13, CuZn50Mn3Fe

STOPY TYTANU
>100 stopów (15-20 posiada znaczenie przemysłowe)
Najpopularniejszy: TiAl6V4 (>50% całkowitej masy)
Gęstość = 4,43 g/cm

(do obróbki plastycznej i na zimno)

STOPY NIKLU
- konstrukcyjne (typu Monel)
- żaroodporne i żarowytrzymałe (nadstopy, superstopy)
- oporowe
- odporne na korozję
Przykład:

Ni-Cu:
Ni-Cu-Sn NiCu30Fe1,5Mn1,5
Ni-Cu-Sn NiCu28Fe3Mn

NiCu30Fe2Mn

Ni-Cr:
Ni-Cr-Fe NiCr15Fe5Mn (Inconel)
Ni-Cr-Mo NiCr15Fe520 (Cronit)

NiCr10 (Nichrom)

Ni-Fe:

Ni-Fe-Co
Ni-Si:

NiSi10
Hastelloy-D

Ni-Ti:
Ni-Ti-Al

NiTi45 (Nitinal)

Ni-Be
Ni-Al

STOPY KOBALTU
- żarowytrzymałe i żaroodporne (nadstopy)
- odporne na ścieranie i twarde (np. Stellity)
- ferromagnetyczne na magnesy trwałe (np. Alnico)
- na implanty (np. Vitolium)

WŁAŚCIWOŚCI ODLEWNICZE TWORZYW
- lejność
- skurcz: powstawanie jamy skurczowej, wielkość jamy skurczowej
- skurcz odlewniczy
- segregacja
- skłonność do naprężeń
- skłonność do pochłaniania zanieczyszczeń
- reaktywność

LEJNOSĆ TWORZYWA
- lepkość
- napięcie powierzchniowe
- zwilżalność podłoża (np. formy)
- kształt i wielkość tworzących się kryształów pierwotnych
- obecność błonek (wydzieleń) np. tlenkowych
- zawartość gazów
- materiał formy (współczynnik akumulacji ciepła, zwilżalność)
- T

lik

, T

sol

SKURCZ TWORZYWA
W stanie ciekłym w zakresie temperatur krzepnięcia
- skład chemiczny tworzywa

WIELKOŚĆ JAMY SKURCZOWEJ
- skład chemiczny tworzywa
- temperatura zalewania
- sposób doprowadzenia ciekłego metalu do formy i szybkość zalewania (rozkład temperatur w formie)
- konstrukcja odlewu

SEGREGACJA
(niejednorodność składu chemicznego tworzywa w odlewie)
1. segregacja bliższego uporządkowania (mikrosegregacja) w granicach mikrostrukturalnych elementów (np. wydzielenia na granicach ziaren)
2. segregacja dalszego uporządkowania (makrosegregacja)
Przyczyny:
- ruch metalu wypełniającego formę
- konwekcja
- ruch rosnących w cieczy kryształów

SKURCZ ODLEWNICZY
(w stanie stałym)
- skład chemiczny tworzywa
- warunki stygnięcia odlewu (skurcz: swobodny, hamowany)
Hamowanie skurczu: mechaniczne, cieplne
Skurcz liniowy:

𝑆 =

𝑙

− 𝑙

𝑙

∙ 100%

FORMY:
1. jednorazowe (z masy formierskiej):
piaskowe:
-zwykłej dokładności: formowanie ręczne, maszynowe
-dokładne: wykonane w rdzeniach, pełne (z wypalonym modelem), formowane próżniowo
półprecyzyjne
-skorupowe
-shawa
precyzyjne
2. półtrwałe:
3. trwałe:
kokilowe (wypełnione grawitacyjnie)

wykonane pod ciśnieniem
-ciśnieniowe
-niskociśnieniowe
-z prasowaniem ciekłego metalu
(kilka, kilkadziesiąt tysięcy wypełnień; udar cieplny i potworny udar mechaniczny)
4. wirujące:
odśrodkowe
półodśrodkowe
pod ciśnieniem odśrodkowym
5. odlewanie ciągłe i półciągłe

