Praktické poznatky z využití lisovaných filtrů Pyral 15 při filtraci hliníkových odlitků P.Procházka, Keramtech s.r.o. Žacléř M.Grzinčič, Nemak Slovakia s.r.o., Žiar nad Hronom
Lisovaný keramický filtr Pyral 15 Obr. 1 - lisovaný keramický filtr Pyral 15, typové označení 0825/20/H15, rozměr 55x55 mm, výška 20 mm, pr. otvorů 2,0 mm, počet otvorů 389, průtočná plochy 50%, účinná povrchová plocha 505 cm2 Obr. 2 - lisovaný keramický filtr Pyral 15, typ 0825/20/H15
Přednosti filtru Pyral 15 - Nízká tepelná kapacita snižuje ochlazování taveniny při průchodu filtrem - Nízká měrná hmotnost (1,4 gr/cm2) - Vysoká porezita povrchu - Přesně definovaná průtočná plocha - Přesné vnější rozměry - Velká účinná plocha (505 cm2 pro rozměr 55x55x20 mm)
Poznatky z experimentálních prací na VŠB Ostrava Odlitky byly odlévány ze slitiny Al-Si, chem. Složení slitině EN AC-AlSi10Mg viz Tab.3 : Chemické složení [% hm.] Si Fe Cu Mn Mg Ni Zn Pb Sn 9,0-11,0 0,55 0,05 0,45 0,20-0,45 0,05 0,10 0,05 0,05 Přehled použitých filtrů: Pěnové filtry ppi- póry na délkový palec Rozměry (mm) LD 10 10 50* 50* 22 LD 20 20 50* 50* 22 Tab. 1 filtry fy Láník Boskovice Lisované filtry Počet otvorů Průměr otvorů D (mm) Celková plocha otvorů (mm 2 ) Průtočná plocha (%) Rozměry (mm) 0743/15 314 2,2 1194 57,6 50* 50 *15 0740/6 247 2,2 939 45,6 50* 50* 6 0825/20/H15 389 2,0 1222 49,7 55 *55* 20 Tab. 2 filtry fy Keramtech Žacléř Obr. 3 Schema odlitků a vtokového systému ve formě 3D zobrazení
Metalografický rozbor Lití bez filtru Obr. 4: Výsledná struktura při lití bez filtru, tavba 1 Obr. 5: Výsledná struktura při lití bez filtru, tavba 2 Na obr.4 je vidět hliníková slitina s jehlicemi křemíku. Slitina vykazovala homogenní strukturu bez zřetelných vnitřních vad. Výsledná struktura při lití bez filtru má hrubozrnnou strukturu. Navíc jehlice křemíku jsou velmi chaoticky rozmístěny (obr. 5).
Metalografický rozbor Lití s pěnovými filtry Obr. 6: Výsledná struktura při lití s filtrem LD10 Obr. 7: Výsledná struktura při lití s filtrem LD20 Struktury mají ve srovnání s litím bez filtru výrazně jemnozrnnější strukturu, což je vidět na obrázku 6 a 7. Na obrázku 6 je vidět výsledná struktura při lítí s filtrem LD10 a na obrázku 7 můžeme sledovat výslednou strukturu při lití s filtrem LD20.
Lití s lisovanými filtry Metalografický rozbor 2x zvětšeno! Obr. 8: Výsledná struktura při lití s filtrem 0740/6 Obr. 9: Výsledná struktura při lití s filtrem 0825/20/H 15 Na obrázku 8 a 9 můžeme taktéž vidět jemnozrnnější strukturu při srovnání s litím bez filtru. Orientace jehlic křemíku zde nebyla nijak patrná.
Test průtočnosti filtrů Typ filtru Průměrné hodnoty (s) 22 Test průtočnosti filtrů 1. Pěnový LD15 18,92 2. Pěnový LD20 19,90 3. Lisovaný 0743/15 18,18 4. Lisovaný 0743/7,5 18,30 5. Lisovaný 0743/10 18,30 6. Lisovaný 0825/20 20,24 Doba průtoku (s) 21 20 19 18 17 1 2 3 4 5 6 7 7. Lisovaný 0740/6 20,22 Druh filtru - Nejvyšší průtočnost vykazují filtry typ 0743, jeho průtočná plocha je 57%, pr. otvorů 2,2 mm - Nejnižší průtočnost vykazují filtry 0740 a 0825. Filtr 0740 má v porovnání s filtrem 0743 průtočnou plochu nižší o 25%, filtr 0825 má průtočnou plochu nižší 10%, a zároveň i menší otvory (2,0 mm proti 2,2 mm). - Pěnové filtry mají střední, resp. nižší průtočnost, v závislosti na jejich hustotě PPI - Z průtočných časů různých výšek filtru 0743 lze zkonstatovat, že výška filtru nemá podstatný vliv na jeho průtočnost filtr - Dle názoru Bc. Švandové, jsou nižší hodnoty průtočnosti lepší z důvodu pomalejšího proudění kovu přes filtr, při kterém se ve filtru zachytí více nečistot.
