PARAMETRYCZNY OPIS CECH PRZEPŁYWU METALI I STOPÓW

ARCHIWUM ODLEWNICTWA
Rok 2001, Rocznik 1, Nr 1 (1/2)
Archives of Foundry
Year 2001, Volume 1, Book 1 (1/2)
PAN - Katowice PL ISSN 1642-5308
PARAMETRYCZNY OPIS CECH PRZEPŁYWU METALI
I STOPÓW W KANAŁACH FORM ODLEWNICZYCH
J. MUTWIL1
Wydział Mechaniczny Politechniki Zielonogórskiej
STRESZCZENIE
Przedstawiono koncepcję opisu charakterystycznych cech przepływu metali i st opów w kanałach form odlewniczych za pomocą bezwymiarowych parametrów. Parametry wyznaczane są na podstawie rejestrowanych przebiegów zapełniania metalem prostych, pionowych kanałów przepływowych oraz zmian temperatury czoła strugi.
Key words: alloys flow, mould, fluidity, aluminum
1. WPROWADZENIE
We współczesnych badaniach zjawiska przepływu metalu w kanałach form o dlewniczych informacja o maksymalnej drodze przepływu (lejności w ujęciu klasyc znym) jest niewystarczająca. Obecnie oczekuje się dodatkowo informacji
na temat przebiegu przepływu oraz zmian temperatury metalu w okresie płynięcia.
Dopiero jednoczesna analiza krzywej przepływu (odniesiona do czasu krzywa zmian
położenia czoła strugi względem wlotu do kanału) oraz temperatury czoła strugi, p ozwala ustalić wartość istotnych dla projektowania procesów odlewniczych parametrów
– takich, jak na przykład: zakres temperatur krzepnięcia w okresie przepływu, temperatura powstrzymania przepływu. Informacja o temperaturze zatrzymania przepływu
może się okazać jednak niewystarczająca, dla przypadku metali, które w wymienionej
temperaturze są zdolne do pokonania istotnego odcinka drogi. Wymienioną cechę p owinno się więc wyrazić za pomocą parametru, który byłby np. stosunkiem drogi przeb ytej w tej temperaturze do całkowitej drogi przepływu. Tak zdefiniowany parametr pozwoliłby uniknąć opisowego przedstawienia tej cechy przepływu. Podobnie, zamiast
informacji o wartości temperatur krzepnięcia w okresie przepływu, powinno się operować ich stosunkami do wartości równowagowych, wyznaczanych np. w próbniku ATD.
1
dr hab. inż., prof. PZ, [email protected]
163
Propozycja parametrycznego wyrażania niektórych cech przepływu metali i stopów w
kanałach form odlewniczych jest przedmiotem niniejszego opracowania.
2. OPIS STANOWISKA BADAWCZEGO
Poniżej przedstawiono schemat stanowiska pozwalającego rejestrować przebieg
przepływu i temperaturę czoła strugi w kanale formy wypełnianej techniką odlewania
niskociśnieniowego [1].
Rys. 1. Stanowisko do badań lejności; (a) - schemat idei pomiarowej: 1- termoelement, 2- elektroda kontaktowa; (b) - schemat stanowiska: 1-tuleja testowa, 2-wnęka wstępna, 3- czop, 4stalowa komora pieca, 5-pokrywa komory, 6- grafitowa rura, 7- liniowy silnik krokowy, 8ruchoma elektroda kontaktowa, 9- termoelement, 10- czujnik ciśnienia, 11- wlot i wylot p owietrza, 12- sterownik silnika, 13- mikroprocesorowy rejestrator, 14- mikrokomputer
Fig. 1. Stand for fluidity investigation; (a) - scheme of measuring idea: 1- thermocouple, 2contact electrode; (b) – scheme of stand : 1-test sleeve, 2-entrance cavity, 3- peg, 4- furnace
steel chamber, 5-chamber’s cover, 6- graphite pipe, 7- linear stepper motor, 8- movable contact electrode, 9- thermocouple, 10- pressure sensor, 11- outlet and inlet of air, 12-motor controller , 13- microprocessor recorder, 14- microcomputer
Poza temperaturą czoła strugi, na stanowisku można rejestrować temperaturę w jeden astu wybranych, stałych punktach układu metal-forma (temperatura we wnęce wstępnej,
temperatury w ściance kanału przepływowego) . Formy testowe 1 mogą być zarówno
metalowe, jak i piaskowe. Dla form metalowych (stal WCL) stosowane są pojedyncze
164
ARCHIWUM ODLEWNICTWA
kanały przepływowe  12, 14, 16 mm. Forma piaskowa zawiera po trzy kanały  4, 6.5,
10 mm. W każdym przypadku długość kanałów przepływowych wynosi 180 mm.
3. WYBRANE PARAMETRY NA TLE PRZYKŁ ADOWYCH POMIARÓW
Rysunek 2 ilustruje przebieg wszystkich sygnałów zarejestrowanych dla przypa dku przepływu aluminium A0 w kanale 16 mm formy metalowej. Obok krzywej przepływu h(t) i ciśnienia w piecu p(t), widoczne są linie zmian temperatury: w czole strugi
T(t), wnęce wstępnej Tw(t) i ściance kanału ( krzywe leżące poniżej linii ciśnienia;
punkty pomiaru temperatury zaznaczono kropkami na tulei 1 –rys.1). Podstawowe cechy przepływu wynikają z przebiegu krzywych h(t) i T(t) oraz ich pochodnych.
