Oczyszczanie ciekłego metalu: -ważny jest spokojny przepływ metalu w formie. -w belce żużlowej realizuje się wstępne oczyszczanie ciekłego metalu z zanieczyszczeń, występuje w UWZ. -rafinacja gazowa (RYS). -metoda wykorzystywania drgań mechanicznych: a)wpływa na oczyszczanie, b)wywołuje skłonność stopu do tworzenia drobnych ziaren podczas krystalizacji. -zalewanie form w próżni. -zalewanie z kadzi zatyczkowych (RYS). -zastosowanie filtrów (ceramicznych) (RYS). -zatrzymywanie zanieczyszczeń za pomocą ukł. wlewowego. -stosowanie sit.
Typy ukł. wlewowych: UW to system kanałów występujących we wnęce formy w celu: -doprowadzenia metalu do wnęki formy, -zatrzymania zanieczyszczeń, -uzyskania odpowiedniego rozkładu temp. a)zamknięty UWZ [wlew doprowadzający ma najmniejsze pole przekroju- cały UW będzie zapełniony ciekłym metalem. Metal będzie się wlewał z prędkością zależną od wysokości (duża). Występuje wstępne oczyszczenie ciekłego metalu w belce], b) UWO [belka nie jest zapełniona -nie zachodzi odżużlanie, mała szybkość wypływania metalu, burzliwe zapełnienie formy ciekłym metalem powoduje niebezpieczeństwo powstawania pęcherzy w odlewie], c)inne: prosty, syfonowy, klinowy, kaskadowy, deszczowy, wytapianych modeli.
Krzepnięcie kierunkowe: Metal doprowadza się do najgrubszej ścianki odlewu, aby wymusić krzepnięcie od ścianki cieńszej do grubej, skupione nieciągłości powstające w najgrubszych miejscach odlewu należy zasilić (RYS).
Krzepnięcie równoczesne:(RYS) w metalu muszą istnieć obszary o tej samej temp. krystalizacji. Powstałe w ciekłym metalu zarodki krystalizacji rozpoczynają narastanie fazy stałej aż do momentu spotkania się z drugą sąsiednią fazą. Na ilość zarodków wpływa temp. przegrzania metalu. Wraz ze wzrostem temp. ilość zarodków maleje, efektem tego jest gruboziarnista struktura stopu (kruchość, niskie właściwości mechaniczne). Przeciw działanie temu: modyfikacja, wibracja, zmienne pole magnetyczne, zwiększenie szybkości chłodzenia.
Zasilacze:(RYS) Fe2O3+2Al->Al2O3+2Fe+Q projektuje się w obszarach węzł. cieplnych; obsz. najpóźniej krzepn a więc narażonych na powst. nieciągłości. (RYS)
Ochładzalniki: Stosuje się w celu: -przyśpieszania procesu krzepnięcia w obszarach węzłów cieplnych, tam gdzie występuje tendencja do porowatości, -mają one na celu zmianę morfologii nieciągłości ze skupionej na rozproszona. Dzielimy na: a)zew.(RYS) -są to kształtki żeliwne lub staliwne montowane do formy podczas formowania w obszarach węzłów cieplnych w celu odprow. ciepła. b)wew.(RYS) -są to kawałki met. tego samego stopu co odlewany, z ciekłym metalem ulegają nadtopieniu obniżając temp. metalu w węźle cieplnym.
Specjalne metody odlewania: odlewanie kokilowe, metodą wytapianych modeli, wypalanych modeli, met. Shaw'a, odlewanie do form skorupowych, ciśnieniowe, odśrodkowe, ciągłe.
Odlewanie kokilowe: -grawitacyjne (proces wypełniania kokil następuje pod działaniem siły ciężkości), -pod niskim ciśnieniem (metal wypełnia kokile pod niewielkim ciśnieniem 0,01-0,05 MPa). Odlewy przeznaczone do odlewania kokilowego powinny się charakteryzować: -dostateczną grubością ścianki, -łatwe usuwanie z formy, -możliwość stosowania rdzeni metalowych, -konstrukcja nie powinna hamować skurczu metalu. Zalety odlewania kok. w porównaniu do form piaskowych: - większa dokładność wykonania, -lepsza jakość odwzorowania powierzchni, -drobno ziarnista struktura zapewniająca wysokie wł. użytkowe, -lepsza wydajność, -eliminacja masy formierskiej, - eliminacja obiegu skrzynek formierskich, -lepsze warunki pracy, -niższe nakłady inwestycyjne dla uzyskania tych samych efektów. Wady odlewania kok.: -znaczne naprężenia cieplne w skutek dużej szybkości chłodzenia i hamowania skurczu swobodnego metalu, -większa niejednorodność struktury na przekroju ścianki, -ograniczona trwałość formy i kosztowne jej przygotowanie, -większa wrażliwość na zmiany parametrów procesu technologicznego. Odlewanie pod niskim ciśnieniem w porównaniu do grawitacyjnego: -duża oszczędność metalu na ukł. wlewowym, -zwiększenie wydajności, -mechanizacja i automatyzacja procesu, -obniżanie kosztów topienia, -obniżenie kątów wykończenia i oczyszczania metalu, -wykonywanie odlewów cienkościennych o skomplikowanych kształtach.
Met. wytap. modeli: Wymagania: -mała gęstość, -minimalny skurcz, -dobra plastyczność, -mała skłonność do zagazowań, -dobra odtwarzalność powierzchni. Metody wytapiania mieszanki (wosku) z formy: w gorącej wodzie (80-85oC), w gorącej parze wodnej, w gorącym powietrzu, w suszarni elektrycznej.