Porovnání laminárnosti proudění kapaliny při průchodu filtrem Obr.11 : pěnový filtr LD20 Obr.12 : lisovaný filtr 0740/6 Obr.13 : lisovaný filtr 0825/20 H15 Obr. 11 - proud vody po průchodu pěnovým filtrem se dělí do několika menších proudů, vznikají víry a turbulence Obr. 12 - proud vody po průchodu lisovaným filtrem 0740/6 - proud vykazuje rovnoměrnost a laminárnost Obr. 13 - proud vody po průchodu lisovaným filtrem 0825/20/H 15 - proud vykazuje rovnoměrnost a laminárnost. Z hlediska možné reoxidace taveniny je výhodnější proudění vykazující co největší laminárnost, proto se jako vhodnější jeví filtry lisované.
Zkušenosti fy Nemak Sk s používáním filtrů Pyral 15 Obr. 14 Hlava válců typ I Obr. 15 Hlava válců typ II
Ukázky umístění filtrů Pyral 15 ve vtokovém systému kokily Obr. 16 Odlitek typ I horizontální umístění, filtr pod vtokovým kůlem, filtr Pyral15 55x55x20 mm Obr. 17 Odlitek typ II - vertikální umístění, filtr v rozváděcím kanále, filtr Pyral15 55x35x20 mm
Poznatky z používání filtrů v Nemak Sk Důležitým parametrem při aplikaci filtrů Keramtech byla měrná tepelná kapacita materiálu filtru filtr nesmí významně ovlivnit svým designem čas plnění dutiny formy, ale i svými termofyzikálními vlastnostmi. Zkoušky s filtry jiných výrobců lisovaných filtrů vykazovaly problémy právě v této oblasti. Je žádoucí využít maximum plochy filtru a to se řeší trychtýřovým napojením průřezu kanálu na filtr a v některých případech to lze řešit i zmenšením filtru, jak dokumentuje ukázka obr 16. Rohy filtrů nesmí být ostré, aby se preventivně předcházelo tvorbě úlomků z materiálu filtrů při zavírání pohyblivých částí kokily. Tyto úlomky mohou tvořit zcela nežádoucí vměstky při použití jednotného vratu u produktů nefiltrovaných. Pěnové filtry vzhledem k charakteru výroby nezaručují stabilní průtočné množství jako lisované. Zkoušky s filtry pěnovými vykazovaly problémy právě v této oblasti. Osobní názor (Dr. Marko Grzinčič) : v případě Nemak Sk je filtrační funkce filtru sice důležitý, ale sekundární efekt. Filtr má zásadní funkci při ovlivnění plnění kanálů vtokového systému co do charakteru proudění (nemluvíme vzhledem k rychlostem o laminárním!) a ovlivňuje plnění vtokového systému i před filtrem slouží vlastně jako klasický řídící průřez (choke).
Statistické hodnocení vady Oxidické vměstky v období VIII/ 08 VII/ 11 Odlitek typ I % Implementace pěnových filtrů (od začátku projektu) 0,56 0,51 Implementace keramických lisovaných filtrů Pyral15 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 2009 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 2010 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 2011 0,29 0,38 0,25 0,16 0,14 0,08 0,09 0,05 0,01 0,22 0,04 0,08 0,03 0,01 0,04 0,04 0,04 0,04 0,09 0,17 0,07 0,04 0,06 0,04 0,03 0,03 0,03 0,01 0,03 0,04 0,03 % = procentuální výskyt vady odlitků vztažený na odlité množství
Statistické hodnocení vady Oxidické vměstky v období VIII/ 08 VII/ 11 Odlitek typ II % Implementace pěnových filtrů KIA U 2A200 Implementace lisovaných filtrů Pyral15 Úprava struskového kanálu 2,78 2,50 Přídavek na opracování 3mm Přídavek na opracování 5 mm Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 2008 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 2009 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 2010 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug 0,07 0,21 1,03 0,63 0,06 0,07 0,41 0,52 0,37 0,36 0,15 0,32 0,30 0,33 0,25 0,35 0,39 0,25 0,20 0,26 0,77 0,60 0,50 0,46 0,39 0,62 0,31 0,19 0,26 0,20 0,24 0,13 Je zřejmé, že pouhá aplikace filtru není posvátným řešením odstraňujícím problém. Filtry je žádoucí vnímat jako součást mozaiky faktorů, které mohou slévárně pomoci problém řešit. V tomto konkrétním případě došlo jen k mírnému zlepšení proti pěnovým filtrům při hodnocení vměstků na opracovaných plochách, ALE došlo k zlepšení celkové vnitřní homogenity analyzované na CT (computer tomography) a efekt se projevil zvýšením mechanických hodnot tahové zkoušky vzorků předepsaných zákazníkem.
Závěrečné shrnutí Z výše uvedených poznatků a zkušeností je patrné, že nasazení filtrů při odlévání hliníkových odlitků má své opodstatnění a může příznivě ovlivnit jak kvalitu odlitků, tak i celkovou neshodnost a ekonomiku provozu. Výběr vhodného filtru a jeho umístění do vtokového systému je ovlivněn mnoha okolnostmi a je nutné hledat optimální řešení pro každou danou aplikaci. Nelze proto jednoznačně stanovit univerzální filtrační technologii ani typ filtru, pouze doporučit určitá řešení. Z výše uvedených poznatků lze zkonstatovat, že keramický lisovaný filtr PYRAL 15 je vhodným a účinným pomocníkem pro výrobu kvalitních odlitků.
Děkuji Vám za pozornost