T(t)
Tw(t)
h(t)
T(t)
p(t)
Rys. 2. Ilustracja zarejestrowanych sygnałów pomiarowych dla przepływu aluminium w kanale formy metalowej
Fig. 2. Illustration of registered signals for the aluminum flow in the metal mould channel
Stosowne ilustracje przedstawiono na rysunku 3 (aluminium – dane z rysunku 2) oraz
na rysunku 4, obrazującym przepływ siluminu AlSi 6.45% w identycznym kanale fo rmy. W części (a) każdego z rysunków zamieszczono temperaturę czoła T(t) wraz
z pochodną T’(t) oraz krzywą przepływu h(t). Rysunki (b) stanowią zestawienie krzywej przepływu i jego prędkości v(t). Na rysunkach oznaczono literami charakterystyczne etapy procesu. Wskazują one na: A- wpłynięcie metalu do wnęki estepnej, B- maksymalną szybkość studzenia strugi, C- poziom temperatury likwidus, D- maksymalną
prędkość przepływu, E- temperaturę eutektyczną, H- 90% czasu przepływu, K- koniec
przepływu, L- temperaturę likwidus. W polach rysunków wydrukowano niektóre wart ości: T, T’, h, v oraz ich wartości średnie w przedziale (np. v-AK – średnia prędkość
przepływu w przedziale A-K). W częściach (a) rysunków widoczne są poziome linie
punktowane, leżące tuż nad temperaturami krzepnięcia. Linie te obrazują temperatury
165
krzepnięcia uzyskane w próbniku
TE=576.8ºC- dla AlSi6.45).
ATD
(TL=658.6ºC -dla
A0;
a)
T(t)
h(t)
T’(t)
b)
h(t)
v(t)
Rys. 3. Przepływ aluminium: a) T(t), T’(t), h(t); b) h(t), v(t)
Fig. 3 . Flow of aluminum: a) T(t), T’(t), h(t); b) h(t), v(t)
166
TL=618ºC,
ARCHIWUM ODLEWNICTWA
a)
T(t)
h(t)
T’(t)
b)
h(t)
v(t)
Rys. 4. Przepływ AlSi 6.45: a) T(t), T’(t), h(t); b) h(t), v(t)
Fig. 4 . Flow of AlSi 6.45: a) T(t), T’(t), h(t); b) h(t), v(t)
167
Stosunek odpowiadających sobie temperatur w przepływie i w próbniku ATD generuje
parametry KTL i KTE, wyrażające stopień obniżenia temperatury likwidus
i eutektycznej w przepływie w stosunku do odpowiedników równowagowych
(KL=0.995- dla A0 i 0.992- dla AlSi6.45; KE=0.972- dla AlSi6.45). Innym, istotnym
parametrem (KTK) jest stosunek temperatury zatrzymania przepływu do temperatury
likwidus w przepływie (0.999 dla A0; 1.003 dla AlSi6.45). Stosunek średniej prędkości
przepływu do jej wartości maksymalnej (KVSM) dobrze charakteryzuje nierównomierność przepływu (0.396- dla A0; 0.51- dla AlSi6.45). Sposób zatrzymania przepływu
(powolny/raptowny) można określić stosunkiem średniej prędkości przepływu, odno towanej w ostatnim jego etapie (np. ostatnie 10% całkowitego czasu) do prędkości śre dniej na całej drodze przepływu KV10 (0.293- dla A0; 0.567- dla AlSi6.45). Zdolność
metalu do przepływu w zakresie temperatur krzepnięcia dobrze odzwierciedla stosunek
drogi przebytej po osiągnięciu temperatury likwidus do całkowitej drogi KHL (0.175dla A0; 0- dla AlSi6.45).
4. PODSUMOWANIE
Przedstawiona propozycja wyrażania charakterystycznych cech przepływu met ali
i stopów w kanałach form odlewniczych za pomocą bezwy miarowych parametrów nie
wyczerpuje listy możliwych skojarzeń. Równie istotne będą parametry odnoszące się do
procesów cieplnych w układzie, czy też parametry porównujące przepływ strugi rzeczywistej z przepływem strugi idealnej.
LITERATURA
[1] Mutwil J., Żygadło M., Janowski R., Niedźwiecki D.: Nowe stanowisko do badań
lejności, Krzepnięcie Metali i Stopów, vol. 2, nr 44, 2000, s. 497-502.
Badania prowadzone są w ramach projektu badawczego Nr 7 T08B 032 16 finansowanego przez
Komitet Badań Naukowych w latach 1999-2001.
PARAMETRIC DESCRIPTIONOF METALS
AND ALLOYS FLOW ATTRIBUTES IN MOULD CHANNELS
SUMMARY
The method of parametric description of the characteristic attributes of metals and a lloys flow in the mould channels has been presented. The dimen sionless parameters are
determined on the basis of both registered curves the flow and the temperature curve of
the tip of stream.
Recenzował prof. dr hab. inż. Janusz Braszczyński
168