1.Klasyfikacja metod odlewania do form nietrwałych i trwałych.

Sposoby wypełniania form odlewniczych:

- grawitacyjne - najczęściej stosowana metoda odlewania, posiada wiele wad.

- odlewanie ciśnieniowe - polega na wprowadzaniu do formy pod wysokim ciśnieniem, Szybkość procesu prowadzi do uzyskania dużej gładkości i dokładności wymiarowej odlewów.

- odlewanie pod niskim ciśnieniem - rożni się od powyższego nie tylko mniejsza wartością ciśnienia lecz również sposobem wypełniania. Ciekły metal jest wprowadzany od dołu, przeciwnie do siły grawitacji.

- odlewanie odśrodkowe - polega na użyciu siły odśrodkowej do wypełnienia formy

- odlewanie ciągle - polega na nieprzerwanym zalewaniu formy przy jednoczesnym wyciąganiu z niej ze strony przeciwnej odlewu. Można w ten sposób uzyskać bardzo długie odlewy.

2.Klasyfikacja i charakterystyki głównych materiałów do wytwarzania piaskowych form odlewniczych.

Formy nietrwale - wykonuje się z materiałów zwanych masami formierskim, których głównym składnikiem jest (przeważnie) piasek kwarcowy - osnowa masy. Dodatkowo do masy dodaje się substancje wiążące (spoiwa lub lepiszcze). Lepiszcze to mineralna substancja stała o bardzo dobrych cząstkach (glina, cement). Spoiwem nazywa się substancje w stanie ciekłym rozprowadzone wokół cząstek piasku., dzielimy je na:

- organiczne - głównie żywice syntetyczne (poliestrowe, akrylowe), pod wpływem ciepła lub dodaniem substancji (inicjatorów lub katalizatorów) masa ulega utwardzeniu.

- nieorganiczne - szkło wodne

Do wykonania form o bardzo dokładnych wymiarach stosuje się masy drobnoziarniste (sproszkowany materiał ceramiczny lub specjalny gips).

3.Materiały stosowane do wytwarzania form kokilowych.

Kokile wykonuje się najczęściej z żeliwa szarego. Jednak do wytwarzania tych form stosujemy również stale stopowe, konstrukcyjne, stopy aluminium z powierzchnią anodowaną ( pokrytą warstwą Al2O3 na powierzchni roboczej ).

4.Opis, zalety i wady odlewania kokilowego i ciśnieniowego.

Odlewanie ciśnieniowe - polega na wprowadzeniu do formy ciekłego metalu pod ciśnieniem (10-200MPa) oraz pod dużą prędkością (20-80m/s).

Zalety: duża dokładność odlewu, drobnoziarnista struktura, brak wad powierzchniowych, mała chropowatość, duża wydajność procesu, małe naddatki na obróbkę, szybkie krzepniecie odlewu (przez zastosowanie niskiej temp. metalu wlewanego).

Wady: jednoczesne krzepniecie odlewu powoduje porowatość oraz skurcze materiału oraz wytracenia tlenkowe, długi okres przygotowania produkcji, duży koszt form, niewielki uzysk.

5.Klasyfikacja i opis metod zagęszczania mas formierskich.

Sposoby zagęszczania mas formierskich:

- ubijanie - ręczny, bardzo pracochłonny sposób.

- prasowanie - polega na wywieraniu nacisku na całą powierzchnie masy, w zależności od wartości ciśnienia dzielimy na prasowanie małymi naciskami, średnimi naciskami, dużymi naciskami oraz bardzo dużymi naciskami.

- wstrząsanie - pod wpływem ciśnienia tłok podnosi się do góry, opadając w pewnym momencie (gdy nastąpi spadek ciśnienia) i uderzając w stół, co powoduje wstrząśnienie masy formierskiej i jej zagęszczenie pod wpływem siły bezwładności. Cykl ten powtarza się 100-300 razy na minutę.

- wibracja - bardzo szybki proces polegający na użyciu drgań o częstotliwości 60-200Hz

- narzucanie - polega na narzucaniu małych porcji masy z dużą prędkością do skrzynki formierskiej

- nadmuchiwanie -stosowane do wytwarzania rdzeni, polega na zagęszczaniu masy przez sprężone powietrze

- wstrzeliwanie - polega na wstrzeliwanie zfluoidyzowanej masy do formy, w porównaniu z nadmuchiwaniem występuje mniejsze zużycie powietrza, większe zagęszczenie mas.

- metoda impulsowa - polega na zagęszczaniu masy strumieniem sprężonego powietrza wywołanego przez nagle otwarcie otworu o dużym przekroju.

- eksplozyjna - polega na zagęszczeniu masy przez fale ciśnieniową spowodowana przez gwałtowne spalanie gazów palnych

- metody łączone - np. SEIATUS (połączenie metody impulsowej oraz prasowania o dużym ciśnieniu.

6.Schemat i opis cyklu wytwarzania odlewów metodą skorupową

Formy skorupowe składają się z dwóch lub więcej części (skorup). Części formy są wykonywane z piasku kwarcowego otoczonego żywicą termoutwardzalną. Masę taką nasypuje się na płytę modelową podgrzaną do temperatury 220-280°C. W wyniku nagrzewania żywica topi się i spaja ziarna piasku. Po 10-30 s usuwa się nadmiar masy przez obrócenie płyty modelowej o 180°. Na płycie powstaje cienka warstwa masy, którą utwardza się w piecu w temperaturze około 350°C. Po wyjęciu z pieca zdejmuje się utwardzoną skorupę i łączy z wykonanymi analogicznie pozostałymi częściami formy przez: sklejenie, skręcenie lub klamrowanie. Przed zalaniem formy skorupowe często obsypuje się dodatkowo piaskiem.

Istnieją dwie odmiany wykonywania form skorupowych: C (Croninga) i D (Dieterta). W metodzie C grubość skorupy zależy od czasu przetrzymania masy formierskiej na podgrzanej płycie modelowej, na której jest umieszczony zbiornik z masą. W metodzie D grubość skorupy jest ściśle uzależniona od przestrzeni między płytą modelową a profilowaną podkładką między które jest wdmuchiwany bądź wstrzeliwany piasek otaczany.

