pytania 2010 odlewnictwo.doc

ODLEWNICTWO

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

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

Materiały stosowane do wytwarzania piaskowych form odlewniczych (i rdzeni odlewniczych) oraz materiały pomocnicze ułatwiające ich wytwarzanie. Materiały stosowane do wytwarzania form i rdzeni są nazywane masami formierskimi i masami rdzeniowymi

Masy formierskie i rdzeniowe można sklasyfikować zależnie od zastosowania i rodzaju:

-masy stosowane do odlewania żeliwa, staliwa i metali nieżelaznych,

-masy do form odlewanych „na wilgotno „na sucho”,

-masy przy modelowe i wypełniające oraz jednolite,

-masy naturalne i syntetyczne,

-masy formierskie i rdzeniowe specjalne (cementowe, ceramiczne itp.).

SKŁAD MAS FORMIERSKICH:

·  Piaski (więcej niż 50%osnowy ziarnistej reszta lepiszcze) i gliny(więcej niż 50% lepiszczu reszta osnowa ziarnista) formierskie. Im wyższa temperatura tym więcej glin formierskich.

·  Spoiwa – woda, oleje mineralne, roślinne, syntetyczne

·  Szkło wodne – utwardzone dwutlenkiem węgla

·  Żywice, kleje, tworzywa sztuczne utwardzane chemicznie bądź termicznie

·  Pudry formierskie – mielony piach kwarcowy – zapobiega przytwierdzaniu masy formierskiej do modelu

·  Czarnidła zapobiegające przywieraniu masy formierskiej do metalu (mielony grafit z olejem)

Cechy mas formierskich:

1.dobra plastyczność –zdolność przyjmowania kształtu według modelu i zachowania tegoż kształtu,

2.wielka spoistość cząstek masy formierskiej zapewniająca odporność na wszelkiego rodzaju wstrząsy i ciśnienie hydrostatyczne wlewanego metalu,

3.znaczna odporność na wysoką temperaturę płynnego metalu,

4.wystarczająca przepuszczalność gazów i par powstałych w czasie odlewania i podczas procesu stygnięcia metalu w formie odlewniczej,

5.zdolnośćzachowania pełnej przydatności do wielokrotnego użycia w formie domieszek do nowych mas,

6.łatwe oddzielanie się od ścian gotowego odlewu w czasie wybijania.

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 wytwarza się z bardzo szerokiego asortymentu tworzyw: stali, staliwa, żeliwa, a także metali niezależnych. O wyborze tworzywa na konstrukcje kokili decydują takie czynniki:

- właściwości mechaniczne(wytrzymałość, plastyczność, twardość, odporność na ścieranie),

- właściwości termofizyczne (pojemność i przewodność cieplna, współczynnik   akumulacji ciepła, rozszerzalność cieplna),

- właściwości technologiczne (skrawalność odporność na działanie wysokich temperatur, odporność na erozyjne działanie strugi ciekłego metalu),

- względy ekonomiczne (cena, dostępność, koszty obróbki).

5. Opis, zalety i wady odlewania grawitacyjnego kokilowego, niskociśnieniowego 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 Cronina).

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

- Nagrzewanie płyty modelowej w piecu elektrycznym do temperatury 280°C.

- Oczyszczenie płyty modelowej i pokrycie jej oddzielaczem (np. olejem silnikowym).

- Obrót płyty modelowej o 180° i połączenie ze zbiornikiem z masą skorupową.

- Obrót płyty modelowej ze zbiornikiem do pierwotnego położenia i przetrzymanie przez okres

6-25s (powstanie skorupy).

- Obrót o 180° , opadnięcie masy, odłącznie zbiornika z masą.

- Utwardzanie masy w temperaturze 300° - 400°C przez 1-3 min.

- Zdjęcie skorupy i klejenie połówek form skorupowych za pomocą klejów żywicznych.

- Zalewanie formy.

Zalety formowania skorupowego:

-możliwość zastosowania do wszystkich stopów odlewniczych, (ze względów ekonomicznych stosowane głównie dla żeliw, najczęściej w przemyśle motoryzacyjnym),

-uzyskanie odlewów o małej chropowatości powierzchni i dużej dokładności wymiarowej,

-możliwość uzyskania odlewów o cienkich ściankach,

-częściowe lub całkowite wyeliminowanie obróbki skrawaniem,

-łatwość automatyzacji i mechanizacji procesu.