Metaoda Shaw'a: jest stosowana w prod. el. kokil, form ciśn. lub matryc. Masa przymodelowa zawiera mączkę cyrkunową, sylimanitową lub magnezytową i spoiwo (zdydrizowany krzemian etylu rozpuszczony w spirytusie etyl.). Ma ona konsystencję gęstej śmietany. Masą tą pokrywa się płytę modelową. Po usunięciu modelu formę poddaje się wypaleniu przez zapalenie wydzielającego się alk. W trakcie wypalania odparowuje także woda, a forma się utwardza, wynikiem czego jest siatka mikropęknięć, która popraw. przepuszczalność i uodparnia formę na zmiany dylatacyjne. W końcowym etapie formę wygrzewa się w temp. ok. 1000oC.
Odlewanie do form skorupowych: Metody wykonania form: -proces C (J. Crominga) w którym grubość skorupy zależy od czasu przetrzymania masy formierskiej na podgrzanej płycie metalowej, -proces D (H. Dieterta) w którym kształtki wymiarów skorupy są określone przez przestrzeń pomiędzy płytą a zamocowanym czymś.
Odlewanie ciśnieniowe: Maszyny dzieli się ze względu na rodzaj komory w której następuje wywieranie ciśnienia na cały metal. Podział ten obejmuje: a) maszyny z gorącą komorą -ciśnienie na ciekły metal jest wywierane w cylindrze zanurzonym w tyglu z ciekłym metalem, b)maszyny z zimną komorą -ciekły metal znajduje się poza bębnem maszyny (w piecu podgrzewającym) skąd jest czerpane i wlewane do komory ciśnieniowej tuż przed uruchomieniem czegoś wywierającego ciśnienie (RYS).
Odlewanie odśrodkowe: Sposoby odlewania: -odśrodkowe właściwe (oś odlewu pokrywa się z osią wirowania -odlew ma kształt bryły obrotowej ograniczonej z zew. ścianką formy, a od wew. powierzchnią swobodną. Są trzy typy: poziome, pionowe, ukośne), -pod ciśnieniem odśrodkowym (wlew główny jest umieszczony w pionowej osi wirowania, a ciśnienie siły odśrodkowej umożliwia dokładne wypełnienie wnęk formy), -odl. półodśrodkowe (oś odlewu pokrywa się z osią wirowania. Powierzchnia wew. jest odwzorowana przez rdzeń.)
Odlewanie ciągłe: Zalety: -wysokie właściwości wytrzymałościowe odlewów, -możliwości uzyskania odlewów o dowolnej długości, -oszczędność metalu, -duża gładkość wymiarowa odlewów. Wady: -możliwość powstawania naprężeń wewnętrznych mogących być przyczyną pęknięć.
Naprężenia odlewnicze: to suma napr. cieplnych, fazowych i skurczowych. Powodują deformację odlewów, ich pękanie. Dla zmniejszenia deformacji projektuje się żebra skurczowe i łączniki które projektuje się w fazie surowego wyrobu. Elementy te usuwa się dopiero po zaniknięciu naprężeń odlewniczych przez sezonowanie lub O.C. lub wykorzystanie drgań mechanicznych. Napr. cieplne są spowodowane różnicą temp. poszczególnych elementów odlewu i związane z mini zmiany wymiarowe. Występują w odlewach gdzie stosuje się ochładzalnik o zróżnicowanej grubości. Napr. fazowe związane są z zmianami obj. poszczególnych części odlewu w których aktualnie dokonują się przemiany fazowe. Następstwem zmian obj. w skrajnych przypadkach mogą być pęknięcia odlewnicze. Napr. skurczowe są wynikiem mechanicznego hamowania skurczu, znikają po wybiciu odlewu z formy.
Żeliwniak: piec szybowy opalany koksem. Paliwo ładuje się na przemian ze wsadem metalowym i topnikami. Gazy o temp. ok. 1800o przemieszczają się ku górze, nagrzewają i topią wsad metalowy. Ciekły metal spływa i gromadzi się w kotlinie skąd jest okresowo spuszczany przez rynnę spustową do żeliwa, a ciekły żużel do żużla. Zalety: -duża sprawność cieplna, -korzystna cena paliwa. Wady: -trudność w uzyskaniu wysokiej temp. przegrzania, -trudność w uzyskaniu odpowiedniego składu chemicznego, -nierówność przetrzymywania. Podczas wytopu można wyróżnić następujące procesy fizykochemiczne: -spalanie i zamykanie palnika, -wymiana ciepła prowadząca do zmiany stanu skupienia wsadu met., zmiana składu chemicznego żeliwa. W procesie wytapiania żeliwa stosuje się: metalowe materiały wsadowe, paliwo, topniki. Mat. wsadowe: surówki: odlewnicza, hematylowa, przerubcza; złomy: żeliwny, spalany, żelazo stopy. Topniki: kamień wapienny, dolomit, soda kalcynowa.
Piece oporowe: Ciepło jest wytwarzane przez elementy grzejne pieca. Najczęściej w próżni stosowane są piece indukcyjne oraz plazmowe i elektronowe. Elektryczne piece oporowe dzielimy na: stałe, przechylne. Ze względu na konstrukcję na: bębnowe, trzonowe, tyglowe.
Piece łukowe: -o działaniu pośrednim (łuk e. powstaje pomiędzy elektrodami nie stykającymi się ze wsadem), -o bezpośrednim (łuk powstaje pomiędzy elektrodami a wsadem). Wytop żeliwa: 1)załadowanie pieca 1-2min., 2)topienie metalu 0,5-1h, 3)przegrzanie i wykańczanie żeliwa 1-2h.
Piece indukcyjne: -bezrdzeniowe (tyglowe) o częstotliwości: średniej (500-10000Hz), (150-250Hz) i sieciowej (50Hz), -rdzeniowe (kanałowe) o częstotliwości sieciowej.