Zaletą odlewania do form skorupowych jest duża gładkość powierzchni i dokładność wymiarowa, możliwość wykonania odlewów cienkościennych oraz zmniejszenie braków wskutek stabilizacji procesu. Wadą natomiast jest duży koszt piasku otaczanego i problemy z utylizacją masy. Metodą formowania skorupowego otrzymuje się również rdzenie wewnątrz puste.

7.Opis wytwarzania odlewów metodą wytapianych modeli.

Proces wytapianych modeli rozpoczyna się od wykonania jednorazowego modelu ze spienionego polistyrenu, który wkłada się do skrzynki, gdzie obsypuje się go suchym piaskiem pozbawionym lepiszcza. Piasek w celu zagęszczenia poddaje się wibracji, a następnie forma jest zalewana. Podczas zalewania styropianowy model zostaje stopiony, a następnie zgazowany, metal natomiast wypełnia wnękę formy, odwzorowując kształt modelu. Modele przed obsypaniem piaskiem pokrywa się powłoką ochronną.

8.Produkcja rdzeni (o co chodzi w cold i hotbox to nie wiem).

Rdzenie - elementy form służące do odtwarzania wewnętrznych kształtów odlewów. Każda z metod obejmuje następujące etapy: ukształtowanie rdzenia w rdzennicy, następnie jego utwardzenie, a często także pokrycie ochronna powłoką.

Ręczne wykonywanie rdzeni- mała wydajność procesu duże deformacje rdzenia.

Przebieg procesu otrzymywania rdzenia jest związany z następującymi czynnościami: -oczyszczeniem powierzchni rdzennicy, -napełnieniem rdzennicy masą, zagęszczeniem jej, -wykonanie prze nakłucie kanału odpowietrzającego, -rozebranie rdzennicy, -czasem suszenie rdzenia.

Maszynowe wykonywanie rdzeni:

Odbywa się przy użyciu rdzeniarek, stosowane są przy tym sposoby zagęszczenia masy, głównie wstrzeliwanie a rzadziej nadmuchiwanie i nasypywanie.
Rdzeniarka składa się z: -dozownika masy rdzeniowej, -układu zapełniającego i zagęszczającego masę w rdzennicy, -układu zamykania i otwierania rdzennicy, -układu odbioru rdzenia po otwarciu rdzennicy, -obudowy.

Hot - box: Proces utwardzania przebiegający w temperaturze 250-280°C. Jest to proces wykorzystujący masy termoutwardzalne. Masa rdzeniowa jest przygotowywana w konwencjonalnych mieszarkach. Nie są wymagane specjalne urządzenia do otaczania piasku. Cała zagęszczona w rdzennicy masa zostaje utwardzona na drodze termicznej. Rdzenie skorupowe wykonane tą metodą wykazują doskonałą jakość powierzchni i stabilność termiczną. Warm - box jest wariantem procesu hot - box, w którym utwardzanie masy rdzeniowej odbywa się w zakresie temp. 140-180°. Tym bardziej stosowanie tego procesu jest bardziej ekonomiczne.

Cold - box:Do tego procesu wykorzystywana jest sypka masa termoutwardzalna w temperaturze otoczenia. Proces utwardzania odbywa się za pomocą gazów. Obecnie proces alkidowy cold - box jest rzadko stosowany ponieważ zastąpiono go procesem fenolowym cold - box. Jest to najbardziej rozpowszechniony proces wykonania rdzeni, jaki stosuje się w krajach rozwiniętych przemysłowo. Masę po zagęszczeniu w rdzennicy metodą wstrzeliwania przedmuchuje się mgłą (parą) utwardzacza (aminą). Osnowa piaskowa powinna być sucha, bowiem ze wzrostem jej wilgotności maleje wytrzymałość masy. Rdzennice należy wykonywać z trwałych materiałów. Ograniczeniami procesu są: wysoka cena składników spoiwa oraz toksyczność utwardzacza. Proces fenylowy cold - box gwarantuje wysoką dokładność wymiarową rdzeni i jest stosowany przede wszystkim do zautomatyzowanej produkcji małych i średnich rdzeni.

9.Tworzenie się warstwy wierzchniej odlewu.

Do warstwy wierzchniej odlewu zalicza się zarówno warstwę metalowo-ceramiczną powstałą na powierzchni odlewu na skutek reakcji fizykochemicznych zachodzących w układzie ciekły metal-forma w czasie stygnięcia i krzepnięcia odlewu, jak i przypowierzchniową warstwę metaliczną grubości około 1,5 mm, wyraźnie różniącą się od głębszych warstw odlewu. Warstwę wierzchnią odlewu charakteryzują następujące elementy:

- chropowatość powierzchni,

- skład chemiczny (mineralogiczny),

- struktura metalograficzna,

- powierzchniowe wady odlewnicze, które niekiedy występują.

Chropowatość powierzchni odlewu zależy przede wszystkim od wielkości ziarna i jednorodności osnowy (piasku) masy formierskiej. Im większe ziarno, tym większa chropowatość powierzchni odlewu. Duży wpływ na chropowatość powierzchni odlewu ma stopień zagęszczenia masy formierskiej. Wzrost stopnia zagęszczenia masy utrudnia penetrację ciekłego metalu w głąb masy, a tym samym zwiększa gładkość powierzchni odlewu. Z kolei penetracja ciekłego metalu w przestrzenie między ziarnowe masy formierskiej zależy od wielu innych czynników: temperatury, napięć międzyfazowych, ciśnienia metalostatycznego itd.

Struktura metalograficzna warstwy przypowierzchniowej odlewu może się znacznie różnić od struktury głębszych warstw odlewu. Wynika to ze zróżnicowanych warunków krystalizacji tworzywa odlewniczego. Typowym przykładem odmienności struktury (i właściwości) warstw wierzchnich są tzw. zabielenia odlewów z żeliwa szarego, czyli występowanie części węgla w postaci cementytu zamiast grafitu.

10.Schemat i rola poszczególnych elementów układu wlewowego.

