odlewnictwo-opracowanie.pdf

1. Klasyfikacja stopów i metod ich odlewania do form nietrwałych i trwałych.

Podział stopów odlewniczych:

Jednymi z najistotniejszych czynników stawianych tworzywom odlewniczym obok określonych właściwości eksploatacyjnych są odpowiednie właściwości

technologiczne, zwłaszcza zdolność do płynięcia oraz wypełniania wnęki formy. Z tego powodu większość tworzyw odlewniczych to stopy eutektyczne lub

okołoeutektyczne, bowiem one charakteryzują się najlepszą lejnością. Tworzywa możemy podzielić na stopy żelaza oraz metali nieżelaznych, nazywane czasem

niewłaściwie stopami metali kolorowych. Wśród tych ostatnich wyodrębnia się stopy metali lekkich, a więc stopy Mg, Al i Ti oraz stopy metali ciężkich takich jak

Cu, Ni, Co, Zn, Pb. Udział metali nieżelaznych jest stosunkowo mały w porównaniu do stopów żelaza, jednak ich znaczenie rośnie. Innym powodem tego jest

zmniejszania masy odlewów ze stopów Fe, wynikające z coraz lepszych właściwości mechanicznych tych stopów.

2. Klasyfikacja i charakterystyki głównych materiałów do wytwarzania piaskowych form i rdzeni odlewniczych.

Materiały formierskie służą - po odpowiedniej przeróbce - do wykonywania form i rdzeni. Dzielą się na główne i pomocnicze. Masą formierską lub rdzeniową

nazywa się mieszaninę głównych i pomocniczych materiałów formierskich z wodą, dobranych w odpowiednich proporcjach i odpowiednio przygotowanych.

Główne materiały formierskie to:

-piaski formierskie - niektóre z sypkich i luźnych skał osadowych, składające się głównie z ziarn kwarcu o nieregularnych kształtach, gdzie zawartość osnowy

ziarnowej wynosi minimum 65% ciężaru. W piaskach tych może występować naturalne lepiszcze mineralne - w ilości do 35%. Poza piaskami formierskimi mogą

być stosowane inne minerały charakteryzujące się wysoką ognioodpornością oraz posiadające mniejszą rozszerzalność cieplną jak np. korund naturalny i

sztuczny, mulit, szamot, magnezyt, chromit, silimanit i cyrkon.

-gliny formierskie zawierające powyżej 50% lepiszcza.

Pomocniczym materiałem formierskim zazwyczaj są różnego rodzaju spoiwa pochodzenia organicznego i nieorganicznego, służące do spajania ze sobą luźnych

ziaren piasku, jak: oleje roślinne, kalafonia, dekstryna, melasa, szkło wodne, żywice syntetyczne i w coraz większym zakresie żywice szybkoutwardzalne na

zimno i na gorąco. Do pomocniczych materiałów zaliczamy również materiały chroniące masę przed przypaleniem się jej do powierzchni odlewu (grafit, pył

węglowy, węgiel drzewny), materiały zwiększające przepuszczalność (torf, trociny), pudry formierskie (likopodium, talk).

3.Trendy w odlewnictwie światowym. Najważniejsze stopy odlewana dla potrzeb budowy maszyn w powiązaniu z technologiami

ich odlewania.

Udział stopów metali nieżelaznych stopniowo wzrasta. A jest to związane z coraz większymi wymaganiami stawianymi stopom żelaza, a także tym, że następuje

tendencja do zmniejszenia masy odlewów ze stopów Fe, wynikające z coraz lepszych właściwości tych stopów. Jest to efekt dążenia do zmniejszania masy

konstrukcji przy jednocześnie wzrastających wymaganiach dla tworzyw. Żeliwo wciąż pozostaje najczęściej odlewanym tworzywem ze względu na dobre

właściwości odlewnicze (lejność) a także na niski koszt wytworzenia. Np. około 2/3 wszystkich odlewów aluminium wykonywane jest w produkcji

samochodowej.

