Autorzy: mgr inż. Zbigniew Stefański mgr inż. Andrzej Pytel INSTYTUT ODLEWNICTWA Rok założenia 1946 Pokrycia na formy i rdzenie, analiza obecnie stosowanych oraz badanie i wytypowanie optymalnych mających zastosowanie przy wykonywaniu odlewów ze stopów miedzi w kokilach żeliwnych. Autorzy: mgr inż. Zbigniew Stefański mgr inż. Andrzej Pytel ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków tel. +48 (12) 261-81-11, fax +48 (12) 266-08-70 e-mail: iod@iod.krakow.pl, www.iod.krakow.pl

Cel wykonanej pracy Celem realizowanych prac było zbadanie niektórych podstawowych czynników układu technologicznego: ciekły metal – pokrycie formy odlewniczej– materiał formy oraz określenie ich wpływu na zjawiska zachodzące na granicy faz: ciekły metal – pokrycie formy odlewniczej– materiał formy. Czynniki te decydują o jakości odlewu oraz o trwałości kokili. Zbadanie wymienionych czynników pozwoli praktycznie na wytypowanie pokryć optymalnych dla danych stopów odlewniczych.

Informacje dotyczące pokryć stosowanych na formy i rdzenie Przez pojęcie pokrycie na formy, rozumie się warstwę materiału o odpowiednim składzie, który nanosi się na powierzchnię formy lub rdzenia, w celu zabezpieczenia metalu odlewu przed przypaleniem do powierzchni formy, wzmocnienia powierzchni formy i rdzenia, lub też spowodowanie zmian właściwości powierzchniowych metalu z którego wykonany jest odlew.

W zależności od przeznaczenia pokrycia dzielimy na trzy podstawowe rodzaje: pokrycia pasywne (ochronne) – pokrycia te nie powodują zmian składu chemicznego warstwy powierzchniowej odlewu ich zadaniem jest uzyskanie gładkiej powierzchni odlewu, bez przypaleń i wżarć , stosowane głównie dla form i rdzeni piaskowych, pokrycia te mogą być jedno lub wieloskładni­kowe, można je stosować w postaci proszku (pudru), pasty lub ciekłej substancji. Najczęściej stosowane są ciekłe pokrycia ochronne. Zastosowanie pokryć ochronnych ma na celu uzyskanie odlewów o lepszej jakości powierzchni, to jest o małej chropowatości, wolnej od wad odlewniczych.

pokrycia aktywne - stosuje się je w celu zmiany właściwości warstwy powierzchniowej odlewów poprzez wprowadzenie do tej warstwy określonych składników, celem ich stosowania jest również zabezpieczenie powierzchniowej warstwy odlewu przed niepożądanymi zmianami ich właściwości, spowodowanymi zastosowanym procesem technologicznym. Przykładem może być zapobieganie zabieleniu odlewów żeliwnych wykonywanych w formach metalowych (kokilach).

Oddziaływanie pokrycia aktywnego może zachodzić przez: dyfuzję składników osnowy do powierzchniowej warstwy odlewu stopienie składników osnowy przez warstwę ciekłego stopu odlewniczego będącego w kontakcie z pokryciem ochronnym przenikanie ciekłego stopu odlewniczego w pory między ziarnami osnowy po­krycia aktywnego

pokrycia wzmacniające – stosuje się je w celu polepszenia niektórych właściwości warstwy powierzchniowej masy formierskiej lub rdzeniowej, to jest zwiększenia wytrzymałości, zmniejszenia osypliwości. Przykładowe składy: dyspersje wodne polimerów o stężeniu 40 - 50% roztwór wodny ługu posiarczynowego roztwory alkoholowe żywic syntetycznych przykładowo typu nowolak

Najczęściej stosowanym materiałem, ze względu na wysoką ogniotrwałość oraz małą zwilżalność przez ciekły stop odlewniczy jest grafit, stosowany w pokryciach jako naturalny lub sztuczny. Ujemną cechę pokryć grafitowych jest duży współczynnik przewodzenia ciepła i ciemna barwa.

Rys. 1. Wpływ czasu nagrzewania na temperaturę powierzchni wnęki formy pokrytej powłokami o barwach ciemnej i jasnej.

Pokrycia na formy metalowe W realizowanym projekcie prace dotyczyły wykonywania odlewów w kokilach żeliwnych z miedzi technicznie czystej, o zawartości około 99% Cu, dla których dobierano i przebadano w ramach tej pracy pokrycia. Należy również zaznaczyć że wykonane odlewy z miedzi będą następnie stanowiły kokile do wykonywania kolejnych odlewów z miedzi również technicznie czystej.

Pokrycia nanoszone na powierzchnię roboczą form metalowych (kokil) są to zwykle pokrycia pasywne (ochronne). Podstawowe zadanie pokryć stosowanych dla kokil to uzyskanie odlewów o wymaganej jakości, dobrej powierzchni, a także ochrona powierzchni kokili, jej smarowanie oraz izolacja zabezpieczająca kokilę przed bezpośrednim cieplnym i chemicznym oddziaływaniem ciekłego metalu, a więc w sposób istotny zwiększenie trwałości formy metalowej.

