TE1 slévání 1 /u12133 Ing. Aleš HERMAN, Ph.D.
Obsah přednášek: 1. Teoretická příprava, fyzikální, chemické a další aspekty technologie slévání 2. Vybrané metody výroby forem a odlévání, slitiny neželezných kovů 3. Litiny a oceli
Obsah 1. přednášky: Tavitelnost, tekutost a zabíhavost slévárenských slitin Interakce tekutých kovů s formou a plyny, odměšování Objemové změny při chladnutí a tuhnutí Vznik staženin, pnutí a deformací Vznik trhlin, prasklin Tuhnutí odlitků, zásady nálitkování, stanovení velikosti nálitků Zásady konstrukce odlitků Konstrukce a výpočet vtokových soustav
Vlastnosti odlévaných kovů a slitin: fyzikální stavba hmoty (hustota, měrné teplo, T T, skupenské teplo, tep. a el. vodivost, teplotní roztažnost) chemické odolnost proti určitému prostředí (korozní, atmosféra, vyzdívka pece, ) mechanické pevnost v tahu, tlaku, střihu, ohybu, tažnost, tvrdost, mez únavy, slévárenské slévatelnost schopnost tvořit zdravý odlitek bez vad
Slévárenské vlastnosti: tavitelnost tekutost zabíhavost interakce s formou rozpustnost plynů objemové změny odměšování oddělování různých chemických složek slitiny při tuhnutí nehomogenita dendritické (mezikrystalické) pásmové (vrstevnaté, makroskopické)
Slévárenské vlastnosti závisí na: vlastnostech slitiny chemické složení, obsah nečistot, T L a T S, fyz. vlastnosti atd. vlastnostech formy pevnost, prodyšnost, zrnitost FS, fyzikální vlastnosti atd. vlastnostech prostředí podmínkách lití a chladnutí podmínkách styku kovu s formou konstrukci odlitku
Tavitelnost Schopnost kovů a slitin přecházet z tuhého do kapalného skupenství, tvořit homogenní taveniny, udržet si dané chemické složení a dosáhnout požadovaný stupeň čistoty. Tavitelnost hodnotíme podle: vysoká: (Fe, Ni) Ti teploty tavení střední: (Mg, Al) Cu nízká: Zn, Pb, Sn spotřeby tepla k natavení pohlcování a rozpouštění plynů oxidace reakce s pecní vyzdívkou odpařování složek odměšování složek tvoření vměstků Slitina Licí teplota C Slitina titanu 1850 2000 Uhlíkové oceli 1500 1600 Legované oceli 1450 1700 Bílá litina 1300 1400 Šedá litina 1250 1350 Slitiny mědi 950 1250 Slitiny hliníku 680 750
Tepelné vlastnosti vybraných materiálů
Tekutost vnitřní tření (převrácená hodnota viskozity) závisí také na obsahu vměstků a rozpuštěných plynů Meze tekutosti v rovnovážném diagramu
Zabíhavost Zabíhavost je vlastnost měřená při plnění forem - schopnost roztaveného kovu vyplňovat co nejdokonaleji slévárenskou formu. Závisí na poměru rychlosti pohybu slitiny k rychlosti jejího chladnutí. Zabíhavost je dána: fyzikálními vlastnostmi kovu: (hustota, tep. kapacita, skupenské teplo tání, viskozita, povrchové napětí, ) chemickým složením (intervalové tuhnutí) naplyněním, oxidickými blanami a dalšími vměstky teplosměnnou plochou licí teplotou rychlostí proudění (tlakem) materiálem a vlastnostmi formy (teplota, odvod tepla, tep. kapacita, drsnost, )
Zkoušky zabíhavosti Curryho zkouška zabíhavosti: Zkouška zabíhavosti dle ČSN: Zabíhavost slitin Fe C:
Interakce taveniny s formou Vzájemné působení zahrnuje: mechanické namáhání formy tlakem a dynamickým účinkem taveniny erozivní působení taveniny na formu pronikání taveniny do formovacího materiálu tepelné působení taveniny na formu chemické reakce mezi slitinou a formou pronikání plynů z formy do kovu Tlak na formu p = h. ρ. g Teploty tavení (měknutí) ostřiv formovacích směsí Látka Teplota tavení (měknutí) C Živec 1150 1180 Zapékání: mechanické Přírodní křemenný písek 1200 1600 Šamot 1500 1600 Magnezit 1600 2200 tepelné smáčivá forma nesmáčivá forma indiferentní forma Korund 1800 1900 Zirkon 2200 2300 Grafit 2300 2500
Sklon k zachycování plynů plyny rozpuštěné plyny vázané na rozpustné sloučeniny (křehké fáze) plyny vázané na nerozpustné sloučeniny (vměstky) příčina vzniku bublin exogenní zachycené při lití nebo z formy endogenní poklesem rozpustnosti Opatření: vsázka bez vlhkosti, mastnoty, rzi, nátěrů atd. omezit přístup vzduchu a spalin k hladině vázat plyny metalurgickými procesy (přísady či probublání) tavit co nejrychleji, bez víření, minimálně přehřívat tavit ve vakuu či vakuovat v autoklávu zajistit vysoký tlak při tuhnutí
Vznik staženin a smrštění: pokles hladiny Q staženina Q forma odlitek Q ztuhlá vrstva za časový interval Q tepelná osa smrštění
Objemové změny během ochlazování tekuté fáze, tuhnutí a chladnutí a) α VL Součinitel objemového smrštění tekuté fáze b) α VK Součinitel objemového smrštění tuhé fáze c)
Objemové změny během chladnutí a tuhnutí
Objemové změny oceli a grafitizující litiny při chladnutí
Objemové změny oceli a grafitizující litiny při chladnutí
Kompenzace stahování: Tepelné uzly (tepelné osy) místa, která tuhnou jako poslední, ve kterých hrozí vznik staženin. dosazování zajištění vyrovnání objemových změn v tepelných uzlech nálitek technologický přídavek = zásobárna tekutého kovu pro dosazování nálitkování návrh typu a umístění nálitků
Nálitek = zásobárna tekutého kovu vyrovnává objemové změny během chladnutí a tuhnutí kovu zajišťuje výslednou kvalitu odlitku z hlediska vnitřních vad způsobených obj. změnami
Podmínky správné funkce: doba tuhnutí nálitku delší než doba tuhnutí odlitku objem nálitku musí být větší než objem staženiny; do skončení tuhnutí odlitku musí zbýt zásoba tekutého kovu v nálitku musí být umožněno proudění kovu z nálitku do odlitku - odlitek musí tuhnout usměrněně, tj. od nejvzdálenějších míst k nálitkům, které mají být připojeny k nejvýše položeným částem odlitku.