Rozkład sprzedaży odlewów wg. użytkowników końcowych:

-32% konstrukcje ciężkie

- 27% ogólne konstrukcje

-18% kopalnie

- 8% kamieniołomy

-15% pozostałe

Największymi producentami odlewów w Europie są Niemcy(1/3 odlewów), Włochy, Francja, Hiszpania.

Z żeliwa stopowego i szarego najczęściej wykonuje się odlewy metodami:

-formowanie ręczne 30%

- formowanie w liniach automatycznych 23%

-odlewanie odśrodkowe 19%

- formowanie maszynowe 16%

-odlewanie kokilowe 10%

4.Materiały stosowane do wytwarzania form trwałych (kokilowych).

Kokile wykonuje się najczęściej z żeliwa szarego. Jednak do wytwarzania tych form stosujemy również stale stopowe, konstrukcyjne, stopy aluminium z

powierzchnią anodowaną ( pokrytą warstwą Al2O3 na powierzchni roboczej ). Kokile wykonywane z żeliwa wykonuje się jako konstrukcje skrzynkowe starając

się zachować równomierna grubość ścian. Niewielkie kokile wykonuje się z bloku materiału, najczęściej stali konstrukcyjnej. Rdzenie kokilowe powinny być

metalowe, wprowadzanie rdzeni piaskowych komplikuje proces krzepnięcia i powoduje spowolnienie krzepnięcia. Wnęka kokili pokrywana jest cienka warstwą

powłoki izolującej, pokrycia tego typu składają się z rozdrobnionego materiały ogniotrwałego np. tlenków metali lub krzemianów (tzw. pokrycia białe o małym

współczynniku przewodzenia ciepła) lub z grafitu (pokrycia czarne lepiej przewodzące).

5.Zalety i wady odlewania grawitacyjnego kokilowego oraz odlewania nisko- i wysokociśnieniowego.

Odlewanie kokilowe grawitacyjne polega na wykonywaniu odlewów poprzez zalanie ciekłym metalem form metalowych zwanych

kokilami. Kokile są formami wielokrotnego użytku.

•Zastosowanie do produkcji seryjnej, wielkoseryjnej i masowej odlewów średnich i małych, przede wszystkim ze stopów metali nieżelaznych, w mniejszym

zakresie z żeliwa.

Odlewanie kokilowe grawitacyjne

•Kokila odtwarza kształt zewnętrzny odlewu.

•Kształt wewnętrzny odlewu odtwarzają rdzenie stalowe lub wykonane z mas rdzeniowych.

Zalety odlewania kokilowego grawitacyjnego:

-duża dokładność stałość wymiarowa odlewów,

-dobra gładkość czystość powierzchni odlewów,

-możliwość uzyskania cienkich ścianek odlewów,

-duża wydajność procesu,

-wyeliminowanie skrzynek formierskich, ich składowanie i transport,

-łatwa mechanizacja i automatyzacja procesu.

Wady odlewania kokilowego grawitacyjnego:

-ograniczone zastosowanie do odlewania niektórych stopów zwłaszcza żelaza,

-ograniczony kształt i wielkość odlewu,

-wysoki koszt kokili.

Odlewanie kokilowe pod niskim ciśnieniem

•Odlewanie kokilowe pod niskim ciśnieniem –forma wypełniana jest pod niewielkim ciśnieniem lub podciśnieniem zwykle nie

przekraczającym 0,2 MN/m2, najczęściej poniżej 0,1 MN/m2.

•Zastosowanie tylko do odlewania stopów metali nieżelaznych.

•Zalety procesu:

-zmniejszenie lub wyeliminowanie nadlewów, gdyż odlew w czasie krzepnięcia połączony jest z ciekłym metalem w piecu,

-lepsze niż przy odlewaniu kokilowym grawitacyjnym wypełnienie formy,

-lepsza lejność metalu wskutek wyższej temperatury,

-łatwiejsza mechanizacja i automatyzacja procesu.

•Wady:

-wysokie koszty urządzenia, gdyż kokila związana jest z jednym piecem,

-wyższe koszty eksploatacji (droga instalacja ciśnieniowa, konieczność częstej wymiany rur wlewowych).