Forma jest wypełniana metalem poprzez system kanałów zwany układem wlewowym. Funkcje układu wlewowego:

- usuwanie żużla i wtrąceń niemetalicznych z ciekłego metalu,

- zapewnienie spokojnego wypełniania formy,

- oddziaływanie na przebieg krzepnięcia metalu.

Układ wlewowy: 1 - zbiornik wlewowy, 2 - wlew główny, 3 - belka żużlowa. 4 - wlew doprowadzający

11.Otwarty i zamknięty układ wlewowy.

W układach wlewowych zamkniętych minimalny przekrój decydujący o czasie zalewania jest umieszczony na końcu systemu kanałów, przy samym odlewie. W takim układzie metal wypełnia całkowicie przekroje wszystkich kanałów stąd nazwa układ zamknięty. Układy są stosowane do odlewów ze stopów w których niebezpieczeństwo dostania się zanieczyszczeń powierzchniowych do wnętrza odlewu i pozostania tam po zakrzepnięciu nie jest groźne.

W układach wlewowych otwartych minimalny przekrój dławiący przepływ umieszcza się wcześniej zazwyczaj na końcu wlewu głównego lub na początku wlewu rozprowadzającego . Rozszerzający się w kierunku przepływu metalu przekrój powoduje zwolnienie strugi i uspokojenie przepływu sprzyjające wypłynięciu tlenów na powierzchnię. Metal po minięciu przekroju minimalnego płynie często nie wypełniając całego przekroju kanału. Układy otwarte są opłacalne tylko w przypadku większej liczby odlewów w jednej formie.

12.Tworzenie się wtrąceń niemetalicznych w odlewach.

Wtrącenia niemetaliczne w skrzepniętym odlewie to pęcherze gazowe oraz wtrącenia niemetaliczne stałe. W ciekłym metalu zanieczyszczenia te mogą występować albo w zawiesinie, albo w roztworze. W pierwszym przypadku podczas krzepnięcia zawieszone w ciekłym metalu cząstki tworzą w skrzepłym metalu tzw. egzogeniczne wtrącenia niemetaliczne. W drugim przypadku może nastąpić albo bezpośrednie wydzielenie z metalu rozpuszczonych zanieczyszczeń, albo zapoczątkowanie reakcji chemicznych pomiędzy zanieczyszczeniem a składnikiem metalu, prowadzących do wydzielania się zanieczyszczenia lub jego związku.

Rozpuszczalność zanieczyszczenia w metalu maleje ze spadkiem jego temperatury, szczególnie podczas krzepnięcia. Spadek rozpuszczalności prowadzi do wydzielania się zanieczyszczenia, co szczególnie intensywnie zachodzi w czasie krzepnięcia. Jeżeli zanieczyszczeniem jest gaz, np. wodór, to powoduje on powstanie w odlewie porów gazowych; jeżeli zanieczyszczenie ma postać ciekłą lub stałą, jak np. siarczki w stopach żelaza, to powstają tzw. endogeniczne wtrącenia niemetaliczne.

13.Znaczenie filtrów w układzie wlewowym.

Stosowanie filtrów do zatrzymywania zanieczyszczeń które niesie ciekły metal płynący przez układ wlewowy. Stosowane są dwa typy kanalików w filtrze:

-Prostoliniowe,

-o kształtach nieregularnych.

Filtry umieszcza się w układzie wlewowym najczęściej we wlewie rozprowadzającym.

14.Powstawanie jamy skurczowej i metody zapobiegania jej wystąpienia w odlewach.

Tworzenie się jamy skurczowej w odlewie.

Podczas stygnięcia metalu w stanie ciekłym i jego krzepnięcia zmniejsza się jego objętość. Ciepło z metalu jest odprowadzane przez powierzchnię styku metalu z formą. Zatem jako pierwsza krzepnie powierzchnia odlewu, a jego wnętrze pozostaje ciekłe. Tam też w końcowej fazie krzepnięcia lokalizuje się pustka powstała na skutek skurczu metalu i braku zasilania. Pustka ta może przyjmować różne formy i nosi nazwę jamy skurczowej.

Objętość jamy skurczowej.

Jej objętość zależy od:

-wartości skurczu przegrzania, na który z kolei wpływają rodzaj stopu i stopień jego przegrzania, czyli różnica między temperaturą odlewania a temperaturą likwidusu,

-wartości skurczu krzepnięcia, który jest właściwością tworzywa odlewniczego

Postać jamy skurczowej w odlewie. Obserwacja rzeczywistych odlewów pozwala stwierdzić, że pustki w odlewach, będące skutkiem skurczu metalu w stanie ciekłym oraz skurczu krzepnięcia, mogą występować w postaci skoncentrowanej i rozproszonej. Skoncentrowaną jamę skurczową stanowi pusta przestrzeń w części odlewu, która krzepnie jako ostatnia, lub tzw. obciągnięcie, czyli wklęsłość na zewnętrznej powierzchni odlewu. Obciągnięcie tworzy się wtedy, gdy powstającą pustkę wewnątrz odlewu oddziela od ścianki zewnętrznej cienka, będąca w stanie plastycznym warstewka metalu. Postać rozproszona to znaczna ilość drobnych pustek, czasem trudno dostrzegalnych nieuzbrojonym okiem, zlokalizowanych w całej lub części objętości odlewu. Postać taka jest nazywana porowatością lub mikroporowatością skurczową (rzadzizną skurczową).

W rzeczywistości prawie nigdy nie występuje tylko jedna z wymienionych postaci pustek skurczowych. Zazwyczaj część całkowitej objętości pustek występuje w postaci skoncentrowanej, a część w postaci rozproszonej. Można zatem mówić o skłonności do tworzenia jednej z omówionych postaci jamy skurczowej. Skłonność ta zależy przede wszystkim od:

- sposobu krystalizacji metalu,

- intensywności wydzielania się gazów podczas krzepnięcia metalu.

Można wyróżnić dwa podstawowe sposoby krystalizacji metalu, czyli procesu narastania fazy stałej w objętości fazy ciekłej. Są to krystalizacja warstwowa i objętościowa.

