Metody badań mas formierskich.
Masa formierska – to przerobiona w odpowiedni sposób mieszanina różnych materiałów formierskich dobranych w odpowiednim stosunku. Ilość i rodzaj poszczególnych składników masy zależy od rodzaju stopu, masy, grubości ścianki i kształtu odlewu oraz wymaganej dokładności wymiarowej.
Masy formierskie powinny odznaczać się następującymi cechami:
1) dobrą plastycznością, a więc zdolnością przyjmowania kształtu według modelu i zachowania tegoż kształtu po usunięciu modelu,
2) wielką spoistością cząstek masy formierskiej, zapewniającą odporność na wszelkiego rodzaju wstrząsy, jak również na ciśnienie hydrostatyczne wlewanego metalu,
3) znaczną odpornością na wysoką temperaturę płynnego metalu,
4) wystarczającą przepuszczalnością gazów i par powstałych w czasie odlewania i podczas procesu stygnięcia metalu w formie odlewniczej,
5) zdolnością zachowania pełnej przydatności do wielokrotnego użycia w formie domieszek do nowych mas,
6) łatwym oddzielaniem się od ścian gotowego odlewu w czasie wybijania i oczyszczania.
Badania piasków formierskich – odmywanie lepiszcza, pozbywamy się frakcji pylistych, płukanie piasku, aż woda po płukaniu będzie czysta.
Sprawdzenie rozkładu ziarnowego za pomocą zestawu sit – wysypujemy próbkę na górne sito i uruchamiamy wibrator, który doprowadza do rozfrakcjonowania piasku.
Wygląd piasku – oglądanie ziarenek w niedużym powiększeniu.
Masy formierskie i rdzeniowe:
Wilgotność
Przepuszczalność
Płynność – zdolność do wypełnienia formy;
Zdolność do odwzorowania
Podatność – zdolność do poddawania się naciskom
Przyczepność
Gazotwórczość
Wytrzymałość (w różnych temp)
Odporność na ścieranie
Odporność na wstrząsy
Odporność na przypalenie
Ogniotrwałość
Wybijalność
Wartości termofizyczne
Trwałość i żywotność – jaki jest czas od przygotowania do zużycia; jak zmieniają się właściwości
Szkodliwość dla zdrowia – przy użyciu środków chemicznych
Standard wymiarów – wykorzystuje się ubijaki, zagęszcza się masę w tulejce Fi5 h5, tłoczek opiera się na masie i 3-krotnie ubija, stworzonej próbki nie można obcinać ani wypełniać.
Badanie wilgotności – wilgotność jest bardzo ważnym parametrem mas formierskich, bowiem to właśnie od wilgotności zależy większość cech charakterystycznych danej masy formierskiej. Wilgotność można zmierzyć metodą laboratoryjną, czyli poprzez wyznaczenie różnicy w masie próbki przed oraz po jej wysuszeniu, lub też metodą CM. Metoda CM polega na wymieszaniu w specjalnym aparacie odpowiedniej ilości masy formierskiej z ustaloną ilością karbidu. Wskutek reakcji chemicznej karbidu i wody zawartej w masie zaczyna powstawać acetylen, co jednocześnie podnosi ciśnienie w aparacie. Odczyt tego ciśnienia z manometru aparatu pozwala (korzystając z odpowiednich tablic) określenie wilgotności próbki.
Badanie twardości – twardość masy formierskiej jest jedną z jej podstawowych właściwości. Od twardości zależy gładkość powierzchni formy, jej wytrzymałość i płynność. Pomiar twardości masy polega na wciskaniu wgłębnika (penetratora) twardościomierza w próbkę masy oraz odczytanie wyniku z tarczy twardościomierza. W badaniu twardości mas formierskich używa się dwóch rodzajów twardościomierzy – typ A, gdzie kulka ma średnicę 5,08mm, a siła wymagana do jej całkowitego wciśnięcia równa jest 2,32N oraz typ B, w którym kulka ma 12,7mm średnicy, a siła potrzebna do wciśnięcia kulki to 9,81N. Użycie odpowiedniego typu twardościomierza podyktowane jest orientacyjną wytrzymałością masy formierskiej na wciskanie w nią kulki. Twardościomierzem typu A można zmierzyć twardość próbek o wytrzymałości do 0,04 MPa, a typu B – 0,08 MPa. Twardościomierz typu C posiada wgłębnik w kształcie stożka,który wciskany w próbkę porusza wskazówkę na stustopniowej skali, która oznacza twardość w skali C.
