Wydział Odlewnictwa II rok Grupa 3 Semestr pierwszy (zimowy)	Przedmiot Tworzywa na formy odlewnicze Temat ćwiczenia Oznaczanie wlaściwości mas rdzeniowych wykonywanych technologią gorącej rdzennicy (hot-box) Wykonujący ćwiczenie Oleksandra Samarska	Data wykonania 9.01.2012

1. Wstęp teoretyczne

Do badanej w danym ćwiczeniu metody hot-box (metoda gorącej rdzennicy) używamy sypkich mas szybkowiążących.

SMT sąto masy, które wiążą w podwyższonej temperaturze, a jednocześnie zawierają utwardzacz przyspieszający proces wiązania. Utwardzacz może spełniać rolę nośnika składników niezbędnych do szybkiego ostatecznego usieciowania żywicy (np. urotopina), albo rolę przyspieszacza.

Masy te są stosowane zarówno do sporządzania rdzeni, jak i form. Ze względu na zmiany temperatury, mają one mniejszą dokładność wymiarową, ale przy tym mniejszą gazotwórczość.

SMT są głównie stosowane w procesach:

- Croninga (formowanie skorupowe),

- gorącej rdzennicy (hot-box),

- ciepłej rdzennicy (warm-box),

- skokowego utwardzania cieplnego (Thermoschock),

- z przedmuchiwaniem podgrzanym powietrzem (warm air).

Sypkie masy szybkowiążące (SMT): osnowę stanowi piasek kwarcowy o temperaturze poniżej 25˚C o określonym składzie ziarnowym (d_L=0,15-0,3 mm), minimalnej zawartości lepiszcza i frakcji pyłowych, najmniejszej możliwej zawartości domieszek o charakterze alkaicznym. Bardzo rzadko stosowany jest sosowany piasek cyrkonowy – pozwala zmnieszyć dodatek spoiwa oraz często wyeliminować powloke ochronną. Jako spoiwo obecnie stosowane są żywice syntetyczne. Największą szybkość utwardzania zapewniają żywice fufurylowe, lecz ze względu ich cenę i deficyt alkoholu furfurylowego, obecnie stosowane są żywice fenolowo-mocznikowo-formaldehydowe i fenolowo-formaldehydowe. Utwardzacz może być w postaci proszku lub roztworu. Naczęsciej stosują się sole amonowe silnych kwasów z dodatkiem mocznika: utwrdzacz chlorowy jest silniejszy i stosowany jest zimą, azotanowy – latem. Dodatek utwardzacza wynosi 10-25% w stosunku do ilości do ilości zywicy. Może także wprowadzany Fe₂O₃ w celu zabezpieczenia przed powstawaniem nakłuć w odlewach staliwnych i z żeliwa sferoidalnego.

Proces gorącej rdzennicy (hot-box) – jest to proces, polegający na wstrzelaniu masy do rdzennicy (nagrzana do temperatury 180-280˚C, najczęściej 220-230˚C) i przetrzymaniu tej masy w rdzennicy do uzyskania takiego stopnia utwardzenia, jaki umożliwia wyjęcie rdzenia bez uszkodzenia.

Metoda ta est rozwinięciem procesu formowania skorupowego, lecz różni się 3 cechami:

- jest stosowana tylko do wykonywania rdzeni,

- wykonuje się rdzenie pełne,

- reakcja wiązania jest egzotermiczna.

Proces stosuje się do sporządzania rdzeni o grubości ścianki do 100 mm, przy czym czas utwardzania wzrasta od grubości ścianki 75 mm. Tą metodą zaleca się sporządzać rdzenie o masie od około 1 kg, przy czym górma granica i kształtu rdzeni są ograniczone grubością ścianki rdzenia. Czasem dzieli się rdzenie na elementy, a następnie skleja, co umożliwia wykonanie bardziej skomplikowanych rdzeni.

Czas utwardzania może wynosić od kilku do kilkudziesięciu sekund (zależy to od grubości ścianki rdzenia oraz składu masy, glównie od rodzaju żywicy).