Jama skurczowa występująca w dowolnej postaci w odlewie dyskwalifikuje go pod względem użytkowym. Powstawaniu jam i porowatości zapobiega się tworząc odpowiednio wysoki gradient temperatury, powodujący sukcesywne kierunkowe krzepnięcie poszczególnych warstw materiału. Miejscem najgorętszym krzepnącym na końcu powinna być taka część odlewu, której wady skurczowe nie zmniejszają wartości użytkowej danej części. By uzyskać taki efekt dodaje się nadlewy które krzepną na końcu. Można pogrubić też odpowiednie ścianki odlewu czy zastosować wykładziny izolacyjne lub egzotermiczne.

15.Nadlewy i ich rodzaje.

Nadlewy są to zbiorniki ciekłego metalu, z których jest uzupełniany ubytek objętości metalu związany z krzepnięciem odlewu. Zabieg ten nosi nazwę zasilania odlewu. Nadlewy muszą zatem krzepnąć jako ostatnie części odlewu. Muszą także się znajdować w pobliżu zasilanego węzła cieplnego. Ze względu na położenie względem odlewu rozróżnia się nadlewy górne i boczne; ze względu na konstrukcję nadlewy dzieli się na zakryte i odkryte. Nadlewy wykonywane w tej samej masie formierskiej co pozostałe części formy i bez zastosowania dodatkowych zabiegów zwiększających ich skuteczność noszą nazwę zwykłych. Poza tym stosuje się nadlewy w otulinach termoizolacyjnych lub egzotermicznych, pozwalających na zmniejszenie ich objętości w stosunku do nadlewów zwykłych, oraz nadlewy ciśnieniowe.

16.Rola przeponki między nadlewem a odlewem. Znaczenie otulin egzotermicznych i izolacyjnych.

Przeponka(specjalna przegroda) jest elementem umieszczanym miedzy nadlewem a odlewem. Zastosowanie jej ma na celu uproszczenie procesu usuwania(odcięcia) nadlewu. Przeponki wykonane są z odpowiedniej masy rdzeniowej, maja tak dobrana grubość, że szybko się nagrzewają do temperatury zbliżonej do temp. metalu i nie powodują skrócenia czasu krzepnięcia nadlewu i odlewu w miejscu połączenia. Otrzymany po zakrzepnięciu kształt połączenia z karbem znacznie ułatwia usuwanie nadlewu.

Materiały izolacyjne mają mały współczynnik przewodności cieplnej np. ceramika, mat. włókniste. Mat. egzotermiczne w chwili zetknięcia się gorącym metalem występuje reakcja chemiczna dzięki, której wydziela się ciepło ogrzewając formę i odlew. Wykładziny wykonane z powyższych mat. służą do wydłużenia czasu krzepnięcia ścian odlewu, zastępując ich pogrubianie(np. w celu wydłużenia zasięgu działania nadlewu. Otuliny służą do wydłużenia czasu krzepnięcia nadlewu.

17.Rola ochładzalników w sterowaniu krzepnięciem odlewów.

Uniknięcie powstania jamy skurczowej lub porowatości w obrębie odlewu jest możliwe, o ile wytworzy się w nim odpowiednio wysoki gradient temperatury, powodujący sukcesywne, kierunkowe krzepniecie poszczególnych warstw materiału. Wzrostowi gradientu temperatury sprzyja chłodzenie części położonych dalej od nadlewu, osiąga się to poprzez stosowanie ochładzalników(wkładek metalowych) umieszczonych we wnęce formy lub przy powierzchni rdzeni. Rolą ochładzalników jest także zwiększenie zasięgu działania nadlewu, a także do zredukowania liczby nadlewów poprzez zastosowanie pasa ochładzalników.

18.Specyfikacja zasilania odlewów żeliwnych.

Przy wyborze metod zasilania trzeba dążyć do tych metod w których można przewidzieć wcześniejsze krzepnięcie elementów zasilających (czyli będą mniejsze) gdy dają większy uzysk ,a wiec obniżają koszty produkcji. W kolejności są to:

- samozasilanie,

- samo zasilanie z nadlewami bezpieczeństwa,

- zasilanie z pełnym wykorzystaniem ciśnienia grafityzacji przez układ wlewowy,

-zasilanie z pełnym wykorzystaniem ciśnienia grafityzacji przez nadlewy,

-zasilanie ze zredukowanym ciśnieniem.

Zasilanie tradycyjne(z nadlewami) daje bardzo mały uzysk.

Warunki samo zasilania:

- niska temp. zalewania 1300 - 1350

- przeważający moduł odlewu powyżej 2cm,

- wysoka jakość metalurgiczna,

- zdecydowanie sztywna forma.

19.Wzrost kryształów podczas krzepnięcia typowych gatunków stopów (roztwory stałe, podeutektyczne, eutektyczne).

Krystalizacja jest procesem dwuetapowym - zarodkowanie i wzrost.

Zarodkowanie dzielimy na homogeniczne i heterogeniczne.

Wzrost kryształów jest procesem przyłączania pojedynczych atomów do istniejących już powierzchni zarodków, zdeterminowanych przez transport (dyfuzje) atomów na powierzchnie frontu krystalizacji oraz wbudowanie atomów w sieć kryształu.

Krystalizacja stopów jest bardziej złożona ze względu na:

- krzepniecie może zachodzić w stałej temp. lub w zakresie od lini likwidus do lini solidus,

- skład chemiczny fazy ciekłej różni się od składu powstającej fazy stałej.

Krzepniecie eutektyk również przebiega w dwóch etapach obejmując zarodkowanie i wzrost. W miarę ochładzania ciekłego stopu o składzie eutektycznym zarodkuje, a następnie wzrasta jedna z faz, np. faza B. Jej zwiększenie dokonuje się kosztem atomów B znajdujących się w pobliżu, przy jednoczesnym wzroście stężenia atomów A przed frontem krystalizacji.

21.Zarodkowanie homogeniczne i heterogoniczne.