Odlewanie kokilowe ciśnieniowe

•Odlewanie pod ciśnieniem nazywane również odlewaniem ciśnieniowym jest rozwinięciem odlewania kokilowego i polega na

wprowadzeniu do formy metalu na który wywarte jest ciśnienie 2,0 –350 MN/m2.

•Zastosowanie –masowa produkcja odlewów małych i średnich (od kilku gramów do ok. 50 kg), o dowolnym kształcie i bardzo dużych dokładnościach

wymiarowych oraz o cienkich ściankach.

Najczęściej stosowane jest do odlewania stopów miedzi, ołowiu, aluminium, cyny i cynku.

Zalety odlewania ciśnieniowego:

-bardzo duża dokładność wymiarowa,

-bardzo mała chropowatość,

-możliwość uzyskiwania odlewów o bardzo cienkich ściankach,

-bardzo duże ograniczenie lub wyeliminowanie obróbki skrawaniem,

-lepsze własności mechaniczne, chemiczne i fizyczne odlewów,

-mniejszy ciężar surowych odlewów,

-bardzo duża wydajność.

Wady odlewania ciśnieniowego:

-wysoki koszt maszyn i oprzyrządowania,

-długi czas przygotowania produkcji,

-ograniczona wielkość i masa odlewów,

-trudności w odlewaniu odlewów o grubszych ściankach (może wystąpić porowatość),

-ograniczenie zastosowania do niektórych stopów (głównie stopów cynku, aluminium, magnezu).

6.Schemat i opis cyklu wytwarzania odlewów w formach skorupowych (proces Croninga).

Istnieją dwie odmiany wykonywania form skorupowych: C (Croninga) i D (Dieterta). W metodzie C grubość skorupy zależy od czasu przetrzymania masy

formierskiej na podgrzanej płycie modelowej, na której jest umieszczony zbiornik z masą. W metodzie D grubość skorupy jest ściśle uzależniona od przestrzeni

między płytą modelową a profilowaną podkładką między które jest wdmuchiwany bądź wstrzeliwany piasek otaczany.

Zastosowanie do produkcji seryjnej i masowej form i rdzeni odlewów małych i średnich o wysokich wymaganiach wymiarowych i dobrej gładkości powierzchni.

Masa formierska:

- czysty, płukany i drobnoziarnisty piasek kwarcowy,

- 4 – 8% sproszkowanej nowolakowej żywicy fenolowej,

- 10 – 12% w stosunku do żywicy urotropiny jako utwardzacza,

- 0,1% nafty jako środka powodującego lepsze rozprowadzenie żywicy.

Masa formierska jest mieszaniną, której utwardzenie w normalnych warunkach nie zachodzi. Proces wiązania rozpoczyna się pod działaniem temperatury.

Etapy wykonywania form skorupowych:

- oczyszczenie płyty modelowej i pokrycie jej oddzielaczem (np. olejem silikonowym,

- podgrzanie elektrycznie lub gazowo płyty modelowej do temperatury 220 –300 C,

- obrót płyty modelowej o 180 i połączenie ze zbiornikiem z masą skorupową,

- obrót płyty modelowej ze zbiornikiem do pierwotnego położenia i przetrzymanie przez okres 6 – 25 s - powstanie skorupy,

- ponowny obrót o 1800 - masa opada, odłączenie zbiornika z masą,

- utwardzanie skorupy w temperaturze 300 – 4000 C przez 1 – 3min,

-zdjęcie skorupy i klejenie połówek form skorupowych za pomocą klejów żywicznych

- zalewanie form.

Zaletą odlewania do form skorupowych jest duża gładkość powierzchni i dokładność wymiarowa, możliwość wykonania odlewów cienkościennych oraz

zmniejszenie braków wskutek stabilizacji procesu. Wadą natomiast jest duży koszt piasku otaczanego i problemy z utylizacją masy. Metodą formowania

skorupowego otrzymuje się również rdzenie wewnątrz puste.