Utwardzone rdzenie pokrywa się powłokami ochronnymi zwykle wodnymi i przeważnie przez zanurzanie rdzeni w powłoce. Zazwyczaj stosuje się również podsuszanie rdzeni po naniesieniu wodnej powłoki.

Proces jest stosowany do seryjnej produkcji rdzeni, gdyż rdzenie wykonane daną metodą charakteryzują się dokładnością wymiarów i kształtów, dobrą wytrzymaścią i wybijalnością.

1. Wykonanie ćwiczenia

Do wykonania ćwiczenia sporządzamy masę rdzeniową o składzie:

- piasek kwarcowy, 100 częsci wagowych,

- utwardzacz AT 7 (o nazwie handlowej RESIN 4102), o małej kwasowości, 0,4 części wagowych,

- zywica, 1,5 części wagowych.

Sporządzamy masę o następujących ilościach składników: 5 kg piasku kwarcowego, 75 g żywicy i 20 g utwardzacza.

Odważoną i wysuszoną porcję piasku kwarcowego wsypujemy do laboratoryjnej mieszarki skrzydełkowej, dodajemy odpowiednią ilość utwardzacza. Mieszamy przez 1 minutę. Następnie dodajemy odważoną ilość żywicy i mieszamy przez 3 minuty. Gotową już masę usuwamy z mieszarki, wsypuemy do szczelnego pojemnika i dostarczamy do miejsca formowania.

Aby sporządzić potrzebne nam laboratoryne kształtki podłużne korzystamy z dwugniazdowe rdzennicy metalowej. Ustalamy wartość tempertury na 250˚C i uruchamiamy ogrzewanie. Po osiągnięciu potrzebnej temperatury masę wsypujemy do komory sztrzałowej i mocyjemy w sztrzelarce. W celu zagęszczenia masę wsztrzelamy do nagrzanej rdzennicy w czasie 0,5 sekundy przy ciśnieniu powietrza 0,6 MPa. Utwardzamy kształtki przy zmiennym czasie: 15, 30, 60, 90 i 120 sekund. Po 2 strzałach wyciągamy kształtki i uzupełniamy komorę kolejnymi porcjami masy.

Badania wytrzumałości mas rdzeniowych wykonywanych technologią gorącej rdzennicy dokonuemy przy pomocy aparatu do pomiaru wytrzymałości mas formierskich typ LRu-2e.

Po usunięciu kształtek z rdzennicy, część z nich odkładamy i chłodzimy na powietrzu przez 1 godzinę (badanie wytrzymałości „na zimno”), resztę natomiast wkładamy kolejno do aparatu dla pomiaru wytrzumałości (badanie wytrzymałości „na gorąco”).

Uwzgłedniając czas utwardzania dla kształtek „na gorąco”, otrzymujemy następujące wyniki:

Wartości wytrzymałości "na gorąco", MPa
Numer próbki
1
2
3
Średnia

Uwzględniając powyższe wyniki możemy sporządzic wykres zależności wytrzymałości na zginanie od czasu utwardzania:

.

Po 1h ochładzania uwzgłedniając czas utwardzania dla kształtek „na zimno”, otrzymujemy następujące wyniki:

Wartości wytrzymałości "na zimno", MPa
Numer próbki
1
2
3
Średnia

Uwzględniając powyższe wyniki możemy sporządzić wykres zależności wytrzymałości na zginanie od czasu utwardzania:

.

1. Wnioski

Wnioskując z wykresu i danych w tabeli, możemy stwierdzić że dla kształtek badanych „ma gorąco” funkcja zależności wytrzymałości na zginanie od czasu ochładzania jest funkcją malejącą, natomiast dla kształtek badanych na zimno – funkcją wzrastającą. Wudzumy także, że dla kształtek z pierwszego doświadczenia dłuższy czas utwardzania powoduje niższą wytrzymałość, naodrwrót w przypadku doświadczenia drugiego. Wszelkie deformacje i zbyt duże różnice wartości wytrzymałości dla kształtek z tej samej serii mogą świadczyć o deformacji kształtek, ich uszkodzeniu w procesie wyjmowania z rdzennicy lub przy przenoszeniu do miejsca badania wytrzumałości.