Homogeniczne Polega na tworzeniu cieczy ugrupowań atomów (zarodków) o uporządkowaniu zbliżonym do rozkładu w krystalicznej fazie stałej. Aby zarodek mógł się rozrastać, musi osiągnąć pewna wielkość krytyczną, co na ogół wymaga dużych przechłodzeń. W ciekłych metalach występują na ogół zbyt małe przechłodzenia jedynie metal rozdrobniony na bardzo małe krople można silnie przechłodzić nawet o 300C. Zarodkowanie homogeniczne jest szczególnym przypadkiem zarodkowania heterogenicznego.

Heterogeniczne Powstanie zarodków następuje na powierzchni fazy stałej stykającej się z cieczą. Polega na wykorzystaniu w procesie zarodkowania rożnego rodzaju powierzchni wtrąceń(niemetalicznych) czy też zanieczyszczeń obecnych w ciekłym metalu, albo ścianek formy odlewniczej lub wlewnicy. Zarodkowanie może następować również na warstewce stałych tlenków znajdujących się na powierzchni ciekłego metalu.

22.Zasada krzepnięcia jednoczesnego i kierunkowego w odlewach.

Krzepnięcie jednoczesne

Ma miejsce wówczas, gdy wszystkie części odlewu stygną i krzepną równocześnie tak, że początek krzepnięcia na powierzchni ścianek odlewu i koniec w środku tychże ścianek odbywa się w tym samym czasie we wszystkich częściach odlewu. Uzyskanie jednoczesnego krzepnięcia zapewniają przede wszystkim dwa czynniki; 1) właściwa konstrukcja odlewu, cechująca się równomierną grubością ścianek i brakiem węzłów cieplnych czyli skupień ciekłego metalu, krzepnących dłużej od pozostałych części odlewu ; oraz2) konstrukcja formy odlewniczej, pozwalająca na wyrównanie czasów krzepnięcia części odlewu o różnej grubości.

Drugi sposób uzyskiwania krzepnięcia jednoczesnego polega na;

- doprowadzeniu układu wlewowego do miejsc odlewu o małym przekroju, co umożliwia wyrównanie czasu krzepnięcia cienkiego przekroju z czasem krzepnięcia pozostałych czesi odlewu

- stosowanie materiałów formy o różnych właściwościach termofizycznych lub tak zwanych ochładzalników.

Krzepnięcie kierunkowe

Rozpoczyna się w częściach o najmniejszym przekroju, następnie obejmuje części coraz grubsze i kończy się na częściach najgrubszej, stanowiącej tzw. Nadlew. Podobnie jak krzepnięcie jednoczesne, także kierunkowe zależy od 2 czynników. Pierwszy z nich to konstrukcja odlewu, cechującą się brakiem lub minimalną objętością węzłów cieplnych, wzrostem grubości ścian postępującym w kierunku nadlewów oraz dzielącą odlew na strefy oddziaływania nadlewów. Drugi to właściwy sposób odlewania, polegający przede wszystkim na;

- doprowadzeniu metalu do lub w pobliże nadlewu, który w czasie krzepnięcia odlewu powinien być jego częścią o najwyższej temp.

- stosowaniu materiałów formy o zróżnicowanych właściwościach termofizycznych lub ochładzalników.

23.Naprężenia odlewnicze - powstawanie naprężeń, likwidowanie skutków, zapobieganie powstawaniu naprężeń.

Naprężenia odlewnicze powstają w procesie produkcyjnym podczas stygnięcia zakrzepłego odlewu, na skutek hamowania swobodnego skurczu materiału towarzyszącemu obniżaniu się temperatury. Wyróżnia się dwie grupy przyczyn tego zjawiska; hamowanie skurczu odlewu może nastąpić przez rdzenie lub występy formy albo przez masywniejsze części odlewu, stygnące wolniej, czyli wskutek nierównomiernego rozkładu temperatury w odlewie. Jeżeli w czasie stygnięcia zachodzą w materiale przemiany fazowe połączone za zmiana objętości. To osiągnięcie temperatury takiej przemiany w różnym czasie przez różne części odlewu jest źródłem dodatkowych naprężeń cieplnych , zwanych naprężeniami fazowymi.

Hamowanie skurczu i powstawanie naprężeń w odlewach podczas jego stygnięcia jest istotne z uwagi na:

-naprężenia mogące doprowadzić do uszkodzenia samego odlewu,

- powstawianie znacznych sił zaciskających odlew w formie, co utrudnia konstrukcje form, zwłaszcza metalowych

- pozostające po ostygnięciu naprężenia własne, które mogą obniżać wytrzymałość odlewu i prowadzić do jego deformacji.

Całkowity skurcz metalu może być podzielony na 3 etapy;

- skurcz przegrzania( w stanie ciekłym), zachodzący w przedziale temp. Pomiędzy temp zalewania a temp. likwidus,

-skurcz krzepnięcia, zachodzący w przedziale temperatur pomiędzy temp. likwidus a solidus,

- skurcz w stanie stałym, zachodzący podczas stygnięcia odlewu od temp. solidus do temp. otoczenia.

Metody usuwania naprężeń:

-wyżarzanie odprężające: przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 400° C do 500° C. W tych temperaturach stop zyskuje znaczną plastyczność, co umożliwia usunięcie wewnętrznych naprężeń (powstałych podczas krzepnięcia odlewu lub spoiny) poprzez zamienienie ich na odkształcenia plastyczne.

-starzenie: zapobieganie powstawaniu naprężeń.

Skłonność do tworzenia się naprężeń odlewniczych zależy od właściwości tworzywa oraz rodzaju formy odlewniczej.

Aby zmniejszyć naprężenia cieplne należy zastosować odpowiedni dla danej formy system odpowietrzania oraz chłodzenia( jeżeli jest to potrzebne).

25.Rodzaje modeli odlewniczych i metody ich wytwarzania oraz przyporządkowanie do metod odlewania.

Podobnie jak formy, również modele odlewnicze służące do wykonywania form, mogą być :

-trwałe- stosowane w większości procesów odlewniczych(ręczne, maszynowe, kokilowe, ciśnieniowe itd.), wykonane z materiałów o różnym stopniu trwałości i wytrzymałości, takich jak drewno, stopy żelaza, miedzi, aluminium oraz tworzywa sztuczne

-jednorazowe- są stosowane tylko w nielicznych procesach. Idea stosowania tych modeli polega na tym że forma odlewnicza jest kształtowania wokół modelu o dowolnym kształcie, bez dzielenia, sam model zaś jest usuwany z niej przez wytopienie lub wypalenie.