MASY FORMIERSKIE (podział ze względu na)
1. dobór składników masy:
masy naturalne
masy półsyntetyczne
masy syntetyczne
2. rodzaj tworzywa wlewowego do formy:
masy na odlewy żeliwne
masy na odlewy staliwne
masy na odlewy ze stopów metalu nieżelaznych
masy na odlewy ze staliwa
3. stosowanie przy formowaniu:
masy na formy (formierskie)
- masy przymodelowe
- masy wypełniające
- masy jednolite
masy na rdzenie (rdzeniowe)
masy specjalne
4. konsystencję masy:
masy sypkie
masy ciekłe
5. stan form przed zalewaniem:
masy na formy wilgotne
masy na formy suszone lub wypalane
masy na formy podsuszane powierzchniowo
masy na formy utwardzane chemicznie

MATERIAŁY DO WYTWARZANIA FORM I RDZENI
Jednorazowych:
- piaski (kwarcowe i inne)
- spoiwa (pochodzenie, charakter, sposób wiązania)
- dodatki
- pokrycia
- oddzielacze
Trwałych:
- stopy żelaza: żaroodporne i żarowytrzymałe do pracy na gorąco, stal, żeliwo
- stopy metali nieżelaznych
- tworzywa niemetalowe (np. ceramika)

FORMY Z MAS ZE SPOIWAMI STAŁYMI:
- formy z mas ze spoiwami nieorganicznymi
- formy z mas klasycznych
- formy z mas cementowych
- formy z mas gipsowych
- formy z mas ze spoiwem organicznym
- formy z mas ze spoiwami żywicznymi
- formy z mas ze spoiwami pochodzenia roślinnego
FORMY Z MAS ZE SPOIWAMI CIEKŁYMI:
- formy z mas ze spoiwami nieorganicznymi
- formy z mas ze szkłem wodnym
- formy z mas z krzemianem etylu
- formy z mas ze spoiwami organicznymi
- formy z mas ze spoiwami olejowymi
- formy z mas ze spoiwami żywicznymi
- formy z mas ze spoiwami smołowymi
- formy z mas ze spoiwami będącymi ubocznymi produktami przemysłu chemicznego

PIASKI FORMIERSKIE (PRZYKAŁDY)
Kwarcowy

SiO

Cyrkonitowy

ZrO

·SiO

top

~2000°C

Mulitowy

3Al

·2SiO

top

>1800°C

Sylimanitowy

·SiO

top

>1700°C

Chromitowy

FeO·Cr

top

~1700°C

Oliwinowy

(MgFe)

·SiO

top

>1500°C

Korund

top

=1850-2030°C

Karborund

SiC

top

~2000°C

Magnezyt

MgO

top

>1900°C

PIASKI KWARCOWE

Gatunek piasku

Zawartość składników [%]

Temp.

spiekania [°C]

Wskaźnik

jednorodności min [%]