7. Proces wytwarzania odlewów metodą wytapianych modeli.

Jedna z najstarszych metod odlewania. Polega na wykonaniu modelu z substancji łatwotopliwej, którą pokrywa się warstwą ceramiczną. Następnie model

wytapia się, skorupę wypala się i zalewa ciekłym metalem.Zastosowanie do produkcji seryjnej i wielkoseryjnej bardzo drobnych i drobnych odlewów o najwyższej

dokładności wymiarowej i gładkości powierzchni (przemysł precyzyjny, zbrojeniowy, narzędziowy, motoryzacyjny, maszynowy, artystyczny, jubilerski itp.)

Masa modelowa:

- mieszanina parafiny, stearyny, cerezyny, kalafoni, wosku pszczelego itp.

Modele odlewu i układu wlewowego wykonuje się najczęściej w matrycach metalowych, rzadziej gumowych, cementowych lub gipsowych.

Masa ceramiczna:

- sproszkowana mączka kwarcowa lub cyrkonowa, szamotowa, mulit, sylimanit itp..

- spoiwa – roztwory na bazie krzemianu etylu lub zolu kwasu krzemowego, a przy mniejszych wymaganiach szkło wodne.

-rozpuszczalniki i inne materiały: spirytus etylowy, aceton, hydrazyt, kwas solny, woda destylowana.

Operacje procesu odlewania metodą modeli wytapianych

- wykonanie modeli odlewów i układu wlewowego,

- montaż modeli na wlewie głównym,

- tworzenie powłoki ceramicznej poprzez kilkakrotne zanurzanie zestawu modelowego w płynnej masie ogniotrwałej i obsypywanie piaskiem kwarcowym,

- tworzenie powłoki samonośnej, lub umieszczanie w skrzynkach formierskich,

- wytapianie modeli (może odbywać się w urządzeniach wannowych, bębnowych lub komorowych z wykorzystaniem gorącego powietrza lub pary wodnej,

- w razie potrzeby dodatkowe wypalanie formy w piecach komorowych w temperaturze 850 – 9000C,

- zalewanie ciekłym metalem,

- wybijanie odlewów z formy,

- odcinanie odlewów od wlewu głównego,

- czyszczenie i wykańczanie odlewów.

Zalety procesu:

- uzyskiwanie największych dokładności wymiarowych i gładkości powierzchni,

- zastępowanie drogich odkuwek i obróbki skrawaniem poprzez wykonanie odlewów precyzyjnych,

-możliwość uzyskania odlewów o bardzo złożonych kształtach, niemożliwych do wykonania innymi metodami,

-możliwość wykonania odlewu z dowolnego stopu (w produkcji seryjnej i wielkoseryjnej stosowana najczęściej do staliw , zwłaszcza stopowych, rzadziej żeliw i

stopów miedzi, a wyjątkowo do stopów aluminium),

-można uzyskiwać odlewy cienkościenne.

Wady procesu:

- proces trudny do mechanizacji i automatyzacji,

- ograniczona masa odlewu, zasadniczo do 1 – 2 kg, wyjątkowo do 10 kg.

8. Wykresy równowagowe: żelazo-węgiel i aluminium-krzem.

Siluminy a więc odlewniczy stop aluminium z krzemem jest bardzo popularnym materiałem odlewniczym. Krzem ma zasadniczy wpływ na właściwości

mechaniczne. Stopy te oznacza się literami AK oraz cyfra oznaczającą średnią zawartość krzemu. Zależnie od jego zawartości wyróżnia się:

-siluminy podeutektyczne 4-10%S

-siluminy okołoeutektyczne 10-13%S

-siluminy nadeutektyczne powyżej 13%S

Siluminy okołoeutektyczne mają doskonałe właściwości odlewnicze oraz dobre właściwości mechaniczne(można je zwiększyć wskutek umacniania

wydzieleniowego). Pozostałe siluminy mają gruboziarnistą eutektykę, a nadeutektyczne duże wydzielenia krzemu pierwotnego w postaci igieł. Można to zmienić

przez modyfikację sodem dla pod- a fosforem dla stopów nadeutektycznych.

Siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujące znaczną żarowytrzymałość są stosowane na wysoko obciążone tłoki silników spalinowych. Ze stopów

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: