ł Wydział Odlewnictwa II rok Grupa 3 Semestr pierwszy (zimowy)

Przedmiot Tworzywa na formy odlewnicze Temat ćwiczenia Badanie wpływu wilgotności na wytrzymałość na ściskanie – Rc^w, przepuszczalność P^w i gęstość pozorną ρ0 syntetycznych mas formierskich Wykonujący ćwiczenie Piórkowski Krzysztof

Data wykonania

• Wstęp teoretyczny

Masy syntetyczne – są to takie kompozycje, których głownymi składnikami są: osnowa piaskowa i glina formierska. Spośród mas klasycznych mają one największe zastosowanie w praktyce odlewniczej.

W danym ćwiczeniu będziemy badać dane masy pod kątem wpływu wilgotności na nastepujące właściwości:

- wytrzymałość na ściskanie R^w_c,

- przepuszczalność P^w,

- gęstość pozorna ρ₀.

1. Wytrzymałość na ściskanie R^w_c (mas wilgotnych lub świeżych) jest to graniczny nacisk jednostkowy, przy którym następuje zniszczenie badanej kształtki (podany w MPa). Właściwość tą oznacza się na znormalizowanych kształtkach walcowych. Wartość wytrzymałości oblicza się ze wzoru: R^w_c=P/F, gdzie P – siła niszcząca kształtkę, F – poprzeczny przekrój kształtki, m².

2. Przepuszczalność P^w materiałów formierskich jest to zdolność do odprowadzania przez nie gazów powstałych podczas odlewania i po napełnianiu formy ciekłym metalem. Zachodzi wtedy w masie szereg procesów powodujących wytwarzanie się gazów, a mianowicie:

- parowanie wody zawartej w masie oraz wody powstałej w wyniku pozkładu składników uwodnionych,

- wypalanie i destrukcja takich składnikow masy, jak: spoiw organicznych, pyłu węglowego, pyłu koksowego, pyłu węgla drzewnego lub trocin itp.,

- rozkład i wypalanie domieszek szkodliwych: węglanów, trawy, korzeni itp.

Zagęszczona masa formierska lub rdzeniowa jest ośrodkiem porowatym mającym strukturę ziarnistą, w którym pory łączą się w kanaliki obustronnie otwarte, co umożliwia odprowadzanie powstałych gazów na zewnątrz formy. W odlewnictwie stosowany jest współczynnik P^w, przyjęty za normami amerakańskimi AFS. Przepuszczalność oznaczoną na kształtkach walcowych 50*50mm można obliczyć na postawie wzoru:

P=(V*l)/(F*t*p),

gdzie V – objętość powietrza przepływającego prze kształtkę walcową, m³,

l – wysokośc kształtki walcowej, m,

F – powierzchnia poprzecznego przekroju kształtki walcowej, m²,

t - czas, w jakim objętość powietrza V przepłynie przez kształtkę walcową, s,

p –ciśnienie powietrza w przestrzeni pod kształtką, N/m², Pa.

W układzie SI przepuszczalność P ma nastepujący wymiar: .

3.Gęstość pozorna ρ₀ jest to wielkość stosowana dla materiałów ziarnistych (jakim również jest zageszczona masa formierska) i jest wyrażana jako stosunek masy (kg, g) do objętości (m³, cm³) zajmowanej przez materiał ziarnisty wraz z porami:

ρ₀=Q/V_c,

gdzie: Q – masa materiału, kg, g,

V_c – objętość materiału łącznie z porami, m³, cm³.

Gęstość pozorna ze względu na znajdujące się pomiędzy ziarnami pory, jest zawsze mniejsza od gestości ρ i zmniejsza się wraz z zagęszczaniem masy formierskiej. Im bardziej dany materiał jest zageszczony, tym większa jest wartość gęstości pozornej (mniejsza jest porowatość).