Lepiszcze [%] max

SiO

min

max

W* max

1K
2K
3K
4K
5K
6K

0,2
0,5
1,0
2,0

2-15

15-35

98
96
96

-
-
-

0,5
1,0
1,0
1,5

-
-

0,3
0,5
0,5
1,0
1,0
1,0

1400
1400
1350
1350

-
-

80
75
70
65
60
50

W* - węglany
Piasek  kwarcowy  o  małej  zawartości  lepiszcza  (1K-4K)  jest  sypką  skałą  osadową.  W  wyniku  ogrzewania  piasku  zachodzą  w  nim  przemiany  polimorficzne.  Od  temperatury
otoczeniu  do  temperatury  573°C  występuje  odmiana  krystaliczna  β-kwarc,  następnie  wraz  ze  wzrostem  temperatury  zachodzą  trzy  kolejne  przemiany  polimorficzne.  W
temperaturze 1713ᵒC następuje topienie czystego kwarcu. Lity kwarc jest materiałem kruchym (o twardości w skali Mohsa = 7) odporny na działanie czynników chemicznych
(z  wyjątkiem  kwasu  fluorowodorowego)  o  gęstości  2,65g/cm3.  Ziarna  kwarcu zawierają do  1,5%  Fe2O3  i  do 1,0% węglanów  (CaCO3,  Na2CO3). Piasek  kwarcowy  powinien
zawierać  min  96%  SiO2,  temperatura  jego  spiekania  zaś  powinna  wynosić  min  1350-  1400ᵒC.  Temperatura  spiekanie  określa  ogniotrwałość  piasku  i  jest  to  najniższa
temperatura, w której następuje nadtopienie zewnętrznej warstewki masy.
Ze względu na zawartość lepiszcza wyodrębniono następujące klasy piasków kwarcowych:
-

Piasek 1K o maksymalnej zawartości lepiszcza 0,2%

Piasek 2K o maksymalnej zawartości lepiszcza 0,5%

- Piasek 3K o maksymalnej zawartości lepiszcza 1,0%
-

Piasek 4K o maksymalnej zawartości lepiszcza 2%

Piasek chudy C o zawartości lepiszcza 2±8%

Piasek półtłusty P o zawartości lepiszcza 8±15%

Piasek tłusty T o zawartości lepiszcza 15±20%

- Piasek bardzo tłusty BT o zawartości lepiszcza 25±35%

PIASEK CYRKONOWY
Piasek cyrkonowy (ZrSiO

) zawiera teoretycznie ok 33% SiO

i ok 67% ZrO

. Gęstość piasku wynosi 4,5-4,7 g/cm

, a jego twardość w skali Mohsa ~7,5. Jest to piasek bezbarwny,

zawierający  zwykle  domieszki  Al2O3  i  Fe2O3  o  temp  topienia  2200±2400ᵒC  W  Polsce  występuje  w  małych  ilościach.  Piasek  cyrkonowy  jest  niezwilżany  przez  ciekły  stop
odlewniczy, dlatego nie występuje penetracja ciekłego stopu w pory masy. Kształt ziaren jest zaokrąglony, a ich powierzchnia gładka. Średnia wielkość ziarna wynosi 0,05±0,15
mm.  Piasek  cyrkonowy  jest  drogi,  dlatego  jest  używany  tylko  do  wytwarzania  form  i  rdzeni  skomplikowanych  odlewów  staliwnych,  szczególnie  o  dużej  masie  (do  200t).
Mączkę cyrkonową stosuje się w metodzie wytapianych modeli oraz jako osnowę powłok ochronnych na powierzchni form i rdzeni.

PIASEK OLIWINOWY
Piasek oliwinowy jest otrzymywany w wyniku rozdrobnienia skało o nazwie oliwin. Skład chemiczny piasku jest następujący MgO= 40±45%. SiO2=40±45%, Fe2O3= do 10%.
Twardość  piasku  w  skali  Mohsa=7,  gęstość  zaś  3,2±3,6  g/cm3.  Kształt  ziaren  jest  nieregularny.  Piasek  oliwinowy  jest  silnie  zasadowy  i  reaguje  z  kwaśnymi  utwardzaczami
żywicy furfurylowej, dlatego w pewnych procesach nie można go stosować. Nie reaguje z tlenkami manganu, dlatego jest używany do wykonywania mas przeznaczonych do
wytwarzania odlewów z austenitycznego staliwa manganowego Hadfielda.

PIASEK MAGNEZYTOWY
Piasek magnezytowy jest otrzymywany przez spieczenie w temperaturze powyżej 1450°C węglanu magnezu MgCO

, a następnie jego zmielenie. Podstawowym składnikiem

piasku jest tlenek magnezu MgO. Piasek ma dużą odporność na działanie tlenków i żużli zasadowych i dlatego może być stosowany do sporządzania masy do wykonywania
ciężkich odlewów z austenitycznego staliwa Hadfielda. Wadą piasku magnezytowego jest duży współczynnik rozszerzalności cieplnej

PIASKI GLINOKRZEMIANOWE: SYLIMANIT I MULIT
Sylimanit jest otrzymywany ze skał glinokrzemianowych. Zawiera ok 60% Al

i ok 40% SiO

. Jest materiałem ogniotrwałym, chemiczne obojętnym, o temperaturze topnienia

ok 1800°C.
Mulit stosowany w przemyśle to mulit syntetyczny, wytwarzany z glin ogniotrwałych metodą prażenia. Orientacyjny skład mulitu Al

+ TiO

(ok 7%) oraz SiO

(ok 25%).

Obydwa piaski są używane do wytwarzania mas w technologii wytapianych modeli, dla odlewów na ogół staliwnych.

MATERIAŁY WIĄŻĄCE
Do najważniejszych materiałów wiążących nieorganicznych zalicza się substancje typu lepiszcza, jak glina kaolinitowa, glina montmorylonitowa (bentonit), cement i gips oraz
spoiwa: szkło wodne sodowe, krzemian etylu. Materiały te mają charakter hydrofilny (wiążą w obecności wody)

GLINY FORMIERSKIE
Gliny formierskie są to zmielone materiały naturalne (kopaliny( nieorganiczne zawierające powyżej 50% lepiszcza. Dzięki zawartości lepiszcza gliny wykazują własności
wiążące. O zdolności gliny do wiązania decydują minerały ilaste powstałe z wietrzenia glinokrzemianów. Znaczenie praktyczne mają następujące gliny formierskie:
- Gliny kaolinitowe stosowane jako składniki mas na formy i rdzenie suszone
- Gliny montmorylonitowi (bentonity) stosowane jako składniki mas na formy zalewane w stanie wilgotnym

SPOIWA NIEORGANICZNE:
KRZEMIAN SODU (SZKŁO WODNE SODOWE)
Szkło wodne sodowe jest bezbarwną, gęstą cieczą o odczynie zasadowym – roztworem wodnym krzemianu sodu. Szkło to otrzymuje się przez stopienie krzemionki z
surowców łatwo dostępnych, tanich i nieszkodliwych dla otoczenia.
O jakości szkła wodnego decyduje tzw. moduł szkła wodnego. Dla szkła wodnego sodowego moduł szkła M, oblicza się ze wzoru:

𝑀

𝑠

𝑆𝑖𝑂

𝑁𝑎

𝑂

∙ 1,0323

SiO

– zawartość w %

KRZEMIAN ETYLU
Krzemian etylu otrzymuje się przez działanie alkoholem etylowym na czterochlorek krzemu wg reakcji
SiCl

+4C

OH→(C

O)4Si + 4HCL

Gdzie SiCl4 – czterochlorek krzemu, 4C

OH – alkohol etylowy, →(C

O)4Si – krzemian etylu – spolimeryzowane związki SiO

Reakcja ta zachodzi z wydzielenie dużej ilości ciepła. W jej wyniku otrzymuje się spolimeryzowane związki SiO

. Przeważają związki o zawartości ok. 40% SiO

. Taki materiał

stosuje się w odlewnictwie – nosi on nazwę krzemianu etylu 40.

Sporządzanie mas:
- sypkich
- ciekłych

Zróżnicowane konstrukcje mieszarek np.
- do pracy okresowej lub ciągłej
- do mas sypkich, ciekłych

- stopień zautomatyzowania
- wydajność

Masy sypkie. Generalna zasada:
- mieszanie składników sypkich (suchych)
- dodawanie wody (cieczy)

Kontrola:
- składników
- ich dozowania
- gotowych mas

Materiały na elementy płyt modelowych

Element płyty modelowej

Rodzaj materiału

Płyta podmodelowa

Żeliwo Z1200 i Z1250

Żeliwo sferoidalne perlityczne

Listwy przeciwzużyciowe płyt

Stal powierzchniowo utwardzona

Model odlewu do produkcji

Jednostkowej

Drewno

Gips

Żywica epoksydowa lana

Laminaty żywiczno-szklane

Małoseryjnej

Żywica epoksydowa lana

Laminaty żywiczno-szklane

Stopy AlSiCu (AlSi

)

Stopy AlCu (7-12 % Cu)

Wielkoseryjnej lub masowej

Żywica poliuretanowa

Żeliwo Z1200 i Z1250

Żeliwo sferoidalne perlityczne

Brązy (B103, B663, BA1032)

Mosiądze (MO59)

Model układu wlewowego i odpowietrzeń

Żeliwo Z1200 i Z1250

Stal węglowa

Brązy, mosiądze, stopy Al.

Elementy ustalająco-mocujące

Stal węglowa

MASY FORMIERSKIE I RDZENIOWE (co jest przedmiotem badań)
- wilgotność
- przepuszczalność
- płynność
- zdolność do odwzorowania
- podatność
- przylepność
- gazotwórczość
- wytrzymałość (temp. pokojowa i wysoka)
- odporność na ścieranie
- odporność na wstrząsy
- odporność na przypalenia
- ogniotrwałość
- wybijalność
- własności termofizyczne
- trwałość i żywotność
- szkodliwość dla zdrowia

PŁYNNOŚĆ: metoda Orłowa, metoda zrzutowa
OGNIOTRWAŁOŚĆ: stożek pirometryczny
WILGOTNOŚĆ: aparat Speedy
ŻYWOTNOŚĆ: R

– wytrzymałość na ściskanie, R

– w stanie wilgotnym zaraz po przygotowaniu

Moment wykonania masy i

wykonania próbek

Pomiar wytrzymałości na ściskanie R

0,5h

24h

Czas wykonania

następnej próbki

0,5h

0,75h

1,0h
1,5h

2h
3h

0,5/0h

0,75/0h

1,0/0h

1,5/0h

2/0h

3/0h

0,5/0,5h

0,75/0,5h

1,0/0,5h

1,5/0,5h

2/0,5h

3/0,5h

0,5/1h

0,75/1h

1,0/1h

1,5/1h

2/1h

3/1h

0,5/2h

0,75/2h

1,0/2h

1,5/2h

2/2h

3/2h

0,5/3h

0,75/3h

1,0/3h

1,5/3h

2/3h

3/3h

0,5/24h

0,75/24h

1,0/24h

1,5/24h

2/24h

3/24h

MATERIAŁY OGNIOTRWAŁE
- krzemionkowe (SiO

)

- magnezytowe (MgO)
- chromitowe (Cr

)

- korundowe (Al

)>90%

- karborundowe (SiC)>85%
- cyrkonowe (ZrO

)>85%

opracowanie

(skład, przygotowanie,

właściwości)

próby

weryfikacyjne

produkcja

korekta

kontrola

- węglowe
- grafitowe
- glinokrzemianowe (SiO

+ Al

)

- magnezytowo-wapniowe (MgO + CaO)
- magnezytowo-krzemianowe (MgO + SiO

)

- spinelowe (MgO + Cr

)

- szamotowe (glina + Al

+ 5% C____)

- magnezytowo-forsterytowe (MgO + SiO

+ Cr

)

Charakter materiałów ogniotrwałych:
- kwaśne: krzemionkowe, glinokrzemianowe
- zasadowe: magnezytowe, magnezytowo-wapniowe
- obojętne: węglowe, chromitowe, chromitowo-magnezytowe

Postać:
- kształtki
- luźna (sypka)
- włóknista
- masa termoplastyczna

Procesy topienia
- metalowe materiały wsadowe
- niemetalowe materiały wsadowe
- energia
- piece
- materiały ogniotrwałe
- oprzyrządowanie

Układy metalurgiczne:
Fazy stałe: materiały wsadowe (nieroztopione), materiały ogniotrwałe, wtrącenia (stałe)
Fazy ciekłe: ciekły metal, ciekły żużel
Fazy gazowe: atmosfera, pęcherze gazowe

Zabiegi metalurgiczne:
- ładowanie wsadu,
- roztapianie wsadu,
- przegrzewanie kąpieli metalowej,
- zabiegi rafinacyjne,
- kontrola składu metalu,
- korekta składu
- zabiegi modyfikacyjne,
- obróbka pozapiecowa,
- transport,
- odlewanie do form.

KONTROLA PRZEBIEGU PROCESU TOPNIENIA:
1. Kontrola stanu urządzeń topialnych:
Instalacji i układów mechanicznych, instalacji elektrycznej, hydraulicznej, pneumatycznej, wymurówki (tygli)
2. Kontrola materiałów wsadowych:
Stan fizyko-chemiczny (skład chemiczny, postać, kawałkowatość, zanieczyszczenia…), namiary składników wsadu, procedury
3. Kontrola przebiegu:
Kontrola temperatury, atmosfery, próby kontrolne (np. składu chemicznego), korekta składu chemicznego
4. Kontrola stopionego metalu:
Analiza składu chemicznego, próby technologiczne, odlewanie próbek (atesty)

MATERIAŁY EKSPLOATACYJNE
- oleje
- smary
- oddzielacze (zasypki)
- płyny technologiczne (chłodzenie, mycie, przeciwutleniacze itp.)
- materiały termoizolacyjne
- tzw. normalia (śruby, podkładki, uszczelki itp.)

STANDARDOWE NARZĘDZIA I PRZYRZĄDY
- modele i rdzennice
- kokile i formy ciśnieniowe
- skrzynki formierskie
- kadzie i łyżki odlewnicze
- podstawki podrdzeniowe
- narzędzia formierskie
- termopary i pirometry
- oprzyrządowanie do odlewania próbek
- sprawdziany i wzorce

MATERIAŁY DO WYKAŃCZANIA ODLEWÓW I ICH NAPRAWY
- śrut (luźny)
- materiały ścierne (kształtowe)
- materiały do trawienia
- materiały do pasywacji
- materiały na powłoki galwaniczne
- środki do metalizacji
- elektrody i luty
- gazy techniczne (acetylen, tlen…)

- szczeliwa
- kity i kleje
- smoła
- emalia
- farby i lakiery

PROCESY TECHNOLOGICZNE:
ODLEWANIE KOKILOWE
Cel: seryjne wytwarzanie odlewów o podwyższonych właściwościach względem odlewów z form piaskowych
Istota procesu: grawitacyjne odlewanie tworzyw odlewniczych (najczęściej stopów metali nieżelaznych Al i Cu) do form metalowych
Stosowanie: do seryjnej i masowej produkcji odlewów małej i średniej wielkości (do kilkuset kg)
Uzyskanie dobrej jakości odlewu kokilowego uwarunkowane jest:
- zapewnieniem właściwego wypełnienia wnęki kokili ciekłym tworzywem odlewniczym
- odpowiednim zasilaniem stygnącego (w stanie ciekłym) i krzepnącego odlewu
- stabilizacją właściwej temperatury roboczej kokili w cyklu odlewania
- utrzymaniem właściwej i stabilnej temperatury odlewanego tworzywa
- prawidłowym doborem pokrycia ochronnego na wnękę roboczą kokili (rodzaj i grubość warstwy)
Zalety:
- korzystniejsze właściwości mechaniczne tworzywa odlewu
- podwyższona dokładność wymiarowa odlewu
- mniejsza chropowatość powierzchni odlewu
- korzystniejszy uzysk odlewanego tworzywa
- skrócenia czasu obróbki cieplnej odlewów (możliwość przesycenia)
- poprawa warunków pracy w odlewni (eliminacja masy formierskiej)
- wzrost wskaźników wydajności produkcji w odlewni
- ograniczenie transportu wewnętrznego w odlewni
- łatwość mechanizacji i automatyzacji procesu odlewania
Wady:
- trudność uzyskania cienkościennych odlewów
- znaczne naprężenia własne odlewów
- niejednorodne właściwości mechaniczne tworzywa odlewu
- kosztowna forma (kokila)

ODLEWANIE CIŚNIENIOWE
Cel: uzyskiwanie cienkościennych odlewów o skomplikowanych kształtach, dużej szczelności, dokładności wymiarowej i bardzo dobrych właściwościach mechanicznych
Istota procesu: wypełnianie form z wykorzystaniem wysokiego ciśnienia (do 100 MPa) utrzymywanego w układzie( metal- forma) do momentu całkowitego zakrzepnięcia
odlewu
Stosowanie: do wielkoseryjnej i masowej produkcji o małej i średniej wielkości (do kilkudziesięciu kg) ze stopów metali nieżelaznych (Zn, Mg, Al)
Zalety:
- duża dokładność wymiarów i kształtów odlewów
- bardzo małe naddatki na obróbkę (0,3-0,5mm)
- mała chropowatość powierzchni odlewów
- drobnoziarnista struktura odlewów
- dobre właściwości mechaniczne odlewów
- duża wydajność procesu
Wady:
- skłonność do porowatości osiowej odlewów
- ograniczona możliwość zasilania odlewów
- częsty brak szczelności odlewów
- skłonność do powstawania wad szczególnie na dużych powierzchniach (fałdy, nalot kwiecisty)

Odlewanie odśrodkowe właściwe
- oś odlewu pokrywa się z osią wirowania
-odlew ma kształt bryły obrotowej ograniczonej:
*z zewnątrz- ścianką formy
*wewnątrz- powierzchnią swobodną
Odlewanie półodśrodkowe
- oś odlewu pokrywa się z osią wirowania
- powierzchnię wewnętrzną odwzorowuje rdzeń
Odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym
- wlew metalu- w pionowej osi wirowania
- ciśnienie od siły odśrodkowej powoduje wypełnienie ciekłym metalem wnęki formy rozmieszczone wokół wlewu
Zalety:
- zdecydowane ograniczenie porowatości (szczelność)
- korzystniejsze właściwości mechaniczne odlewów ( o 20÷60%)
- zmniejszenie masy złomu obiegowego (o 40÷90%)
- wyeliminowanie rdzeni (lub ograniczenie)
- możliwość wytwarzania długich odlewów
- możliwość odlewania elementów bimetalowych
- możliwość sterowania strukturą odlewów
Wady i ograniczenia:
- konieczność specjalnego wyposażenia (urządzenia)
-ograniczenia wymiarów i masy odlewów ( l<12m, d< 2000m, m<45t)
- konieczność dokładnego dozowania metalu
- niebezpieczeństwo segregacji składników stopowych

ODLEWANIE W FORMACH GIPSOWYCH
Cel: uzyskiwanie dokładnych i precyzyjnych odlewów
Istota procesu: użycie specjalnej ciekłej masy formierskiej na osnowie gipsu
Stosowanie: do jednostkowej, seryjnej i masowej produkcji odlewów ze stopów metali nieżelaznych (max temp odlewania- 1200oC). Zróżnicowane sposoby wytwarzania form
( z modeli trwałych jak i jednorazowych)
Cechy mas:
- dobre odwzorowanie kształtów modeli (ciekła masa, wibracja)

- ograniczona odporność na temp ( do 1200oc)
- ograniczona przepuszczalność
- konieczność suszenia (wypalania)
Cechy odlewów:
- tworzywa: Pb, Sn, Zn, Al, Mg, Cu
- dobra jakość powierzchni
- małe naddatki na obróbkę ( do 0,8mm)
- małe odchyłki wymiarowe (do 0,1-0,3mm)
- minimalna grubość ścianki 1-1,5mm
-  zadawalające właściwości mechaniczne (porowatość)
- masa odlewów do 10kg (50-100kg)
Produkcja:
- jednostkowa (kokile, matryce, pływy modułowe, elementy oprzyrządowania i modelowania
- małoseryjna (odlewy do przemysłu lotniczego)

