Odlewnictwo Wirtotechnologia	Imię i nazwisko Mateusz Sądej	ROK II	GRUPA II	ZESPÓŁ 2
Temat: Badanie wpływu wilgotności na wytrzymałość na ściskanie, przepuszczalność i gęstość pozorną syntetycznych mas formierskich.	NR ĆWICZENIA 3
Data wykonania: 17.03.2014	Data oddania: 31.03.2014	OCENA:

1. Wstęp teoretyczny

Przepuszczalność – materiałów formierskich nazywa się zdolność do odprowadzenia przez nie gazów powstałych podczas odlewania i po napełnieniu formy ciekłym metalem. Przepuszczalność oznaczoną na kształtkach walcowych ϕ 50x50 można obliczyć na podstawie następującego wzoru:

$$P = \frac{V*l}{F*t*p},\left\lbrack \frac{m^{2}}{Pa*s} \right\rbrack$$

Gdzie:

V – objętość powietrza przepływającego przez kształtkę walcową w m³;

l – wysokość kształtki walcowej w m;

F – powierzchnia poprzecznego przekroju kształtki walcowej w m²;

t – czas w jakim V m³ powietrza przepłynie przez kształtkę walcową w sekundach;

p – ciśnienie powietrza w przestrzeni pod kształtką w $\frac{N}{m^{2}}$,czyli Pa.

Wytrzymałość na ściskanie – jest to graniczny nacisk jednostkowy podany w MPa, przy którym następuje zniszczenie badanej kształtki.

$$R_{c} = \frac{P}{F},\left\lbrack \frac{N}{m^{2}} \right\rbrack$$

Gdzie:

P – siła niszcząca kształtkę w N;

F – poprzeczny przekrój kształtki w m².

Gęstość pozorna – jest to stosunek masy do objętości zajmowanej przez materiał ziarnisty łącznie z porami. Gęstość pozorna ze względu na znajdujące się pomiędzy ziarnami pory, jest zawsze mniejsza od gęstości i zmienia się wraz z zagęszczeniem masy formierskiej. Im bardziej dany materiał jest zagęszczony tym większa jest wartość gęstości pozornej, ponieważ mniejsza jest porowatość.

$$\rho_{o} = \frac{Q}{V_{c}},\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

Gdzie:

Q – masa materiału w kg;

V_c – objętość materiału łącznie z porami w m³.

Charakterystyczną cechą montmorillonitów jest ich bardzo wysoka zdolność do pęcznienia w obecności wody. Woda wchłonięta w przestrzenie między pakietowe powoduje pęcznienie zwiększając odległości między pakietami z 0,94 na 2,1 nm. W czasie suszenia montmorillonit traci wodę i jego wymiary sieciowe zmniejszają się.

M*H₂O + H₂O (odparowywanie wody swobodnej) → M*H₂O + H₂O (przy zalewaniu w 400^oC woda związana jest „wyrywana”) → M*H₂O → cząstka się kurczy.

Dodatek wody do masy ma zasadniczy wpływ na właściwości wytrzymałościowe klasycznych mas syntetycznych. Jeżeli masa jest sucha wówczas powierzchnia styku między cząsteczką piasku a cząsteczką bentonitu jest punktem (założenie: cząstki są kulami). W takim przypadku wytrzymałość takiej masy jest zerowa. Po dodaniu wody, każda cząsteczka bentonitu pęcznieje. W związku z tym, powierzchnia styku między cząsteczkami piasku oraz bentonitu powiększa się, co powoduje wzrost wytrzymałości.

1. Wykonanie ćwiczenia

- przygotowanie 5 kg masy formierskiej (piasek kwarcowy 100części wagowych, bentonit [zawartość 90% montmorylonitu] i 8części wagowych wody)

- mieszanie masy w mieszarce przez 3 + 2 min z dodatkiem 40ml wody

- odmierzenie masy, wsypanie jej do tulei i zagęszczenie (trzykrotne uderzenie ubijakiem) – znormalizowana próbka

- badanie przepuszczalności próbki (maszyna LPIR 1)

- wyciągnięcie próbki z tulei i badanie wytrzymałości na ściskanie

- badanie wilgotności ( suszenie i pomiar utraty wagi przez próbkę)

- powtórzenie wszystkich czynności dla mas z innym dodatkiem wody (30ml, 40ml)

1. Analiza wyników
   

Nr próbki	Wilgotność, W [%]	Naważka Q [g]	Gęstość pozorna $$\rho_{o}\ \left\lbrack \frac{g}{\text{cm}^{3}} \right\rbrack$$	Przepuszczalność P^w x 10^-8 $\left\lbrack \frac{m^{2}}{Pa*s} \right\rbrack$	Wytrzymałość na ściskanie R^w [MPa]
	1,28	1,23	160	1,63	160
	1,18				140
					135
2.	1,58	1,6	157	1,60	210
	1,62				195
					200
3.	2,36	2,44	145	1,48	380
	2,52				390
					370

1. Wykresy
   

5.Wnioski

Wyniki pomiarów są zgodne z założeniami teoretycznymi. Gęstość pozorna maleje wraz ze wzrostem wilgotności , wzrasta wytrzymałość na ściskanie oraz przepuszczalność. Gdybyśmy zdążyli przeprowadzić więcej prób, a co za tym idzie uzyskać więcej wyników zauważylibyśmy, że dalszy wzrost wilgotności sprawiłby obniżenie wytrzymałości na ściskanie oraz przepuszczalności, co doprowadziłoby do pogorszenia jakości odlewu. Widać też, że gdy zwiększamy wilgotność masy musimy zmniejszyć naważkę, ponieważ bez jej zmiany nie otrzymamy odpowiedniej kształtki walcowej.