Oczyszczanie ciekłego metalu: -ważny jest spokojny przepływ metalu w formie. -w belce żużlowej realizuje się wstępne oczyszczanie ciekłego metalu z zanieczyszczeń, występuje w UWZ. -rafinacja gazowa (RYS). -metoda wykorzystywania drgań mechanicznych: a)wpływa na oczyszczanie, b)wywołuje skłonność stopu do tworzenia drobnych ziaren podczas krystalizacji. -zalewanie form w próżni. -zalewanie z kadzi zatyczkowych (RYS). -zastosowanie filtrów (ceramicznych) (RYS). -zatrzymywanie zanieczyszczeń za pomocą ukł. wlewowego. -stosowanie sit.
Typy ukł. wlewowych: UW to system kanałów występujących we wnęce formy w celu: -doprowadzenia metalu do wnęki formy, -zatrzymania zanieczyszczeń, -uzyskania odpowiedniego rozkładu temp. a)zamknięty UWZ [wlew doprowadzający ma najmniejsze pole przekroju- cały UW będzie zapełniony ciekłym metalem. Metal będzie się wlewał z prędkością zależną od wysokości (duża). Występuje wstępne oczyszczenie ciekłego metalu w belce], b) UWO [belka nie jest zapełniona -nie zachodzi odżużlanie, mała szybkość wypływania metalu, burzliwe zapełnienie formy ciekłym metalem powoduje niebezpieczeństwo powstawania pęcherzy w odlewie], c)inne: prosty, syfonowy, klinowy, kaskadowy, deszczowy, wytapianych modeli.
Krzepnięcie kierunkowe: Metal doprowadza się do najgrubszej ścianki odlewu, aby wymusić krzepnięcie od ścianki cieńszej do grubej, skupione nieciągłości powstające w najgrubszych miejscach odlewu należy zasilić (RYS).
Krzepnięcie równoczesne:(RYS) w metalu muszą istnieć obszary o tej samej temp. krystalizacji. Powstałe w ciekłym metalu zarodki krystalizacji rozpoczynają narastanie fazy stałej aż do momentu spotkania się z drugą sąsiednią fazą. Na ilość zarodków wpływa temp. przegrzania metalu. Wraz ze wzrostem temp. ilość zarodków maleje, efektem tego jest gruboziarnista struktura stopu (kruchość, niskie właściwości mechaniczne). Przeciw działanie temu: modyfikacja, wibracja, zmienne pole magnetyczne, zwiększenie szybkości chłodzenia.
Zasilacze:(RYS) Fe2O3+2Al->Al2O3+2Fe+Q projektuje się w obszarach węzł. cieplnych; obsz. najpóźniej krzepn a więc narażonych na powst. nieciągłości. (RYS)
Ochładzalniki: Stosuje się w celu: -przyśpieszania procesu krzepnięcia w obszarach węzłów cieplnych, tam gdzie występuje tendencja do porowatości, -mają one na celu zmianę morfologii nieciągłości ze skupionej na rozproszona. Dzielimy na: a)zew.(RYS) -są to kształtki żeliwne lub staliwne montowane do formy podczas formowania w obszarach węzłów cieplnych w celu odprow. ciepła. b)wew.(RYS) -są to kawałki met. tego samego stopu co odlewany, z ciekłym metalem ulegają nadtopieniu obniżając temp. metalu w węźle cieplnym.
Specjalne metody odlewania: odlewanie kokilowe, metodą wytapianych modeli, wypalanych modeli, met. Shaw'a, odlewanie do form skorupowych, ciśnieniowe, odśrodkowe, ciągłe.
Odlewanie kokilowe: -grawitacyjne (proces wypełniania kokil następuje pod działaniem siły ciężkości), -pod niskim ciśnieniem (metal wypełnia kokile pod niewielkim ciśnieniem 0,01-0,05 MPa). Odlewy przeznaczone do odlewania kokilowego powinny się charakteryzować: -dostateczną grubością ścianki, -łatwe usuwanie z formy, -możliwość stosowania rdzeni metalowych, -konstrukcja nie powinna hamować skurczu metalu. Zalety odlewania kok. w porównaniu do form piaskowych: - większa dokładność wykonania, -lepsza jakość odwzorowania powierzchni, -drobno ziarnista struktura zapewniająca wysokie wł. użytkowe, -lepsza wydajność, -eliminacja masy formierskiej, - eliminacja obiegu skrzynek formierskich, -lepsze warunki pracy, -niższe nakłady inwestycyjne dla uzyskania tych samych efektów. Wady odlewania kok.: -znaczne naprężenia cieplne w skutek dużej szybkości chłodzenia i hamowania skurczu swobodnego metalu, -większa niejednorodność struktury na przekroju ścianki, -ograniczona trwałość formy i kosztowne jej przygotowanie, -większa wrażliwość na zmiany parametrów procesu technologicznego. Odlewanie pod niskim ciśnieniem w porównaniu do grawitacyjnego: -duża oszczędność metalu na ukł. wlewowym, -zwiększenie wydajności, -mechanizacja i automatyzacja procesu, -obniżanie kosztów topienia, -obniżenie kątów wykończenia i oczyszczania metalu, -wykonywanie odlewów cienkościennych o skomplikowanych kształtach.
Met. wytap. modeli: Wymagania: -mała gęstość, -minimalny skurcz, -dobra plastyczność, -mała skłonność do zagazowań, -dobra odtwarzalność powierzchni. Metody wytapiania mieszanki (wosku) z formy: w gorącej wodzie (80-85oC), w gorącej parze wodnej, w gorącym powietrzu, w suszarni elektrycznej.
