MATERIAA
Y 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
WA
ASNOŚĆ  rzecz należąca do kogoś, prawo rozporządzania nią
WA
AŚCIWOŚĆ  cecha czegoś
TWORZYWA ODLEWNICZE  materiały konstrukcyjne przeznaczone na odlewy, kształtowane z fazy ciekłej bądz
z jej użyciem
- konwencjonalne: metale i ich stopy
- niekonwencjonalne: np. materiały kompozytowe
MATERIAA
Y WSADOWE  wszystko to co ładujemy do pieca
MATERIAA
Y DO WYTWARZANIA FORM ODLEWNICZYCH
- jednorazowych (ceramiczne)
- trwałych (kokile, formy ciśnieniowe)
WA
AŚCIWOŚCI MATERIAA
ÓW:
- konstrukcyjne, np. właściwości mechaniczne, Rm, Rq, 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 MATERIAA
U 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 TWORZ
CE METAL LUB STOP STANOWI
:
- składniki stopowe: celowo obecne w określonym zakresie zawartości (im wyższy zakres tym większa jakość)
- domieszki: tolerowane w ilościach w jakich zwykle występują (o jakości decyduje zakres zawartości, zawartość maksymalna)
- zanieczyszczenia: szkodliwe, niepożądane (o jakości decyduje zawartość maksymalna lub suma)
STRUKTURA METALU:
- rodzaj faz występujących w metalu
- kształt wydzieleń tych faz
- wielkość tych faz
- wzajemne usytuowanie faz
Wynika z:
- układów równowagi składników stopowych
- obecności zanieczyszczeń
- warunków stygnięcia i krzepnięcia
MIKROSTRUKTURA I MAKROSTRUKTURA
STRUKTURA PIERWOTNA (BEZPOŚREDNIO PO KRZEPNIECIU):
Ulega zmianom na skutek:
- przemian fazowych w stanie stałym
- obróbki plastycznej
- obróbki cieplnej itd.
Zależy od:
- procesu metalurgicznego
- procesu krystalizacji metalu
Wtrącenia niemetaliczne:
- endogeniczne  pochodzenia wewnętrznego
- egzogeniczne  pochodzenia zewnętrznego
*metaliczne, niemetaliczne, rozpuszczalne, nierozpuszczalne
Podstawowe relacji między różnymi aspektami inżynierii materiałowej:
cechy użytkowe
właściwości
technologia
struktura
ZASOBY PRZEDSI
BIORSTWA PRZEMYSA
OWEGO (ODLEWNI):
1. Nieruchomość:
- teren
- budynki
- hale produkcyjne
- infrastruktura (drogi, bocznice kolejowe, ujęcia wody& )
2. Urządzenia:
- magazynowe
- transportowe
- technologiczne
- kontrolno-pomiarowe
-  środowiskowe (wentylacja, ścieki)
3. Surowce do produkcji:
- materiały do wytwarzania form i rdzeni
- materiały wsadowe
- materiały ogniotrwałe
- materiały pomocnicze (do produkcji, eksploatacyjne)
4. Energia i media:
- energia elektryczna
- opał (koks, olej& )
- woda
- gazy techniczne
5. Personel:
- zarządzający
- techniczny (konstrukcja, technologia& )
- pomocniczy (BHP, ochrona& )
- administracyjny
6. Finanse
ODLEWNIA (WYTWARZAJ
CA FORMY PIASKOWE)
1. Magazyn materiałów i surowców
2. Modelarnia
3. Formiernia
4. Rdzeniarnia
5. Topialnia
6. Odlewnia (stanowiska zalewania form)
7. Oczyszczalnia
8. Obróbka cieplna
9. Obróbka mechaniczna
10. Malarnia
11. Ekspedycja odlewów
STAA
E SA
UŻBY ODPOWIEDZIALNE ZA:
1. Konstrukcje
2. Technologię
3. Kontrolę jakości
4. Utrzymanie ruchu
5. Administrację
Schemat odlewni:
sprzęt oprzyrządowanie
oprzyrządowanie
kontrolno-
maszyna
pomiarowy
energia
materiał
formierska
materiały energia energia
eksploatacyjne wykonanie
wykonanie
rdzeni
połówek formy obsługa
PIEC obsługa materiał maszyn
obsługa
formierski a
materiały
wsadowe
ciekły
metal
montaż formy
zalanie
odlewniczej
formy
krzepnięcie i
stygnięcie metalu
wybicie odlewu obróbka wykańczająca obróbka odlewu np.