*modele wytapiane wykonuje się z mieszanek woskowych, parafinowych lub polistyrenowych metoda wtryskiwania do metalowych foremek zwanych matrycami. Wykorzystywane w odlewaniu metoda wytapianych modeli

*modele wypalane wykonuje się ze styropianu metodą wtryskiwania, możliwe jest również sklejanie takiego modelu. Stosowane w odlewaniu metoda pełnej formy lub wypalanych modeli oraz w zbliżonym do niego procesie o nazwie Replicast FM.

26. Piece odlewnicze i rodzaje zabiegów metalurgicznych.

Żeliwiaki- są to piece o konstrukcji szybowej służące do wytopu żeliwa. Tradycyjnym paliwem w żeliwiakach jest koks.-żeliwiaki z dmuchem nagrzewanym ciepłem spalin żeliwiakowych, -żeliwiaki z rozdzielonym dmuchem ,-żeliwiaki ze wzbogaceniem dmuchu tlenem ( z dotlenionym dmuchem).

Piece na paliwo ciekle i gazowe są to piece w których źródłem ciepła jest ciepło spalania paliw ciekłych lub gazowych, dzielą się na:- piece trzonowe - w tych piecach wsad metalowy i topniki ładuje się do przestrzeni ograniczonej od dołu tzw. trzonem, a od góry sklepieniem: -piece szybowe gazowe, -piece tyglowe- w tych piecach najczęściej wsad umieszcza się w tyglu metalowym lub ceramicznym, a ciepło spalin nagrzewa ściany tygla z zewnątrz.

Piece elektryczne:- piece oporowe,- piece łukowe,- indukcyjne,- indukcyjne tyglowe,- indukcyjne kanałowe,

29. Opis struktury żeliwa w temp. pokojowej o wartości CE=3%. Przypadek żeliwa białych, szarych i sferoidalnych.

Opis struktury żeliwa w temp. pokojowej: Żeliwo stanowi najliczniej reprezentowaną grupę odlewniczych stopów Fe. Są to stopy żelaza z węglem, w których zawartość węgla wynosi powyżej 2%, krzemu zaś 1 - 3%. Na skutek zmiany składu chemicznego, technologii topienia, odlewania oraz obróbki cieplnej można uzyskać gatunki żeliwa o szerokiej gamie właściwości użytkowych. Żeliwo szare- zawiera grafit, a cementyt znajduje się tylko w perlicie. Fazy występujące oprócz grafity to ferryt, perlit, eutektyka fosforowa. Żeliwa szare maja cenne właściwości: odlewnicze; mały skurcz, dobra lejność. Żeliwo szare jest często wykorzystywane przez konstruktorów wykonuje się niego proste i mało obciążone części dla żeliwa o mniejszej wytrzymałości, a żeliwa o większej wytrzymałości korpusy, loża, stojaki, wrzeciona obrabiarek, a także koła zębate. Żeliwo białe-nie zawiera grafitu. Znaczna ilość cementytu jest powodem dużej twardości i kruchości. Żeliwo białe charakteryzuje się małą lejnością i dużym skurczem odlewniczym.Żeliwo sferoidalne-Żeliwo sferoidalne jest uzyskiwane poprzez podwójną modyfikacje umożliwiająca uzyskanie grafitu sferoidalnego. Żeliwo to ma w porównaniu z szarym zwykłym większą wytrzymałość, plastyczność i udarność.

30. Gatunki żeliwa i ich zastosowanie. Różnice w strukturze i właściwościach.

Wyróżnia się pięć podstawowych grup, a mianowicie: -Żeliwo białe- stosowane do wyrobu bębnów młynów i części maszyn do przeróbki kamieni, -Żeliwo szare- obok tak tradycyjnych zastosowań, jak korpusy obrabiarek, obudowy urządzeń elektrycznych, żeliwo szare (zwłaszcza wysokojakościowe) stosuje się powszechnie w przemyśle motoryzacyjnym, na elementy zaworów oraz pieców. Niewielkie koszty wytwarzania w połączeniu z doskonałymi właściwościami technologicznymi czynią z niego wyjątkowo atrakcyjny materiał na odlewy kształtowe, -Żeliwo sferoidalne- obok tradycyjnego obszaru zastosowań jakim są odlewy dla przemysłu chemicznego i energetyki, odlewy z żeliwa sferoidalnego są coraz częściej stosowane w przemyśle motoryzacyjnym na obudowy silników, elementy skrzyni biegów, koła zębate, wały korbowe. Jeśli idzie o te ostatnie, to znakomita większość producentów samochodowych zastąpiła kute wały korbowe odlewami z żeliwa sferoidalnego, -Żeliwo z grafitem zwartym- szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym na odlewy korpusów silników spalinowych, obudowy reduktorów i turbodoładowarek, skrzynie korbowe, wlewnice i wiele innych , -Żeliwo ciągliwe, -Żeliwo stopowe..

31.Typowy przebieg procesu topnienia i uzyskania żeliwa sferoidalnego (do momentu odlania do formy). Przemysłowe metody uzyskiwania odlewów z żeliwa o strukturze sferoidalnej.