Metaoda Shaw'a: jest stosowana w prod. el. kokil, form ciśn. lub matryc. Masa przymodelowa zawiera mączkę cyrkunową, sylimanitową lub magnezytową i spoiwo (zdydrizowany krzemian etylu rozpuszczony w spirytusie etyl.). Ma ona konsystencję gęstej śmietany. Masą tą pokrywa się płytę modelową. Po usunięciu modelu formę poddaje się wypaleniu przez zapalenie wydzielającego się alk. W trakcie wypalania odparowuje także woda, a forma się utwardza, wynikiem czego jest siatka mikropęknięć, która popraw. przepuszczalność i uodparnia formę na zmiany dylatacyjne. W końcowym etapie formę wygrzewa się w temp. ok. 1000oC.
Odlewanie do form skorupowych: Metody wykonania form: -proces C (J. Crominga) w którym grubość skorupy zależy od czasu przetrzymania masy formierskiej na podgrzanej płycie metalowej, -proces D (H. Dieterta) w którym kształtki wymiarów skorupy są określone przez przestrzeń pomiędzy płytą a zamocowanym czymś.
Odlewanie ciśnieniowe: Maszyny dzieli się ze względu na rodzaj komory w której następuje wywieranie ciśnienia na cały metal. Podział ten obejmuje: a) maszyny z gorącą komorą -ciśnienie na ciekły metal jest wywierane w cylindrze zanurzonym w tyglu z ciekłym metalem, b)maszyny z zimną komorą -ciekły metal znajduje się poza bębnem maszyny (w piecu podgrzewającym) skąd jest czerpane i wlewane do komory ciśnieniowej tuż przed uruchomieniem czegoś wywierającego ciśnienie (RYS).
Odlewanie odśrodkowe: Sposoby odlewania: -odśrodkowe właściwe (oś odlewu pokrywa się z osią wirowania -odlew ma kształt bryły obrotowej ograniczonej z zew. ścianką formy, a od wew. powierzchnią swobodną. Są trzy typy: poziome, pionowe, ukośne), -pod ciśnieniem odśrodkowym (wlew główny jest umieszczony w pionowej osi wirowania, a ciśnienie siły odśrodkowej umożliwia dokładne wypełnienie wnęk formy), -odl. półodśrodkowe (oś odlewu pokrywa się z osią wirowania. Powierzchnia wew. jest odwzorowana przez rdzeń.)
Odlewanie ciągłe: Zalety: -wysokie właściwości wytrzymałościowe odlewów, -możliwości uzyskania odlewów o dowolnej długości, -oszczędność metalu, -duża gładkość wymiarowa odlewów. Wady: -możliwość powstawania naprężeń wewnętrznych mogących być przyczyną pęknięć.
Naprężenia odlewnicze: to suma napr. cieplnych, fazowych i skurczowych. Powodują deformację odlewów, ich pękanie. Dla zmniejszenia deformacji projektuje się żebra skurczowe i łączniki które projektuje się w fazie surowego wyrobu. Elementy te usuwa się dopiero po zaniknięciu naprężeń odlewniczych przez sezonowanie lub O.C. lub wykorzystanie drgań mechanicznych. Napr. cieplne są spowodowane różnicą temp. poszczególnych elementów odlewu i związane z mini zmiany wymiarowe. Występują w odlewach gdzie stosuje się ochładzalnik o zróżnicowanej grubości. Napr. fazowe związane są z zmianami obj. poszczególnych części odlewu w których aktualnie dokonują się przemiany fazowe. Następstwem zmian obj. w skrajnych przypadkach mogą być pęknięcia odlewnicze. Napr. skurczowe są wynikiem mechanicznego hamowania skurczu, znikają po wybiciu odlewu z formy.
Żeliwniak: piec szybowy opalany koksem. Paliwo ładuje się na przemian ze wsadem metalowym i topnikami. Gazy o temp. ok. 1800o przemieszczają się ku górze, nagrzewają i topią wsad metalowy. Ciekły metal spływa i gromadzi się w kotlinie skąd jest okresowo spuszczany przez rynnę spustową do żeliwa, a ciekły żużel do żużla. Zalety: -duża sprawność cieplna, -korzystna cena paliwa. Wady: -trudność w uzyskaniu wysokiej temp. przegrzania, -trudność w uzyskaniu odpowiedniego składu chemicznego, -nierówność przetrzymywania. Podczas wytopu można wyróżnić następujące procesy fizykochemiczne: -spalanie i zamykanie palnika, -wymiana ciepła prowadząca do zmiany stanu skupienia wsadu met., zmiana składu chemicznego żeliwa. W procesie wytapiania żeliwa stosuje się: metalowe materiały wsadowe, paliwo, topniki. Mat. wsadowe: surówki: odlewnicza, hematylowa, przerubcza; złomy: żeliwny, spalany, żelazo stopy. Topniki: kamień wapienny, dolomit, soda kalcynowa.
Piece oporowe: Ciepło jest wytwarzane przez elementy grzejne pieca. Najczęściej w próżni stosowane są piece indukcyjne oraz plazmowe i elektronowe. Elektryczne piece oporowe dzielimy na: stałe, przechylne. Ze względu na konstrukcję na: bębnowe, trzonowe, tyglowe.
Piece łukowe: -o działaniu pośrednim (łuk e. powstaje pomiędzy elektrodami nie stykającymi się ze wsadem), -o bezpośrednim (łuk powstaje pomiędzy elektrodami a wsadem). Wytop żeliwa: 1)załadowanie pieca 1-2min., 2)topienie metalu 0,5-1h, 3)przegrzanie i wykańczanie żeliwa 1-2h.
Piece indukcyjne: -bezrdzeniowe (tyglowe) o częstotliwości: średniej (500-10000Hz), (150-250Hz) i sieciowej (50Hz), -rdzeniowe (kanałowe) o częstotliwości sieciowej.
