Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania LABORATORIUM Metody badań procesów i wyrobów
Wydział WBMiZ	Kierunek MiBM
Temat: Badania zjawisk termomechanicznych w chemoutwardzalnych masach formierskich

1. Badanie z zastosowaniem zmodyfikowanej metodyki badań HD

Celem ćwiczenia było przeprowadzenie badania z zastosowaniem zmodyfikowanej metodyki badań HD oraz analiza wyników. Modyfikacja polegała na wprowadzeniu dodatkowego ogrzewania palnikiem gazowym, dla mas furanowych (wykonanych z piasku regenerowanego i piasku świeżego) oraz masy poliuretanowej.

Wyposażenie stanowiska i przebieg badań HD.

Pomiar temperatury próbki dokonywane za pomocą pirometru monochromatycznego oraz kamery termicznej. Schemat stanowiska przedstawiony został na rysunku 1. Próbka została umieszczona w uchwycie kształtki, a na jej końcu został umieszczony czujnik przemieszczenia, który rejestrował wartość odchylenia od położenia pierwotnego. Próbki były obciążone własnym ciężarem, który był zależny od rodzaju osnowy i stopnia zagęszczenia oraz dodatkowo w miejscu przyłożenia stopki czujnika, punktowo, przyłożona była siła około 0,1 [N].

Rysunek. 1. Schemat stanowiska do badań HD

Na skutek termoplastycznej natury wiązania podczas nagrzewania osiągany jest punkt, gdzie utwardzona masa nie może się dłużej odkształcać przy obciążeniu, po czym następuje odkształcenie
w przeciwnym kierunku. Wielkość tego przeciwnego odkształcenia także jest mierzona i rejestrowana w formie wykresu. Ostatecznie dalszy rozkład wiązania objawia się całkowitą utratą wytrzymałości
i uplastycznieniu kształtki. Przedstawione zmiany w strukturze masy mają miejsce w rzeczywistych rdzeniach i formach podczas odlewania: objawiają się zniekształceniem cienkich rdzeni, pękaniem oraz odpryskiwaniem form, erozją i żyłkami. Pod tym względem warunki próby dobrze symulują te występujące w praktyce odlewniczej zjawiska. Charakterystyki zjawiska HD dla poszczególnych spoiw różnią się znacząco. Wykresy uzyskane podczas próby są charakterystyką zachowania się kształtki w czasie nagrzewania i przedstawiają krzywe otrzymane na skutek działania zjawisk wysokotemperaturowych jak rozszerzalność cieplna, termoplastyczność i rozkład termiczny badanej masy. W celu objaśnienia przebiegu krzywej, różne jej części są używane do określenia stopnia i czasu, w którym każde z powyższych zjawisk przeważa. Za pomocą interpretacji rozszerzalności cieplnej, wielkości i początku występowania termoplastyczności wyznaczane jest tempo rozkładu i rozpadu kształtki. Badaniu poddano trzy prostokątne próbki o różnych właściwościach: masa regenerowana, croning, chromit.

2. Wykresy temperatur przeciętnych i maksymalnych (wykresy z kamery termicznej)

1. masa regenerowana

1. masa croning

1. masa chromit

3. Wykresy temperatur z pirometru

1. masa regenerowana

2. masa croning

3. masa chromit

4. Analiza wyników i wnioski

Rodzaj zastosowanej osnowy ma znaczący wpływ na termoplastyczną charakterystykę masy. Przeprowadzenie badań typu hot-distoriton pozwala na lepsze poznanie właściwości termoplastycznych, a tym samym umożliwia lepszy dobór mas, co powinno przyczynić się do uzyskania odlewów o wyższej jakości. Modyfikacja badań HD była konieczna ze względu na uzyskanie pełnej analizy mas kwarcowych. Ogrzewanie palnikiem gazowym, jest korzystne ze względu na wysoki współczynnik wymiany ciepła między płomieniem a próbką. Próbka nie jest obciążona żadną dodatkową siłą, a wytrzymałość najszybciej spada w strefie maksymalnej temperatury. We wstępnym założeniu badań HD jedną z metod było ogrzewanie próbki za pomocą lampy halogenowej. W badaniu przeprowadzonym podczas laboratorium zrezygnowano jednak z tego typu źródła ciepła ze względu to, że próbka ulegałaby perturbacji oraz duży wpływ na stopień grzania miał współczynnik emisyjność. Promienie halogenowe wywołują szybszą destrukcję warstw o najwyższej temperaturze opadania tzw. „deszczu ziaren” z pocienieniem próbki. W przypadku wystąpienia tego zjawiska, wartości zarejestrowane od tego momentu deformacji nie dotyczą całego przekroju i są w zasadzie mało wartościowe. Tego typu badanie wymaga dokonania odpowiednich założeń, a słuszność wyników należy ograniczyć tylko do pierwszej części.