Nadrzędnym celem topienia w odlewnictwie jest otrzymanie metalu lub stopu w stanie umożliwiającym dokładne wypełnienie formy odlewniczej i otrzymanie odlewu o wymaganych własnościach użytkowych. W najprostszym przypadku sprowadza się to do przetopienia składników wsadu metalowego umieszczonego w tyglu lub przestrzeni roboczej pieca przy zapewnieniu odpowiedniej ochrony przed ujemnym oddziaływaniem atmosfery pieca. Przetapianiu poddaje się wszystkie stopy metali nieżelaznych. W przypadku stopów żelaza przetapianie ma zastosowanie dla żeliwa i staliwa topionych w piecach elektrycznych indukcyjnych.
W przeciwieństwie do przetapiania - wytapianie ma na celu otrzymanie stopów o żądanym składzie chemicznym z żądanych właściwościach. Jest to połączenie topienia z procesami fizykochemicznymi inaczej nazywanymi metalurgicznymi.
Ze względu na rodzaj topionych metali i stopów wyróżnia się topienie żeliwa, staliwa oraz stopów metali nieżelaznych.
Kryterium podziału stanowi rodzaj pieca w którym odbywa się topnienie
- piece szybowe(żeliwiak),
- elektryczne łukowe,
- tyglowe,
- płomieniowe.
Rodzaj żużla decyduje o rodzaju zabiegów metalurgicznych a tym samym o jakości stopu.
Żużel dobrany jest ze względu na wyłożenie pieca które może być kwaśne, zasadowe bądź obojętne (wzór na zasadowość żużla Z = %CaO / %SiO₂).
Na proces sferoidyzacji żeliwa składają się następujące zabiegi:
- przygotowanie ciekłego metalu o składzie eutektycznym lub nadeutektycznym z obniżoną zawartością siarki. W żeliwie nie powinny występować Al., Sb, Zn, Sn, Ti,
- wprowadzenie pierwiastków zmniejszających napięcie powierzchniowe(Mg, Ce),
- wprowadzenie modyfikatorów grafityzujących jako zarodków krystalizacji.
Odsiarczony roztwór uzyskuje się przez stosowanie pneumatycznego wdmuchiwania węgla lub kadź z porowatą wkładką aby rozprowadzić rafinator odsiarczający.
Wprowadzony do żeliwa magnez powoduje efekt świetlny, rozpryskowy oraz dymny. Magnez dodaje się w urządzeniach zwanych autoklawami.
Najwięcej zalet ma metoda drutowa. Nośnikiem zaprawy jest cienkościenna rurka stalowa o średnicy 15mm nawinięta na bęben. Do wprowadzenia rurki do kadzi służy podajnik. Za pomocą jednego drutu można wprowadzić kilka środków (rafinator, sferoidyzator i modyfikator).

32.Przykłady gatunków staliw i ich zastosowanie.

Staliwa: węglowe konstrukcyjne (niestopowe), stopowe konstrukcyjne (niskostopowe), staliwo do pracy w podwyższonych temp (niskostopowe), staliwo narzędziowe(nisko i wysokostopowe), odporne na korozje (wysokostopowe), żaroodporne i żarowytrzymałe (wysokostopowe).
Staliwo stop odlewniczy żelaza z węglem i innymi pierwiastkami o zawartości węgla do 2%. W stanie lanym: gruboziarnista struktura.
Staliwo węglowe konstrukcyjne(0,1-0,6%C): dzieli się na nisko średnio i wysokowęglowe. Własności wytrzymałościowe są zależne od zawartości węgla. Decyduje on o udziale perlitu i ferrytu w mikrostrukturze staliwa.
Staliwa niskowęglowe-przedmioty niezbyt obciążone lub obciążane udarowo części maszyn, korpusy silników elektrycznych, zderzaki.
Staliwo średniowęglowe - elementy silnie obciążone (koła wagonów, skrzynie rozrządu, korpusy pras).
Staliwa wysokowęglowe-części bardzo silnie obciążone (koła zębate napędów walcowniczych).

Staliwo stopowe(0,2-0,4%C), zawartość pierwiastków na ogół nie przekracza 5%
- niskostopowe staliwa, stosowane na odlewy pracujące w temp do 575^oC,
- wysokostopowe do pracy na zimno i ciepło, stosowane w elementach wymagających spawania,

- odporne na korozje,
- żaroodporne i żarowytrzymałe elementy pracujące w temp powyżej 650^oC.

33.Stal a staliwo. Definicje, róznice w strukturze i właściwościach.

Stal - stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i plastycznie obrabialny o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11%
Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.
Staliwo, to stop żelaza z węglem w postaci lanej (czyli odlana w formy odlewnicze), nie poddana obróbce plastycznej. W odmianach użytkowych zawartość węgla nie przekracza 1,5%, suma typowych domieszek również nie przekracza 1%. Właściwości mechaniczne staliwa są nieco niższe niż własności stali o takim samym składzie po obróbce plastycznej. Wynika to z charakterystycznych dla odlewów: gruboziarnistości i pustek międzykrystalicznych. Staliwo ma natomiast znacznie lepsze właściwości mechaniczne od żeliwa, w szczególności - jest plastycznie obrabialne, a odmiany o zawartości węgla poniżej 0,25% są również dobrze spawalne.
34.Omówić krótko i scharakteryzować stopy metali nieżelaznych.

Metale nieżelazne nazywane są niepoprawnie kolorowymi, mają ogromne znaczenie przede wszystkim jako osnowa dla wielu stopów o bardzo różnorodnych właściwościach fizycznych i chemicznych.
Stopy aluminium-dzieli się na obrabiane cieplnie i stosowane bez obróbki cieplnej.
Al-Si (siluminy) podział na siluminy podeutektyczne, okołoeutektyczne i nadeutektyczne. Dobre właściwości mechaniczne. Wadą jest gruboziarnista eutektyka, oraz w nadeutektycznych igły krzemu. Można to zmienić przez modyfikację stopu. Obróbkę ciekłego metalu prowadzi się za pomocąTiB₂ oraz TiC. Rozdrobnione ziarna wpływają korzystnie na charakterystykę zasilania, zwiększają właściwości mechaniczne i szczelność, polepszą efekt obróbki cieplnej. Siluminy są stosowane w motoryzacji na głowice silników spalinowych, obudowy sprzęgieł w przemyśle elektrotechnicznym, okrętowym i lotniczym.
Al-Cu obecność miedzi około 8-12% stopy są umacniane wydzieleniowo osiągając dużą wytrzymałość twardość i niezłą plastyczność.
Al-Mg wskazują dużą odporność korozyjną. Znajdują zastosowanie na odlewy.
Al-Zn zawartość 10-14% dobre właściwości odlewnicze i wytrzymałościowe charakteryzują się małą skłonnością do iskrzenia w kontakcie ze stalą jednak charakteryzują się degradacja struktury podczas pracy w podwyższonej temperaturze.