ekspedycja
z formy odlewu (mechaniczna) cieplna, antykorozyjna
(naprawa)
regeneracja złom
materiałów obiegowy
formierskich
MATERIAA
Y 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
M1 wsad do pieca zgar
M2 ciekły po stopieniu rozpryski, skrzepy, próbki
M3 wlany do formy rozpryski, skrzepy
M4 odlewy po usunięciu z formy układ wlewowy, nadlewy, braki, wióry, opiłki
M5 odlewy po oczyszczeniu zalewki, wiór, opiłki, braki
M6 odlewy po obróbce skrawaniem wióry, opiłki, braki
M7 odlewy gotowe (sprzedaż)
5�@�7
5�H�5�P� = " 100%
5�@�1
5�@�7
5�H�5�Z� = " 100%
5�@�3
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)
*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
MATERIAA
Y OGNIOTRWAA
E (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 Rm 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 Re (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/cm3 (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)
WA
AŚCIWOŚCI 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)
- Tlik, Tsol
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:
5�Y�1 - 5�Y�2
5�F� = " 100%
5�Y�1
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
MATERIAA
Y 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 STAA
YMI:
- 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 CIEKA
YMI:
- 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 (PRZYKAA
DY)
Kwarcowy SiO2
Cyrkonitowy ZrO2�SiO2 Ttop~2000�C
Mulitowy 3Al2O3�2SiO2 Ttop>1800�C
Sylimanitowy Al2O3�SiO3 Ttop>1700�C
Chromitowy FeO�Cr2O3 Ttop~1700�C
Oliwinowy (MgFe)2�SiO4 Ttop>1500�C
Korund Al2O3 Ttop=1850-2030�C
Karborund SiC Ttop~2000�C
Magnezyt MgO Ttop>1900�C
PIASKI KWARCOWE
Zawartość składników [%] Temp. Wskaz
nik
Gatunek piasku
Lepiszcze [%] max SiO2 min Fe2O3 max W* max spiekania [�C] jednorodności min [%]
1K 0,2 98 0,5 0,3 1400 80
2K 0,5 96 1,0 0,5 1400 75
3K 1,0 96 1,0 0,5 1350 70
4K 2,0 - 1,5 1,0 1350 65
5K 2-15 - - 1,0 - 60
6K 15-35 - - 1,0 - 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 �-kwarc, następnie wraz ze wzrostem temperatury zachodzą trzy kolejne przemiany polimorficzne. W
temperaturze 1713RC 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- 1400RC. 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 2ą8%
- Piasek półtłusty P o zawartości lepiszcza 8ą15%
- Piasek tłusty T o zawartości lepiszcza 15ą20%
- Piasek bardzo tłusty BT o zawartości lepiszcza 25ą35%
PIASEK CYRKONOWY
Piasek cyrkonowy (ZrSiO4) zawiera teoretycznie ok 33% SiO2 i ok 67% ZrO2. Gęstość piasku wynosi 4,5-4,7 g/cm3, a jego twardość w skali Mohsa ~7,5. Jest to piasek bezbarwny,
zawierający zwykle domieszki Al2O3 i Fe2O3 o temp topienia 2200ą2400RC 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 0,05ą0,15
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= 40ą45%. SiO2=40ą45%, Fe2O3= do 10%.
Twardość piasku w skali Mohsa=7, gęstość zaś 3,2ą3,6 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 MgCO3, 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% Al2O3 i ok 40% SiO2. 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 Al2O3 + TiO2 (ok 7%) oraz SiO2 (ok 25%).
Obydwa piaski są używane do wytwarzania mas w technologii wytapianych modeli, dla odlewów na ogół staliwnych.
MATERIAA
Y WI
Ż
CE
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 (SZKA
O 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:
5�F�5�V�5�B�2
5�@�5�`� = " 1,0323
5�A�5�N�25�B�
SiO2  zawartość w %
KRZEMIAN ETYLU
Krzemian etylu otrzymuje się przez działanie alkoholem etylowym na czterochlorek krzemu wg reakcji
SiCl4+4C2H5OH(C2H5O)4Si + 4HCL
Gdzie SiCl4  czterochlorek krzemu, 4C2H5OH  alkohol etylowy, (C2H5O)4Si  krzemian etylu  spolimeryzowane związki SiO2.
