{' '} {' '}
Limited time offer
SAVE % on your upgrade.

Page 26

5 4 . S L É VÁ R EN SK É D N Y – V Y B R A N É P Ř ED N Á ŠK Y

M . B r ů n a – D. B o l i b r u c h o v á – R . P a s t i r č á k

A n a l ý z a r e ox i d a č ný c h p r o c e s o v v o v to ko v e j s ú s t a v e p r i o d l i e v a n í A l z l i a t i n

Analýza reoxidačných procesov vo vtokovej sústave pri odlievaní Al zliatin Analysis of reoxidation processes in gating system within casting of Al alloys 669.715 : 621.746.4 : 66.094.3 Al alloys— gating and riser systems— oxidation

This paper deals with the analysis of reoxidation processes for the casting mainly of aluminum alloys by using the QuikCA ST numerical simulation program. The aim is to visualize and clarif y what phenomena is taking place during filling the gating system and mould cavit y with the help of new theoretical knowledge and numerical simulation. The aim of the paper is also to clarif y the emergence of the so called bifilms and describe their impac t on the resulting casting qualit y.

Ing. Marek Brůna, PhD. marek.bruna@fstroj.uniza.sk

prof. Ing. Dana Bolibruchová, PhD. danka.bolibruchova@fstroj.uniza.sk

doc. Ing. Richard Pastirčák, PhD. richard.pastircak@fstroj.uniza.sk Žilinská univerzita v Žiline, Strojnícka fakulta, Katedra technologického inžinierstva, Slovenská republika University of Žilina, Faculty of Mechanical En g i n e e r i n g , D e p a r t m e n t o f Te c h n o l o g i c a l Engineering

300

S l é vá re ns t v í . L X V . z á ř í – ř í j e n 2017 . 9 –10

Ú vo d Potreba obmedziť konvenčné gravitačné odlievanie kovov je s nárastom podielu náročných odliatkov stále aktuálnejšia. Rozšírené bežné gravitačné odlievanie je možno považovať za jednu z hlavných príčin vzniku reoxidačných procesov zodpovedných za vznik bifilmov. Pojem bifilm definoval profesor John Campbell a tento fenomén považuje za iniciátora väčšiny závažných zlievarenských chýb vrátane pórovitosti, trhlín, prasklín, poklesu mechanických vlastností atď. Rovnako ako mriežková dislokácia vysvetľuje plasticitu, tak prítomnosť bifilmov môže vysvetľovať nukleáciu pórov a trhlín. Pokiaľ bude tradičné, bežne zaužívané gravitačné odlievanie nahradené (prípadne aspoň kvalitne kontrolované) proti-gravitačným odlievaním, výsledkom zlievarenských procesov a  rutinných operácií budú kvalitné a spoľahlivé odliatky. Podľa profesora Campbela [1] je zjednodušením a optimalizáciou zlievarenských procesov (proces odlievania, návrh formy a vtokovej sústavy atď.) možné vyrábať odliatky, kde v  niektorých prípadoch môže byť zníženie chýb až na tisíciny %. Z hľadiska zlievarenského priemyslu by sa jednalo o revolučnú zmenu. V súčasnosti sú v  celosvetovom meradle tieto fakty prehliadané. Existujú však priame dôkazy, ktoré poukazujú na to, že po odstránení prítomnosti bifilmov v tuhnúcom kove z hliníkových a niklových zliatin sa kvalita odliatkov výrazne zvýšila. V  mnohých vedeckých publikáciách sa často nachádzajú skreslené a nesprávne názory vysvetľujúce mechanizmus vzniku zlievarenských chýb. Správnu odpoveď pritom možno považovať za zavádzajúco jednoduchú, ale zároveň revolučnú. Základným predpokladom a  faktom je prítomnosť povrchovej oxidickej blany na hladine taveniny. Strhávanie povrchovej oxidickej blany spôsobuje jej zvinutie a ponorenie do vnútorného objemu za vzniku (1) bubliny obalenej oxidickou blanou, alebo (2) prázdnej, zvinutej blany, v ktorej dochádza ku kontaktu dvoch nezmáčavých plôch oxidickej vrstvy (spojenie na rozhraní nie je dokonalé). Schématické znázornenie gravitačného, turbulentného plnenia formy je na obr. 1. Produktom tohto spôsobu plnenia je tzv. bifilm, ktorý svojím charakterom môže predstavovať nukleačné miesto zlievarenských chýb. Je teda možno konštatovať, že turbulentné odlievanie kovov zapríčiňuje kontamináciu taveniny veľkým množstvom iniciátorov chýb rôznych veľkostí a charakteru. To vysvetľuje, prečo sa pri bežnom gravitačnom odlievaní dosahujú priemerné a často neopakovateľné výsledky z hľadiska kvality odliatkov. Turbulentný charakter prúdenia spôsobuje, že vzniknutý bifilm zaujme kompaktný tvar. Tento skrútený a zvinutý tvar pôsobí ako iniciátor trhlín a je to jav špecifický pre oblasť odlievania kovov. Bifilmy v kompaktnej forme sa bez väčších problémov vedia dopraviť cez celú vtokovú sústavu až do dutiny budúceho odliatku. Prekážkou v zvinutom tvare im nie je ani filtračné médium. V momente, keď sa nachádzajú v priestore odliatku a  dochádza k  naplneniu dutiny formy, turbulentný charakter prúdenia ustupuje a bifilmy sa nachádzajú v relatívne pokojnom prostredí. V tomto okamihu začnú nadobúdať svoj pôvodný tvar, tzn. rozvinú sa do väčších rozmerov a tým sa stávajú nukleačným miestom pre zlievarenské chyby. Pokiaľ je v  tekutom roztoku taveniny prítomný plyn (príp. nastávajú priaznivé podmienky pre zmrašťovanie), vplyvom ktorého dochádza k miestnemu poklesu tlaku, rozvíjanie bifilmov môže byť sprevádzané ich „nafukovaním“. Pomocou popísaného fenoménu je možné vysvetliť mechanizmus vzniku pórovitosti, trhlín, prasklín a poklesu mechanických vlastností. Všetky spomenuté chyby môžu byť eliminované pri

Profile for INA SPORT spol. s r.o.

Slevarenstvi 9-10 2017  

Slevarenstvi 9-10 2017  

Profile for inasport