Badanie płynności – płynność masy to jej zdolność do przemieszczania się masy pod punktowym obciążeniem. Masa charakteryzująca się dużą płynnością będzie miała jednakowy stopień zagęszczenia w każdym miejscu. Jednakowy stopień zagęszczenia ma znaczenie przy minimalizowaniu skurczu odlewniczego odlewu. Większą płynnością odznaczają się masy o dużej wilgotności. Jedną z metod badania płynności masy jest metoda Dieterta-Valtiera. Metoda ta polega na pomiarze różnicy wysokości próbki masy pomiędzy czwartym a piątym uderzeniu ciężarka ubijaka laboratoryjnego. Inną metodą jest metoda Orłowa, która polega na ubijaniu próbki masy z wkładką o stałej wysokości. Po ubiciu mierzy się twardość obydwu powstałych powierzchni oraz podstawia się je do wzoru.
Badania przepuszczalności – przepuszczalność masy formierskiej to ważna cecha, która określa zdolność masy do odprowadzania gazów powstałych w czasie wykonywania odlewu na zewnątrz formy. Przepuszczalność zależy głównie od rozmiaru ziarna masy, stopnia jej ubicia oraz wilgotności. Przepuszczalność opisuje się jako ilość powietrza, która może się przedostać przez znormalizowaną próbkę pod znanym ciśnieniem w jednostce czasu. Badanie polega na umieszczeniu próbki w cylindrze pomiarowym, następnie przepuszcza powietrze znajdujące się w zbiorniku przez próbkę. Najszybszym sposobem jest zrównanie linii na obrotowej, przezroczystej skali z poziomem cieczy manometru oraz odczytanie wartości przepuszczalności. V*h / F*t*p
Badanie wytrzymałości – próbki masy bada się także w kierunku wytrzymałości na ściskanie, zginanie, ścinanie oraz rozciąganie. Wszystkie te badania (z wyjątkiem zginania) przeprowadza się na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej.
Badanie odtwarzania – metoda porównawcza, wkłada się ząbkowane wkładki o różnej liczbie ząbków. Różna liczba ząbków -> równa wysokość
Przyczepność – tulejka stożkowa, próbkę odwracamy i sypiemy śrut, potem porównujemy masę wypchniętą.
Gazotwórczość – badamy objętość gazu wyemitowanego
Odporność na ścieranie – metoda Janickiego; próbkę mocuje się i sypie śrut – ścieranie udarowo- cierne. Drugim sposobem jest lampa napromiennikowa, próbkę kładziemy na dwóch rolkach – jedna z nich ma napęd, próbka się toczy, z góry – promieniowanie i następuje ścieranie, po wypadnięciu próbki sprawdzamy relacje miarowe.
Wybijalność – stop z formą tworzy związki międzymetaliczne, gorsza jakość warstwy powoduje problemy z wybijaniem. Wskaźnik wybijalnośći zależy od liczby uderzeń ciężarka do chwili wypadnięcia rdzenia.
Ogniotrwałość – stożek pirometryczny, podgrzewamy stożek z masy, który zaczyna się wyginać i rejestrujemy temperaturę mięknięcia.
Żywotność masy –wykonujemy próbki, oznaczamy je i sprawdzamy jak zmieniają się właściwości w czasie leżakowania i po wykonaniu próbki.
Kontrola wsadu
Materiały wsadowe:
- część metalowa – gąski z określonego stopu dostarczane z zewnątrz – atest gwarantujący skład chemiczny, zanieczyszczenia na dobrym poziomie
- stan fizyczny zależy od odlewni –np. czystość (zaoliwienie, zmoczenie – niedopuszczalne), w odlewniach żeliwa do przenoszenia służą elektromagnezy.
Materiały niemetalowe wsadowe – topniki.