Oczyszczanie ciekłego metalu: -ważny jest spokojny przepływ metalu w formie. -w belce żużlowej realizuje się wstępne oczyszczanie ciekłego metalu z zanieczyszczeń, występuje w UWZ. -rafinacja gazowa (RYS). -metoda wykorzystywania drgań mechanicznych: a)wpływa na oczyszczanie, b)wywołuje skłonność stopu do tworzenia drobnych ziaren podczas krystalizacji. -zalewanie form w próżni. -zalewanie z kadzi zatyczkowych (RYS). -zastosowanie filtrów (ceramicznych) (RYS). -zatrzymywanie zanieczyszczeń za pomocą ukł. wlewowego. -stosowanie sit.
Typy ukł. wlewowych: UW to system kanałów występujących we wnęce formy w celu: -doprowadzenia metalu do wnęki formy, -zatrzymania zanieczyszczeń, -uzyskania odpowiedniego rozkładu temp. a)zamknięty UWZ [wlew doprowadzający ma najmniejsze pole przekroju- cały UW będzie zapełniony ciekłym metalem. Metal będzie się wlewał z prędkością zależną od wysokości (duża). Występuje wstępne oczyszczenie ciekłego metalu w belce], b) UWO [belka nie jest zapełniona -nie zachodzi odżużlanie, mała szybkość wypływania metalu, burzliwe zapełnienie formy ciekłym metalem powoduje niebezpieczeństwo powstawania pęcherzy w odlewie], c)inne: prosty, syfonowy, klinowy, kaskadowy, deszczowy, wytapianych modeli.
Krzepnięcie kierunkowe: Metal doprowadza się do najgrubszej ścianki odlewu, aby wymusić krzepnięcie od ścianki cieńszej do grubej, skupione nieciągłości powstające w najgrubszych miejscach odlewu należy zasilić (RYS).
Krzepnięcie równoczesne:(RYS) w metalu muszą istnieć obszary o tej samej temp. krystalizacji. Powstałe w ciekłym metalu zarodki krystalizacji rozpoczynają narastanie fazy stałej aż do momentu spotkania się z drugą sąsiednią fazą. Na ilość zarodków wpływa temp. przegrzania metalu. Wraz ze wzrostem temp. ilość zarodków maleje, efektem tego jest gruboziarnista struktura stopu (kruchość, niskie właściwości mechaniczne). Przeciw działanie temu: modyfikacja, wibracja, zmienne pole magnetyczne, zwiększenie szybkości chłodzenia.
Zasilacze:(RYS) Fe2O3+2Al->Al2O3+2Fe+Q projektuje się w obszarach węzł. cieplnych; obsz. najpóźniej krzepn a więc narażonych na powst. nieciągłości. (RYS)
Ochładzalniki: Stosuje się w celu: -przyśpieszania procesu krzepnięcia w obszarach węzłów cieplnych, tam gdzie występuje tendencja do porowatości, -mają one na celu zmianę morfologii nieciągłości ze skupionej na rozproszona. Dzielimy na: a)zew.(RYS) -są to kształtki żeliwne lub staliwne montowane do formy podczas formowania w obszarach węzłów cieplnych w celu odprow. ciepła. b)wew.(RYS) -są to kawałki met. tego samego stopu co odlewany, z ciekłym metalem ulegają nadtopieniu obniżając temp. metalu w węźle cieplnym.
Specjalne metody odlewania: odlewanie kokilowe, metodą wytapianych modeli, wypalanych modeli, met. Shaw'a, odlewanie do form skorupowych, ciśnieniowe, odśrodkowe, ciągłe.
Odlewanie kokilowe: -grawitacyjne (proces wypełniania kokil następuje pod działaniem siły ciężkości), -pod niskim ciśnieniem (metal wypełnia kokile pod niewielkim ciśnieniem 0,01-0,05 MPa). Odlewy przeznaczone do odlewania kokilowego powinny się charakteryzować: -dostateczną grubością ścianki, -łatwe usuwanie z formy, -możliwość stosowania rdzeni metalowych, -konstrukcja nie powinna hamować skurczu metalu. Zalety odlewania kok. w porównaniu do form piaskowych: - większa dokładność wykonania, -lepsza jakość odwzorowania powierzchni, -drobno ziarnista struktura zapewniająca wysokie wł. użytkowe, -lepsza wydajność, -eliminacja masy formierskiej, - eliminacja obiegu skrzynek formierskich, -lepsze warunki pracy, -niższe nakłady inwestycyjne dla uzyskania tych samych efektów. Wady odlewania kok.: -znaczne naprężenia cieplne w skutek dużej szybkości chłodzenia i hamowania skurczu swobodnego metalu, -większa niejednorodność struktury na przekroju ścianki, -ograniczona trwałość formy i kosztowne jej przygotowanie, -większa wrażliwość na zmiany parametrów procesu technologicznego. Odlewanie pod niskim ciśnieniem w porównaniu do grawitacyjnego: -duża oszczędność metalu na ukł. wlewowym, -zwiększenie wydajności, -mechanizacja i automatyzacja procesu, -obniżanie kosztów topienia, -obniżenie kątów wykończenia i oczyszczania metalu, -wykonywanie odlewów cienkościennych o skomplikowanych kształtach.
Met. wytap. modeli: Wymagania: -mała gęstość, -minimalny skurcz, -dobra plastyczność, -mała skłonność do zagazowań, -dobra odtwarzalność powierzchni. Metody wytapiania mieszanki (wosku) z formy: w gorącej wodzie (80-85oC), w gorącej parze wodnej, w gorącym powietrzu, w suszarni elektrycznej.
Metaoda Shaw'a: jest stosowana w prod. el. kokil, form ciśn. lub matryc. Masa przymodelowa zawiera mączkę cyrkunową, sylimanitową lub magnezytową i spoiwo (zdydrizowany krzemian etylu rozpuszczony w spirytusie etyl.). Ma ona konsystencję gęstej śmietany. Masą tą pokrywa się płytę modelową. Po usunięciu modelu formę poddaje się wypaleniu przez zapalenie wydzielającego się alk. W trakcie wypalania odparowuje także woda, a forma się utwardza, wynikiem czego jest siatka mikropęknięć, która popraw. przepuszczalność i uodparnia formę na zmiany dylatacyjne. W końcowym etapie formę wygrzewa się w temp. ok. 1000oC.
Odlewanie do form skorupowych: Metody wykonania form: -proces C (J. Crominga) w którym grubość skorupy zależy od czasu przetrzymania masy formierskiej na podgrzanej płycie metalowej, -proces D (H. Dieterta) w którym kształtki wymiarów skorupy są określone przez przestrzeń pomiędzy płytą a zamocowanym czymś.
Odlewanie ciśnieniowe: Maszyny dzieli się ze względu na rodzaj komory w której następuje wywieranie ciśnienia na cały metal. Podział ten obejmuje: a) maszyny z gorącą komorą -ciśnienie na ciekły metal jest wywierane w cylindrze zanurzonym w tyglu z ciekłym metalem, b)maszyny z zimną komorą -ciekły metal znajduje się poza bębnem maszyny (w piecu podgrzewającym) skąd jest czerpane i wlewane do komory ciśnieniowej tuż przed uruchomieniem czegoś wywierającego ciśnienie (RYS).
Odlewanie odśrodkowe: Sposoby odlewania: -odśrodkowe właściwe (oś odlewu pokrywa się z osią wirowania -odlew ma kształt bryły obrotowej ograniczonej z zew. ścianką formy, a od wew. powierzchnią swobodną. Są trzy typy: poziome, pionowe, ukośne), -pod ciśnieniem odśrodkowym (wlew główny jest umieszczony w pionowej osi wirowania, a ciśnienie siły odśrodkowej umożliwia dokładne wypełnienie wnęk formy), -odl. półodśrodkowe (oś odlewu pokrywa się z osią wirowania. Powierzchnia wew. jest odwzorowana przez rdzeń.)
Odlewanie ciągłe: Zalety: -wysokie właściwości wytrzymałościowe odlewów, -możliwości uzyskania odlewów o dowolnej długości, -oszczędność metalu, -duża gładkość wymiarowa odlewów. Wady: -możliwość powstawania naprężeń wewnętrznych mogących być przyczyną pęknięć.
Naprężenia odlewnicze: to suma napr. cieplnych, fazowych i skurczowych. Powodują deformację odlewów, ich pękanie. Dla zmniejszenia deformacji projektuje się żebra skurczowe i łączniki które projektuje się w fazie surowego wyrobu. Elementy te usuwa się dopiero po zaniknięciu naprężeń odlewniczych przez sezonowanie lub O.C. lub wykorzystanie drgań mechanicznych. Napr. cieplne są spowodowane różnicą temp. poszczególnych elementów odlewu i związane z mini zmiany wymiarowe. Występują w odlewach gdzie stosuje się ochładzalnik o zróżnicowanej grubości. Napr. fazowe związane są z zmianami obj. poszczególnych części odlewu w których aktualnie dokonują się przemiany fazowe. Następstwem zmian obj. w skrajnych przypadkach mogą być pęknięcia odlewnicze. Napr. skurczowe są wynikiem mechanicznego hamowania skurczu, znikają po wybiciu odlewu z formy.
Żeliwniak: piec szybowy opalany koksem. Paliwo ładuje się na przemian ze wsadem metalowym i topnikami. Gazy o temp. ok. 1800o przemieszczają się ku górze, nagrzewają i topią wsad metalowy. Ciekły metal spływa i gromadzi się w kotlinie skąd jest okresowo spuszczany przez rynnę spustową do żeliwa, a ciekły żużel do żużla. Zalety: -duża sprawność cieplna, -korzystna cena paliwa. Wady: -trudność w uzyskaniu wysokiej temp. przegrzania, -trudność w uzyskaniu odpowiedniego składu chemicznego, -nierówność przetrzymywania. Podczas wytopu można wyróżnić następujące procesy fizykochemiczne: -spalanie i zamykanie palnika, -wymiana ciepła prowadząca do zmiany stanu skupienia wsadu met., zmiana składu chemicznego żeliwa. W procesie wytapiania żeliwa stosuje się: metalowe materiały wsadowe, paliwo, topniki. Mat. wsadowe: surówki: odlewnicza, hematylowa, przerubcza; złomy: żeliwny, spalany, żelazo stopy. Topniki: kamień wapienny, dolomit, soda kalcynowa.
Piece oporowe: Ciepło jest wytwarzane przez elementy grzejne pieca. Najczęściej w próżni stosowane są piece indukcyjne oraz plazmowe i elektronowe. Elektryczne piece oporowe dzielimy na: stałe, przechylne. Ze względu na konstrukcję na: bębnowe, trzonowe, tyglowe.
Piece łukowe: -o działaniu pośrednim (łuk e. powstaje pomiędzy elektrodami nie stykającymi się ze wsadem), -o bezpośrednim (łuk powstaje pomiędzy elektrodami a wsadem). Wytop żeliwa: 1)załadowanie pieca 1-2min., 2)topienie metalu 0,5-1h, 3)przegrzanie i wykańczanie żeliwa 1-2h.
Piece indukcyjne: -bezrdzeniowe (tyglowe) o częstotliwości: średniej (500-10000Hz), (150-250Hz) i sieciowej (50Hz), -rdzeniowe (kanałowe) o częstotliwości sieciowej.