•Wady formowania skorupowego:

-wysoki koszt materiałów formierskich,

-skomplikowane i drogie maszyny do formowania,

-ograniczenie masy odlewu do 100kg, (najczęściej 20 –30 kg).

7.Opis procesu wytwarzania odlewów metodą wytapianych modeli.

Jedna z najstarszych metod odlewania. Polega na wykonaniu modelu z substancji łatwo topliwej, 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.)

Przebieg procesu.

- Wykonanie modelu z substancji łatwopalnej (np. wosku).

- Pokrycie modelu warstwą ceramiczną .

- Wytapianie modelu oraz wypalanie skorupy.

- Zalewanie ciekłym metalem.

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 podeutektycznych wytwarza się silnie obciążone elementy dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracujące w podwyższonej temperaturze i w wodzie morskiej. Wieloskładnikowe stopy Al zSi są stosowane m.in. na głowice silników spalinowych oraz inne odlewy w przemyśle maszynowym

Rozróżnia się dwa wykresy równowagi układu żelazo- węgiel:
stabilny żelazo- grafit,
metastabilny żelazo- cementyt.
W zależności od składu chemicznego, warunków odprowadzania ciepła, a także innych czynników, z roztworu ciekłego może krzepnąć zarówno cementyt, jak i grafit.
Przemiany :
-Przemiana perytektyczna
zachodz w temp. 1495ºC, jest przemianą, podczas której, w czasie chłodzenia, dwie fazy (jedna z nich ciekła) przemieniają się w jedną fazę stałą. L + α → β
-Przemiana eutektyczna
Przemianę Ciecz → α + β nazywamy przemianą eutektyczną. Zachodzi w temp. 1148ºC.Przemiana eutektyczna jest przemianą, w której udział biorą trzy fazy. Podczas przemiany, w czasie chłodzenia, ciecz przemienia się w dwie fazy stałe jednocześnie.
-Przemiana eutektoidalna
Zachodzi w temp. 727ºC, jest przemianą, w której biorą udział trzy fazy. Podczas chłodzenia faza stała przemienia się w dwie inne fazy stałe jednocześnie. γ → α + β

9. Schematy typowych układów wlewowych w odlewaniu do form nietrwałych i trwałych i funkcje spełniane przez poszczególne elementy układu wlewowego.

Forma jest wypełniana metalem poprzez system kanałów zwany układem wlewowym. Funkcje układu wlewowego:
-  usuwanie żużla i wtrąceń niemetalicznych z ciekłego metalu,
-  zapewnienie spokojnego wypełniania formy,
- oddziaływanie na przebieg krzepnięcia metalu.

Kształt układu zależy od rodzaju formy odlewniczej oraz materiały odlewu. Zbiornik wlewowy jest elementem układu wlewowego, do którego jest wlewany metal z kadzi lub z innego urządzenia zawierającego metal pobrany z pieca. Ze zbiornika metal przepływa kanałem o najczęściej okrągłym przekroju, zwanym wlewem głównym, docierając na poziom, w którym umieszczone są dalsze elementy układu. W niektórych rozwiązaniach bezpośrednio pod wlewem głównym umieszcza się niewielkie rozszerzenie zwane podstawą wlewu głównego. W celu doprowadzenie ciekłego metalu od wlewu głównego w pobliże odlewu wykonuje się wlew rozprowadzający. Kanał ten może mieć kilka rozgałęzień lub może być kilka wlewów rozprowadzających. Kanał ten zatrzymuje tlenki i zanieczyszczenia płynące na czole strugi metalu(dawna nazwa belka żużlowa). Kanały doprowadzające metal do wnęki odwzorowującej kształt odlewu to wlewy doprowadzające. Aby zasilić odlew w miejscach narażonych na powstawanie wewnętrznych wad stosuje się nadlewy. Są to dodatkowe elementy odlewu które odcina się lub odłamuje po usunięciu odlewu z formy. 

...