ODLEWANIE SKORUPOWE
Cel: uzyskiwanie odlewów o zdecydowanie podwyższonej dokładności wymiarowej, małej chropowatości powierzchni w grawitacyjnie zalewanych i cienkościennych formach
ceramicznych
Istota procesu: jest użycie specjalnych mas z żywicznym i termoplastycznym spoiwem (lub tzw. piasku powlekanego) oraz odpowiednego, metalowego oprzyrządowanie (płyty
modelowe, rdzennice), zapewniającego ukształtowanie skorup połówek formy lub rdzeni
Stosowanie:  do  seryjnej  i  masowej  produkcji  drobnych (  do  kilku kg)  odlewów  ze  stopu  żelaza  (żeliwo)  i  metali  nieżelaznych oraz  do  wytwarzania  rdzenie  odlewniczych w
odlewniach żelaza i stopów metali nieżelaznych

ODLEWANIE METODĄ WYTAPIANYCH MODELI
Cel: uzyskiwanie precyzyjnych odlewów z form ceramicznych nie wymagających wyjmowania modelu po ukształtowania ich wnęk
Istota  procesu:  model  (z  układem  wlewowym)  wykonany  z  łatwo  topliwego  materiału  służy  do  wykonania  formy  ceramicznej.  Po  zaformowaniu,  model  (zestaw  modeli)
zostaje wytopiony z forma po jej wypaleniu grawitacyjnie wypełniona tworzywem odlewniczym
Stosowanie: do seryjnej i masowej produkcji drobnych (do kilku kg) odlewów precyzyjnych ze zróżnicowanych metali i stopów

ODLEWANIE W FORMACH WIRUJĄCYCH
Cel: uzyskiwanie odlewów o zwartej strukturze w warunkach podwyższonego ciśnienia metalostatycznego wynikającego z wirowania formy w trakcie jej wypełniania metalem
do czasu całkowitego jej zakrzepnięcia
Istota:  wykorzystanie  siły  odśrodkowej  jako  czynnika  kształtującego  swobodną  powierzchnię  odlewów  osiowo  symetrycznych  (np.  tulei)  lub  intensyfikującego  proces
wypełniania formy odlewniczej
Stosowanie: do seryjnej i masowej produkcji osiowo symetrycznych odlewów ze stopów żelaza i metali nieżelaznych (tuleje, rury, koło, itp.) w formach jednownękowych lub
innych odlewów o zróżnicowanych kształtach (np. odlewy jubilerskie) w wielownękowych formach z centrycznie usytuowanym wspólnym wlewem głównym

PROCES „PEŁNEJ FORMY” (odlewanie z użyciem wypalanych modeli)
Cel: uzyskiwanie odlewów z form ceramicznych bez konieczności wyjmowania modelu z wykonanej formy
Istota procesu: model (z układem wlewowym) jednorazowego użycia wykonany z łatwopalnego materiału (np. styropian) pozostaje w formie po ukształtowaniu jej wnęki a
następnie ulega zgazowaniu (wypaleniu) przez strugę metalu odlewanego grawitacyjnie
Stosowanie: do produkcji jednostkowych dużych odlewów (np. prototypowych) jak również odlewów drobnych produkowanych seryjnie ze stopów głównie żelaza (żeliwo)

ODLEWANIE PÓŁCIĄGLE I CIĄGLE
Cel: uzyskiwanie odlewów, których jeden z wymiarów (długość) stanowi zdecydowaną wielokrotność pozostałych wymiarów.
Istota: odlewania polega na użyciu intensywnie chłodzonej, przelotowej formy- krystalizatora, zapewniającej szybkie stygnięcie i krzepnięcie wlanego metalu.
Stosowanie:  do  uzyskiwania  długich  i  bardzo  długich  odlewów  o  nieskomplikowanym  kształcie  przekroju  poprzecznego  (pręty,  rury,  kształtowniki,  wlewki  itp.)  ze  stopów
żelaza (stal, żeliwo) oraz stopów metali nieżelaznych.
Odlewanie ciągłe - zalety:
- możliwość odlewania elementów l=10m, pi=100mm
- b dobre właściwości mechaniczne tworzywa (brak porowatości)
- duża wydajność procesu
wady:
- kosztowne linie do odlewania
- duże skłonności do naprężeń i mikropęknięć (szybkie chłodzenie)