Oczyszczanie ciekłego metalu: -ważny jest spokojny przepływ metalu w formie. -w belce żużlowej realizuje się wstępne oczyszczanie ciekłego metalu z zanieczyszczeń, występuje w UWZ. -rafinacja gazowa (RYS). -metoda wykorzystywania drgań mechanicznych: a)wpływa na oczyszczanie, b)wywołuje skłonność stopu do tworzenia drobnych ziaren podczas krystalizacji. -zalewanie form w próżni. -zalewanie z kadzi zatyczkowych (RYS). -zastosowanie filtrów (ceramicznych) (RYS). -zatrzymywanie zanieczyszczeń za pomocą ukł. wlewowego. -stosowanie sit.
Typy ukł. wlewowych: UW to system kanałów występujących we wnęce formy w celu: -doprowadzenia metalu do wnęki formy, -zatrzymania zanieczyszczeń, -uzyskania odpowiedniego rozkładu temp. a)zamknięty UWZ [wlew doprowadzający ma najmniejsze pole przekroju- cały UW będzie zapełniony ciekłym metalem. Metal będzie się wlewał z prędkością zależną od wysokości (duża). Występuje wstępne oczyszczenie ciekłego metalu w belce], b) UWO [belka nie jest zapełniona -nie zachodzi odżużlanie, mała szybkość wypływania metalu, burzliwe zapełnienie formy ciekłym metalem powoduje niebezpieczeństwo powstawania pęcherzy w odlewie], c)inne: prosty, syfonowy, klinowy, kaskadowy, deszczowy, wytapianych modeli.
Krzepnięcie kierunkowe: Metal doprowadza się do najgrubszej ścianki odlewu, aby wymusić krzepnięcie od ścianki cieńszej do grubej, skupione nieciągłości powstające w najgrubszych miejscach odlewu należy zasilić (RYS).
Krzepnięcie równoczesne:(RYS) w metalu muszą istnieć obszary o tej samej temp. krystalizacji. Powstałe w ciekłym metalu zarodki krystalizacji rozpoczynają narastanie fazy stałej aż do momentu spotkania się z drugą sąsiednią fazą. Na ilość zarodków wpływa temp. przegrzania metalu. Wraz ze wzrostem temp. ilość zarodków maleje, efektem tego jest gruboziarnista struktura stopu (kruchość, niskie właściwości mechaniczne). Przeciw działanie temu: modyfikacja, wibracja, zmienne pole magnetyczne, zwiększenie szybkości chłodzenia.
Zasilacze:(RYS) Fe2O3+2Al->Al2O3+2Fe+Q projektuje się w obszarach węzł. cieplnych; obsz. najpóźniej krzepn a więc narażonych na powst. nieciągłości. (RYS)
Ochładzalniki: Stosuje się w celu: -przyśpieszania procesu krzepnięcia w obszarach węzłów cieplnych, tam gdzie występuje tendencja do porowatości, -mają one na celu zmianę morfologii nieciągłości ze skupionej na rozproszona. Dzielimy na: a)zew.(RYS) -są to kształtki żeliwne lub staliwne montowane do formy podczas formowania w obszarach węzłów cieplnych w celu odprow. ciepła. b)wew.(RYS) -są to kawałki met. tego samego stopu co odlewany, z ciekłym metalem ulegają nadtopieniu obniżając temp. metalu w węźle cieplnym.
Specjalne metody odlewania: odlewanie kokilowe, metodą wytapianych modeli, wypalanych modeli, met. Shaw'a, odlewanie do form skorupowych, ciśnieniowe, odśrodkowe, ciągłe.
Odlewanie kokilowe: -grawitacyjne (proces wypełniania kokil następuje pod działaniem siły ciężkości), -pod niskim ciśnieniem (metal wypełnia kokile pod niewielkim ciśnieniem 0,01-0,05 MPa). Odlewy przeznaczone do odlewania kokilowego powinny się charakteryzować: -dostateczną grubością ścianki, -łatwe usuwanie z formy, -możliwość stosowania rdzeni metalowych, -konstrukcja nie powinna hamować skurczu metalu. Zalety odlewania kok. w porównaniu do form piaskowych: - większa dokładność wykonania, -lepsza jakość odwzorowania powierzchni, -drobno ziarnista struktura zapewniająca wysokie wł. użytkowe, -lepsza wydajność, -eliminacja masy formierskiej, - eliminacja obiegu skrzynek formierskich, -lepsze warunki pracy, -niższe nakłady inwestycyjne dla uzyskania tych samych efektów. Wady odlewania kok.: -znaczne naprężenia cieplne w skutek dużej szybkości chłodzenia i hamowania skurczu swobodnego metalu, -większa niejednorodność struktury na przekroju ścianki, -ograniczona trwałość formy i kosztowne jej przygotowanie, -większa wrażliwość na zmiany parametrów procesu technologicznego. Odlewanie pod niskim ciśnieniem w porównaniu do grawitacyjnego: -duża oszczędność metalu na ukł. wlewowym, -zwiększenie wydajności, -mechanizacja i automatyzacja procesu, -obniżanie kosztów topienia, -obniżenie kątów wykończenia i oczyszczania metalu, -wykonywanie odlewów cienkościennych o skomplikowanych kształtach.
Met. wytap. modeli: Wymagania: -mała gęstość, -minimalny skurcz, -dobra plastyczność, -mała skłonność do zagazowań, -dobra odtwarzalność powierzchni. Metody wytapiania mieszanki (wosku) z formy: w gorącej wodzie (80-85oC), w gorącej parze wodnej, w gorącym powietrzu, w suszarni elektrycznej.