Żużel – izoluje od atmosfery, umożliwia procesy metalurgiczne – dodajemy materiały żużlotwórcze.
Zabiegi rafinacyjne – różne rafizatory – przedmuchiwane gazem. Środki żużlotwórcze –np. role mikroskopijne nie można stosować wilgotnych rafinatorów podczas topienia złomu.
Złom obiegowy – jako wsad bardzo cenny, bo wiemy co to jest – złom własny.
Złom poamortyzacyjny – po użyciu, z rozbrojonego sprzętu – często brudny np. od smaru
Kawałkowatość – nie można do pieca wkładać np. całego kaloryfera i zamkniętych profili.
Przy topieniu – doładowanie, bo stopiony metal będzie miał mniejszą objętość niż wsad w kawałkach.
Złom –wsadowy (szyna pocięta na kawałki) i niewsadowy (cała szyna) rozróżnione w normie.
Złom kolejowy – wartościowy, dobra relacja masy do powierzchni i znany skład.
Na złom trafiają elementy wieloskładnikowe – np. w bloku silnika są stalowe szpilki itp.
Kontrola atmosfery: topienie w próżni – w szczególnej kontrolowanej atmosferze
Piec musi być zwolniony do odlewania, potrzebna kontrola składu chemicznego – jeśli skład nie odpowiada wymaganemu – korekta składu.
W materiałach wsadowych – zaprawy, stopy wstępne, żelazostopy – pierwiastków nie dodajemy w stanie czystym, ale jako zaprawy czy żelazostopy – np. Fe-Mn o różnych proporcjach
Próby technologiczne typowe dla odlewni. Materiały wsadowe:
Metalowe: gąski (surówka); złom (obiegowy –własny i kupiony – z zewnątrz); żelazostopy; zaprawy
Niemetalowe – paliwo (ciekłe, stałe, gazowe); nawęglacze; rafizatory, modyfikatory; topniki; gazy techniczne
Kontrola wsadu – polega na ocenie czy dany element można włożyć do pieca, trzeba zwrócić uwagę na wiele czynników takich jak: skład chemiczny, kawałkowatość czy zawilgocenie. Błędne określenie materiału wsadowego może doprowadzić nawet do wybuchu. Gdy materiał został dopuszczony do obróbki cieplnej trzeba ciekły metal zbadać w celu określenia czy dobrane przez nas proporcje są poprawne, czy trzeba dokonać korekty.
Kontrola (badania) stopionego metalu
Kontrola przebiegu procesu topnienia jest 4-etapowa.
Kontrola stanu technicznego urządzeń topialnych: sprawdzamy stan instalacji i układów mechanicznych: zamykających, przechylających, spustowych, osłon. Ocena stanu instalacji elektrycznej, hydraulicznej, pneumatycznej, wymurówki.
Kontrola materiałów wsadowych: stan fizyko-chemiczny (skład chemiczny, kawałkowatość, zanieczyszczenia), namiary składników stanu, procedury.
Kontrola przebiegu: temperatury, atmosfery, próby kontrolne (np. składu chemicznego), korekta składu chemicznego.
Kontrola stopionego metalu: analiza składu chemicznego, próby technologiczne, odlewanie próbek
Próby technologiczne metalu – właściwości odlewnicze tworzyw, lejność, skurcz (powstawanie jamy skurczowej i jej wielkość)
Skurcz odlewniczy – segregacja, skłonność do naprężeń i do pochłaniania zanieczyszczeń.
Lejność tworzywa, lepkość, napięcie powierzchniowe, zwilczalność podłoża (np. formy), kształt i wielkość tworzących się kryształów pierwotnych, obecność wydzieleni tlenkowych, zawartość gazów, materiał formy
Do oceny lejności wykorzystujemy spiralę lejności w układzie wlewowym. Jakość metalu można ocenić po wyglądzie końcówki. Ważne są warunki przeprowadzania próby lejnośći do badań porównawczych.
Próba grafityzacji – robimy podcięcie, żeby przełamać próbkę i oglądamy jej przekrój, tam gdzie przekrój jest cienki grafityzacja może nie zajdzie.