Reakcja ta zachodzi z wydzielenie dużej ilości ciepła. W jej wyniku otrzymuje się spolimeryzowane związki SiO2. Przeważają związki o zawartości ok. 40% SiO2. 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
Żeliwo Z1200 i Z1250
Płyta podmodelowa
Żeliwo sferoidalne perlityczne
Listwy przeciwzużyciowe płyt Stal powierzchniowo utwardzona
Drewno
Gips
Jednostkowej
Żywica epoksydowa lana
Laminaty żywiczno-szklane
Żywica epoksydowa lana
Laminaty żywiczno-szklane
Małoseryjnej
Model odlewu do produkcji Stopy AlSiCu (AlSi6Cu3)
Stopy AlCu (7-12 % Cu)
Żywica poliuretanowa
Żeliwo Z1200 i Z1250
Wielkoseryjnej lub masowej Żeliwo sferoidalne perlityczne
Brązy (B103, B663, BA1032)
Mosiądze (MO59)
Żeliwo Z1200 i Z1250
Model układu wlewowego i odpowietrzeń Stal węglowa
Brązy, mosiądze, stopy Al.
Elementy ustalająco-mocujące Stal węglowa
opracowanie próby produkcja
(skład, przygotowanie, weryfikacyjne
właściwości)
korekta korekta kontrola
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
PA
YNNOŚĆ: metoda Orłowa, metoda zrzutowa
OGNIOTRWAA
OŚĆ: stożek pirometryczny
WILGOTNOŚĆ: aparat Speedy
ŻYWOTNOŚĆ: Rc  wytrzymałość na ściskanie, Rcw  w stanie wilgotnym zaraz po przygotowaniu
Moment wykonania masy i Pomiar wytrzymałości na ściskanie Rc
wykonania próbek Rcw Rc0,5h Rc1h Rc2h Rc3h Rc24h
0,5h Rc0,5/0h Rc0,5/0,5h Rc0,5/1h Rc0,5/2h Rc0,5/3h Rc0,5/24h
0,75h Rc0,75/0h Rc0,75/0,5h Rc0,75/1h Rc0,75/2h Rc0,75/3h Rc0,75/24h
Czas wykonania 1,0h Rc1,0/0h Rc1,0/0,5h Rc1,0/1h Rc1,0/2h Rc1,0/3h Rc1,0/24h
następnej próbki 1,5h Rc1,5/0h Rc1,5/0,5h Rc1,5/1h Rc1,5/2h Rc1,5/3h Rc1,5/24h
2h Rc2/0h Rc2/0,5h Rc2/1h Rc2/2h Rc2/3h Rc2/24h
3h Rc3/0h Rc3/0,5h Rc3/1h Rc3/2h Rc3/3h Rc3/24h
MATERIAA
Y OGNIOTRWAA
E
- krzemionkowe (SiO2)
- magnezytowe (MgO)
- chromitowe (Cr2O3)
- korundowe (Al2O3)>90%
- karborundowe (SiC)>85%
- cyrkonowe (ZrO2)>85%
- węglowe
- grafitowe
- glinokrzemianowe (SiO2 + Al2O3)
- magnezytowo-wapniowe (MgO + CaO)
- magnezytowo-krzemianowe (MgO + SiO2)
- spinelowe (MgO + Cr2O3)
- szamotowe (glina + Al2O3 + 5% C____)
- magnezytowo-forsterytowe (MgO + SiO2 + Cr2O3)
Charakter materiałów ogniotrwałych:
- kwaśne: krzemionkowe, glinokrzemianowe
- zasadowe: magnezytowe, magnezytowo-wapniowe
- obojętne: węglowe, chromitowe, chromitowo-magnezytowe
Postać:
- kształtki
- luz
na (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)
MATERIAA
Y EKSPLOATACYJNE
- oleje
- smary
- oddzielacze (zasypki)
- płyny technologiczne (chłodzenie, mycie, przeciwutleniacze itp.)
- materiały termoizolacyjne
- tzw. normalia (śruby, podkładki, uszczelki itp.)
STANDARDOWE NARZ
DZIA I PRZYRZ
DY
- 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
MATERIAA
Y DO WYKAC
CZANIA ODLEWÓW I ICH NAPRAWY
- śrut (luz
ny)
- 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 wskaz
ników 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 METOD
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 WIRUJ
CYCH
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  PEA
NEJ 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 PÓA
CI
GLE I CI
GLE
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)