Metaoda Shaw'a: jest stosowana w prod. el. kokil, form ciśn. lub matryc. Masa przymodelowa zawiera mączkę cyrkunową, sylimanitową lub magnezytową i spoiwo (zdydrizowany krzemian etylu rozpuszczony w spirytusie etyl.). Ma ona konsystencję gęstej śmietany. Masą tą pokrywa się płytę modelową. Po usunięciu modelu formę poddaje się wypaleniu przez zapalenie wydzielającego się alk. W trakcie wypalania odparowuje także woda, a forma się utwardza, wynikiem czego jest siatka mikropęknięć, która popraw. przepuszczalność i uodparnia formę na zmiany dylatacyjne. W końcowym etapie formę wygrzewa się w temp. ok. 1000oC.
Odlewanie do form skorupowych: Metody wykonania form: -proces C (J. Crominga) w którym grubość skorupy zależy od czasu przetrzymania masy formierskiej na podgrzanej płycie metalowej, -proces D (H. Dieterta) w którym kształtki wymiarów skorupy są określone przez przestrzeń pomiędzy płytą a zamocowanym czymś.
Odlewanie ciśnieniowe: Maszyny dzieli się ze względu na rodzaj komory w której następuje wywieranie ciśnienia na cały metal. Podział ten obejmuje: a) maszyny z gorącą komorą -ciśnienie na ciekły metal jest wywierane w cylindrze zanurzonym w tyglu z ciekłym metalem, b)maszyny z zimną komorą -ciekły metal znajduje się poza bębnem maszyny (w piecu podgrzewającym) skąd jest czerpane i wlewane do komory ciśnieniowej tuż przed uruchomieniem czegoś wywierającego ciśnienie (RYS).
Odlewanie odśrodkowe: Sposoby odlewania: -odśrodkowe właściwe (oś odlewu pokrywa się z osią wirowania -odlew ma kształt bryły obrotowej ograniczonej z zew. ścianką formy, a od wew. powierzchnią swobodną. Są trzy typy: poziome, pionowe, ukośne), -pod ciśnieniem odśrodkowym (wlew główny jest umieszczony w pionowej osi wirowania, a ciśnienie siły odśrodkowej umożliwia dokładne wypełnienie wnęk formy), -odl. półodśrodkowe (oś odlewu pokrywa się z osią wirowania. Powierzchnia wew. jest odwzorowana przez rdzeń.)
Odlewanie ciągłe: Zalety: -wysokie właściwości wytrzymałościowe odlewów, -możliwości uzyskania odlewów o dowolnej długości, -oszczędność metalu, -duża gładkość wymiarowa odlewów. Wady: -możliwość powstawania naprężeń wewnętrznych mogących być przyczyną pęknięć.
Naprężenia odlewnicze: to suma napr. cieplnych, fazowych i skurczowych. Powodują deformację odlewów, ich pękanie. Dla zmniejszenia deformacji projektuje się żebra skurczowe i łączniki które projektuje się w fazie surowego wyrobu. Elementy te usuwa się dopiero po zaniknięciu naprężeń odlewniczych przez sezonowanie lub O.C. lub wykorzystanie drgań mechanicznych. Napr. cieplne są spowodowane różnicą temp. poszczególnych elementów odlewu i związane z mini zmiany wymiarowe. Występują w odlewach gdzie stosuje się ochładzalnik o zróżnicowanej grubości. Napr. fazowe związane są z zmianami obj. poszczególnych części odlewu w których aktualnie dokonują się przemiany fazowe. Następstwem zmian obj. w skrajnych przypadkach mogą być pęknięcia odlewnicze. Napr. skurczowe są wynikiem mechanicznego hamowania skurczu, znikają po wybiciu odlewu z formy.
Żeliwniak: piec szybowy opalany koksem. Paliwo ładuje się na przemian ze wsadem metalowym i topnikami. Gazy o temp. ok. 1800o przemieszczają się ku górze, nagrzewają i topią wsad metalowy. Ciekły metal spływa i gromadzi się w kotlinie skąd jest okresowo spuszczany przez rynnę spustową do żeliwa, a ciekły żużel do żużla. Zalety: -duża sprawność cieplna, -korzystna cena paliwa. Wady: -trudność w uzyskaniu wysokiej temp. przegrzania, -trudność w uzyskaniu odpowiedniego składu chemicznego, -nierówność przetrzymywania. Podczas wytopu można wyróżnić następujące procesy fizykochemiczne: -spalanie i zamykanie palnika, -wymiana ciepła prowadząca do zmiany stanu skupienia wsadu met., zmiana składu chemicznego żeliwa. W procesie wytapiania żeliwa stosuje się: metalowe materiały wsadowe, paliwo, topniki. Mat. wsadowe: surówki: odlewnicza, hematylowa, przerubcza; złomy: żeliwny, spalany, żelazo stopy. Topniki: kamień wapienny, dolomit, soda kalcynowa.
Piece oporowe: Ciepło jest wytwarzane przez elementy grzejne pieca. Najczęściej w próżni stosowane są piece indukcyjne oraz plazmowe i elektronowe. Elektryczne piece oporowe dzielimy na: stałe, przechylne. Ze względu na konstrukcję na: bębnowe, trzonowe, tyglowe.
Piece łukowe: -o działaniu pośrednim (łuk e. powstaje pomiędzy elektrodami nie stykającymi się ze wsadem), -o bezpośrednim (łuk powstaje pomiędzy elektrodami a wsadem). Wytop żeliwa: 1)załadowanie pieca 1-2min., 2)topienie metalu 0,5-1h, 3)przegrzanie i wykańczanie żeliwa 1-2h.
Piece indukcyjne: -bezrdzeniowe (tyglowe) o częstotliwości: średniej (500-10000Hz), (150-250Hz) i sieciowej (50Hz), -rdzeniowe (kanałowe) o częstotliwości sieciowej.