35.Klasyfikacja metod usuwania wtrąceń z ciekłego metalu. Opis metod rafinacji stopów metali nieżelaznych.

Substancje nierozpuszczalne w ciekłym metalu są zanieczyszczeniami tylko wtedy gdy mają duży stopień dyspersji a ich gęstość jest zbliżona do gęstości ciekłego metalu lub stopu.
Zanieczyszczenia rozpuszczalne w ciekłym stopie zwłaszcza metaliczne mogą rozpuszczać się w którejś z faz zmieniając jej własności a przez to właściwości odlewu. Głównym źródłem zanieczyszczenia może być wsad zarówno metalowy(zanieczyszczenia metalurgiczne metaliczne i niemetaliczne, zanieczyszczenia chemiczne i zanieczyszczenia mechaniczne) jak i niemetalowy (składniki paliw, wilgoć) oraz środowisko topnienia.

Klasyfikacja metod usuwania zanieczyszczeń:
a) fizyczne:- metody mechaniczne* filtrowanie,- metody ekstrakcyjne(* żużlowe,* gazowe,* próżniowe).
b) metody chemiczne:- żużlowe,- gazowe,- żużlowo - gazowe.
Ekstrakcja gazem obojętnym - prowadzi się za pomocą argonu lub azotu, wprowadzając do metalu przy użyciu lancy zakończonej porowatą końcówką której zadaniem jest wytworzenie możliwie dużej liczby pęcherzy. Metoda powoduje ze zanieczyszczenia zawarte w kąpieli przechodzą do pęcherzy gazowych i wędrują ku górze.

36.Zasady kształtowania odlewanych części maszyn ze względu na konstrukcję.

Podstawowymi elementami wpływającymi na koszty wyrobu są: projektowanie, produkcja, materiały i administracja.
Etap projektowania stanowi 7% kosztów ale odpowiedzialny jest za 65% całkowitego kosztu gdyż na tym etapie podejmuje się decyzje o najważniejszych składnikach.
Reguły projektowe nazywane są zasadami technologiczności konstrukcji. Koncentrują się na podstawowych procesach technologicznych.
Dzięki programom komputerowym możliwe jest projektowanie współbieżne czyli połączenie za pomocą komputerów działań inżynierów różnych specjalności.
Podział zasad technologiczności konstrukcji:
- związane z procesami odlewniczymi
- odnoszące się do innych procesów technologicznych jakim są poddawane odlewy

37.Zasady kształtowania odlewanych części maszyn ze względu na proces technologiczny.

Zasady technologiczności konstrukcji odlewów dzielimy na kilka grup związanych z:

- wykonaniem oprzyrządowania odlewniczego a więc modeli, rdzennic, matryc do modeli jednorazowych oraz form metalowych
- wykonywanie form jednorazowych
- poprawność zapełnienia wnęki formy

- prawidłowe zasilanie odlewu
- zapobieganie powstawaniu naprężeń i odkształceń cieplnych oraz pękaniu podczas stygnięcia
- pracochłonnością oczyszczania odlewu.

38.Zastosowanie systemów komputerowych do optymalizacji technologii odlewania.

Systemy komputerowe umożliwiają dwa sposoby opisu geometrii: dwuwymiarowy ( postać rzutów i przekrojów), przestrzenny (bryły i przestrzennie zorientowane powierzchnie).

Systemy komputerowe pozwalają na: numeryczne modelowanie i symulację procesów odlewniczych, szybkie wykonanie próbnych odlewów. Pozwalają określić w którym miejscu występują największe naprężenia oraz gdzie może dojsć do pęknięć.

Symulacje numeryczne dzieli się na: pierwszej generacji (stosuje się podejście tylko makroskopowe) i drugiej generacji (sprzężone modele mikro i makroskopowe). Wyniki symulacji numerycznej pozwalają określić zależność pola temperatury odlewu i formy od czasu. Pozwala to na lokalizacje węzłów cieplnych i przewidywanie potencjalnych miejsc wad skurczowych

Inną zależnością którą można określić za pomocą systemów numerycznych jest pole czasów krzepnięcia oraz obliczenie odpowiednich gradientów temperatury mających wpływ na kierunkowe krzepniecie.

Symulacja komputerowa pozwala na odpowiednie ocenienie stopnia zasilania.

Pozwala uzyskać informacje o: wielkości i kształcie kryształów, przemianach fazowych, skurczach i mikroporowatości. Mówią nam jaki system chłodzący zastosować, oblicza czas trwania cyklu odlewania i ocenę gradientów temperatury na przekroju formy

40.Cele i klasyfikacja obróbki cieplnej odlewów.

Obróbka cieplna - zespół zabiegów technologicznych, polegających na nagrzaniu przedmiotu do wymaganej temperatury, wytrzymaniu w niej przez określony czas oraz chłodzeniu z zadaną prędkością w celu wywołania zamierzonych zmian strukturalnych zapewniających uzyskanie odpowiednich własności mechanicznych. Najważniejsze parametry: szybkość nagrzewania(nagrzewanie-dostarczenie z zewnątrz energii cieplnej która ma podwyższyć temperaturę) i chłodzenia oraz temperaturę i czas wygrzewania w zadanej temperaturze.
Podstawowym zadaniem jest naprawa wadliwej struktury otrzymanej na różnych etapach procesu technologicznego albo wytworzenie w materiale struktury gwarantującej wymagane właściwości mechaniczne.

Klasyfikacja:

1. wyżarzanie
   - ujednorodnianie
   - normalizowanie
   - wyżarzanie zupełne
   - wyżarzanie niezupełne
   - zmiękczanie
   - perlityzowanie
   - przegrzewanie
   - odprężanie
   - stabilizowanie

2. ulepszanie cieplne
   - hartowanie (martenzytyczne i bainityczne)
   - odpuszczanie (niskie, średnie, wysokie)
   - wymrażanie

3. umacnianie wydzieleniowe
   - przesycanie
   - starzenie (naturalne, sztuczne)

Wiele zabiegów jest uniwersalnych. Stosowanych do stopów żelaza jak i metali nieżelaznych

---