• Wykonanie ćwiczenia

Wykonujemy masę o następujacym składzie:

- piasek kwarcowy,

- bentonit,

- woda.

Do czystej mieszarki dodajemy określoną ilość piasku, po czym uruchomiamy mieszarkę w celu równomiernego rozprowadzenia piasku na dnie mieszarki. Po 10 sekundach dodajemy do piasku połowę założonej ilości wody. Piasek z wodą mieszamy przez 60 sekund po czym zatrzymujemy mieszarkę i dodajemy resztę wody (mieszanie trwa 5 minut). Po zatrzymaniu mieszarki, odgarniamy lancetką piasek osadzony na jej poboczach w celu dokładnego wymieszania i ponownie mieszamy 2 minuty. Dla wykonania kolejnych mas do masy wcześniej zużytej dodajemy nową ilość wody. Z przygotowanej masy wykonujemy 3 kształtki walcowe 50*50 mm. Wykonujemy je w tulejce niedzielonej za pomocą 3krotnego uderzenia ciężarkiem ubijaka.

Wraz z dokonywaniem pomiarów na sporządzonych kształtkach, wyznaczamy wilogtnośc poszczególnych mas:

Nr próbki	Wilgotność, %
1	1,49
2	1,83
3	3,40

• Pomiar wytrzymałości dokonujemy na aparacie do pomiaru wytrzymałości mas formierskich typ LRu-2e.

• Przepuszczalność badamy metodą pospieszną z użyciem aparatu do oznaczania przepuszczalności typ LpiR1. Przy metodzie pospiesznej stosuje się tylko jedną z dysz, przy czym mierzy się ciśnienie występujące w przestrzeni pod badaną kształtką wskazywane przez manometr. Zastosowanie dyszu powoduje zmniejszenie ilości przepływającego powietrza w jednostce czasu przez badaną kształtkę oraz spadek ciśnienia z p panującego w przewodach do ciśnienia p₁ w tulejce pod kształtką.

Dokonując badań otrzymujemy następujące dane:

Nr próbki	Wilgotność, %	Przepuszczalność, m2/(Pa*s)	Wytrzymałość, MPa
1	1,49	370	0,082
2	1,83	500	0,102
3	3,40	433	0,087

• Oznaczanie gęstości pozornej wykonuje się przez pomiar objętości i masy kształtki walcowej sporządzonej z badanej masy. Wydokość kształtki najlepiej jest mierzyć przed wyjęciem jej z tulejki, za pomocą miernika z dokładnością do 0,1mm. Po wyjęciu kształtki waży się ją z dokładnością do 0,2g, po czym oblicza się gęstość pozorną ρ₀:

ρ₀=Q/V_c,

gdzie: Q – masa materiału, kg, g,

V_c – objętość materiału łącznie z porami, m³, cm³.

Dla naszej kształtki: V_c=(π*R^2)*h=(3,14*2,5^2)*5≈100cm³,

wtedy ρ₀=Q/100 (g/cm³).

Z badań otrzymujemy nastepujące wyniki:

Wilgotność, %	Naważka, g	Gęstość pozorna, g/cm3
1,49	160	1,60
1,83	153	1,53
3,40	157	1,57

3.Wnioski

Z powyższych danych możemy zbudować wykresy zależności R^w_c, P^w, ρ₀ od wilgotności:

.

.

Wykres gęstości pozornej charakteryzuje się występowaniem minimum przy wilgotności w zakresie od 2 do 3%, w naszym przypadku minimum występuje przy wilgotności 2,3 %. Jednocześnie przy tej samej wilgotności wystepują maksima wytrzymałości (zwykle może być lekko przesunięty w lewo w stosunku do maksimum przepuszczalności) i przepuszczalności.

Wykres przepuszczalności ma stromy charakter, z czego możemy stwierdzić, że badana masa jest w miarę wrażliwa na wilgotność, czyli przy nieznacznej zmianie wilgotności występują znaczne zmiany przepuszczalności.