Znaczenie pokryć polega również na możliwości regulacji ilości ciepła przekazywa­nego kokili przez odlew w jednostce czasu, a więc regulacji pręd­kości krzepnięcia odlewu i wpływania w ten sposób na strukturę odlewa­nego stopu. W przypadku bezpośredniego stykania się ciekłego metalu z powierzchnią kokili ( bez pokrycia) następowała by dyfuzja, w wyniku której na granicy styku metal-kokila powstawały by stopy pośrednie, a po skrzepnięciu odlew przywierał by do wnę­ki kokili powodując trudności związane z wyjmowaniem od­lewu oraz możliwość jego odkształcenia lub zniszczenia. Powodowało by to również zniszczenie gładzi wnęki kokili i zmiany jej wymiarów.

Pokrycia na kokile dzieli się w zależności od przewodności cieplnej, któ­ra jest jednym z najważniejszych parametrów tych pokryć. Pokrycia dobrze przewodzące ciepło są to pokrycia czarne, głównym ich składnikiem jest grafit. Stosuje się je w cienkich warstwach w tych miejscach wnęki kokili, gdzie zależy nam na szybkim odprowadzeniu ciepła. Równocześnie pokrycia te ze względu na obecność grafitu spełniają rolę smarującą i zabezpieczającą przed przyklejeniem.

Przeprowadzone prace i badania Zrealizowano następujący zakres prac: zorganizowano stanowisko do badań technologicznych pokryć nanoszonych na formy metalowe, opracowano konstrukcję kokili wraz z modelowym odlewem przeznaczoną do badania jakości pokryć, wykonano staliwną kokilę z zastosowaniem której wykonywano odlewy oraz badano pokrycia, wytypowano optymalne pokrycia do dalszych badań ich jakości.

Rys. 2. Opracowana kokila do wykonywania odlewów testowych i do przeprowadzania badań pokryć.

Badano następujące parametry technologiczne: jakość powierzchni odlewów na podstawie oceny wizualnej, izolacyjność pokryć w wyniku badania szybkości stygnięcia odlewu oraz szybkości nagrzewania kokili. W czasie badań rejestrowano krzywe stygnięcia odlewów oraz krzywe nagrzewania kokili. Kokila została odpowiednio przygotowana, założono w niej termopary w 5 punktach pomiarowych, to jest w odlewie, a także w kokili.

Do badań wytypowano cztery rodzaje pokryć: pokrycie wodne nr 1 –ADVANZ A60, firmy Metimpex Sp. z o.o. pokrycie wodne nr 2 – Argentol 824, firmy Huttenes-Albertus Polska Sp. z o.o., pokrycie wodne nr 3 – Bone ASH 325 mesh, firmy Hendri-Gras Chemicals B.V., pokrycie wodne nr 4 – kokilokryt Pw, firmy PEDMO Tychy.

Warunki przeprowadzenia prób badania pokryć: temperatura ciekłego metalu (miedzi) przed zalaniem kokili – 1180 – 12000C, temperatura kokili przed zalaniem odlewu testowego – 320÷3500C, grubość pokrycia naniesionego na kokilę –40-50 µm, ciężar wykonywanego odlewu wraz z układem wlewowym 2,9 kg.

Rys.3. Kokila po zalaniu metalem w czasie rejestracji temperatur kokili i odlewu.

Rys. 4. Kokila po ostygnięciu i wybiciu odlewu testowego.

Rys. 5. Przykładowy wykresy zmian temperatury w różnych punktach kokili oraz odlewu, rejestrowane podczas próby testowej, badane pokrycie nr 2.

Podsumowanie i wnioski W ramach zrealizowanych prac dotyczących pokryć przeprowadzono analizę zagadnień związanych z teorią i praktyką ich stosowania dla różnych technologii. Przedstawiono wyniki prac dotyczących doboru optymalnych pokryć do wykonywania odlewów z miedzi, metodą odlewania kokilowego. W celu przeprowadzenia badań opracowano konstrukcję i wykonano kokilę przeznaczoną do badania pokryć w wyniku wykonywania odlewów testowych. Opracowano metodę oraz warunki badania pokryć na kokile, a następnie wykonano badania wytypowanych czterech pokryć.

W wyniku przeprowadzonych badań wykonywania odlewów testowych z zastosowanymi pokryciami, z pośród czterech badanych wybrano trzy to jest: ADVANZ A60, Argentol 824 oraz Bone ASH 325, otrzymano odlewy o dobrej jakości powierzchni. Na podstawie otrzymanych wyników badań przebiegu zmian temperatur w kokili i odlewie w czasie zalewania i stygnięcia stwierdzono, że jakość badanych trzech wymienionych pokryć była porównywalna, nieco lepsze wyniki uzyskano dla pokryć nr 1 i 3. O ostatecznym doborze pokrycia powinny zadecydować wyniki badań przemysłowych.

Dziękuję za uwagę 