Podle umístění ve formě: otevřené uzavřené Podle polohy vzhledem k vtokové soustavě: přilehlé polopřilehlé odlehlé Podle polohy k odlitku: Přímé (čelní) boční Podle tepelného ošetření: zasypané izolačně zasypané exotermicky izolované exotermické Podle tvaru: kruhové oválné eliptické ledvinovité Podle tlaku: podtlakové atmosférické přetlakové Typy nálitků:
Pnutí a deformace v odlitcích: smršťování volné lineární rozměry se zmenší ve všech směrech smršťování brzděné mechanicky odpor formy či jádra proti volnému smršťování smršťování brzděné tepelně rozdílná rychlost tuhnutí a chladnutí různých částí odlitku pnutí deformace poruchy celistvosti (trhliny, praskliny)
Vnější Pnutí v odlitcích Vnitřní Tepelné Transformační Dočasné Zbytkové Dočasné Zbytkové Dočasné Zbytkové Vady vyvolané napětím: deformace vyvolány tepelným pnutím v oblasti pružných deformací trhliny poruchy souvislosti odlitků, které se začínají tvořit nad teplotou solidu, tj. za vysokých teplot, působením tahových tepelných napětí po překročení meze pevnosti. Vznikají v místech nejmenší pevnosti, mají mezikrystalický (interkrystalický) průběh, drsný zoxidovaný povrch Sklon ke vzniku trhlin zvyšují: velké hodnoty meze pružnosti velké hodnoty součinitele teplotní roztažnosti velké teplotní rozdíly v odlitku velké odpory proti smršťování odlitku nečistoty po hranicích zrn praskliny poruchy souvislosti odlitku vznikající za nízkých teplot v oblasti převážně pružných deformací, k jejich vzniku jsou náchylné křehké slitiny, mají transkrystalický průběh, čistý povrch
Tepelně brzděné smršťování
Mříže tuhá konstrukce malé deformace velká pnutí
Další příklady
Odlitek typu RÁM - výztuhy:
Napojení tvarů:
Pnutí a deformace vnesené smrštěním:
Kombinace jevů rozdílné tloušťky a brzděné smrštění:
Náhrada šikmým tvarem:
Vtoková soustava: Systém kanálků pro přivedení tekutého kovu do dutiny formy. rozvod taveniny a její efektivní distribuce podpora usměrněného tuhnutí odloučení strusky a ev. nečistot Před návrhem VS musí být zajištěno: usměrněné tuhnutí co nejjednodušší model a co nejmenší počet jader jádra ve spodní polovině formy plochy odlitku s vysokými nároky na kvalitu a tenké stěny ve spodní části formy v šikmé či svislé poloze dělící plocha rovná, ne lomená
Výpočet vtokové soustavy: Nejčastěji dle Dieterta: t L optimální doba lití m s surová hmotnost odlitku s součinitel tloušťky stěny
Výpočet vtokové soustavy: následuje stanovení a výpočet řídicího průřezu (nejčastěji zářezy) za dobu t L musí přivést taveninu o objemu: V O = m S /ρ T rychlost v řídicím průřezu: celková plocha řídicího průřezu: kde účinná výška vtokové soustavy je: ρ T hustota taveniny ocel 7000 kg.m -3 litiny 6500 kg.m -3 slitiny Al 2300 kg.m -3 slitiny Cu 8200 kg.m -3 μ součinitel odporu vtokové soustavy pro složité soustavy μ = 0,3 pro běžné soustavy μ = 0,5 pro vrchní vtok μ = 0,8 h výška jamky nad rovinou zářezů p... výška odlitku nad osou zářezů c celková výška odlitku
Výpočet vtokové soustavy: následně se vypočtou ostatní průřezy vtokové soustavy: S K : S S : ns Z = 1,4 : 1,2 : 1 S K : S S : ns Z = 1 : 1 : 1 S K : S S : ns Z = 1,8 : 2 : 1 (1 : 2 : 4) S K : S S : ns Z = 1,7 : 1,5 : 1 pro litinu pro ocel pro slitiny Al pro slitiny Cu S K průřez licího kůlu S S součet průřezů rozváděcích kanálů (struskováků) ns Z součet průřezů zářezů z průřezů se vypočítají rozměry (a x b, resp. Ød) opět dle typu kanálu a materiálu
Děkuji za pozornost.
Minitest A 1. Definujte co to je zabíhavost slévárenské slitiny 2. Jak vzniká trhlina v odlitku? B 1. Definujte co to je tekutost slévárenské slitiny 2. Jak vzniká prasklina v odlitku? NEZAPOMEŇTE NA JMÉNO