Odlewnictwo Współczesne - Polska i Świat

ODLEWNICTWO WSPÓŁCZESNE POLSKA I ŚWIAT MODERN FOUNDRY POLAND AND THE WORLD

1/2010 ISSN 1898-7257

Ocena możliwości wykorzystania techniki szybkiego prototypowania w odlewnictwie oraz opracowanie założeń i wykonanie serii modeli i odlewów artystycznych 1

Wstrząśnięci do głębi ogromem tragedii, która niespodziewanie pozbawiła życia Prezydenta Rzeczypospolitej Polskiej Pana Lecha Kaczyńskiego i Jego Małżonkę Marię oraz towarzyszące Im Osoby w imieniu całego polskiego środowiska odlewniczego reprezentowanego przez Instytut Odlewnictwa w Krakowie, Stowarzyszenie Techniczne Odlewników Polskich Odlewniczą Izbę Gospodarczą oraz Wydział Odlewnictwa Akademii Górniczo-Hutniczej składamy z głębi serca płynące wyrazy współczucia Rodzinom tragicznie Zmarłych pozostawiając Ich w wiecznej nieodżałowanej pamięci.

Jerzy Józef Sobczak – Dyrektor Instytutu Odlewnictwa w Krakowie Józef Szczepan Suchy – Dziekan Wydziału Odlewnictwa Maciej Asłanowicz – Prezes Stowarzyszenia Technicznego Odlewników Polskich Andrzej Ryba – Prezes Odlewniczej Izby Gospodarczej

Kwartalnik naukowo-techniczny Rocznik 3, nr 1/2010

BADANIA I STUDIA

STUDIES AND RESEARCH

Jacek Krokosz, Stanisław Młodnicki, Andrzej Gil, Aleksander Karwiński, Rafał Pabiś, Ryszard Ćwiklak: Ocena możliwości wykorzystania techniki szybkiego prototypowania w odlewnictwie oraz opracowanie założeń i wykonanie serii modeli i odlewów artystycznych................. 3

Jacek Krokosz, Stanisław Młodnicki, Andrzej Gil, Aleksander Karwiński, Rafał Pabiś, Ryszard Ćwiklak: An assessment of the possibilities to use the rapid prototyping technique in foundry industry with development of guidelines and making a series of patterns and art castings................................................. 3

INFORMACJA NA

SCIENTIFIC INFORMATION

NAUKOWO-TECHNICZ-

AND

TECHNICAL

Wybór informacji z czasopism naukowo-technicznych............................................... 14

A choice of information from the scientific and technical journals................................... 14

SZKOLENIA – KONFERENCJE – SEMINARIA – SPOTKANIA

TRAINING – CONFERENCES SEMINARS – MEETINGS

Zebranie Plenarne Komitetu Nauki o Materiałach Polskiej Akademii Nauk.................... 37

Plenary Meeting of the Committee on Materials Science of the Polish Academy of Sciences........................................................ 37

Spotkanie Członków Zarządu European Investment Casters‘ Federation........................ 37

–

Meeting of Board Members of the European Investment Casters‘ Federation................... 37

Sympozjum nr 2 - Pancermet.................. 38

Symposium No. 2 - Pancermet................. 38

Z HISTORII ODLEWNICTWA

FROM THE HISTORY OF FOUNDING

Jacek Krokosz, Rafał Pabiś, Mieczysław Kowalski: Badania składu chemicznego dzwonów w kościele parafialnym pod wezwaniem Św. Jana Chrzciciela w Dobczycach........... 40

Jacek Krokosz, Rafał Pabiś, Mieczysław Kowalski: Chemical analysis of bells in St. John the Baptist Parish Church at Dobczyce........... 40

PUBLIKACJE

PUBLICATIONS

Wydawnictwa........................................ 47

Publications.......................................... 47

Zapowiedzi wydawnicze.......................... 47

Publishing announcements...................... 47

1

Wydawca: INSTYTUT ODLEWNICTWA w Krakowie

REDAKTOR NACZELNY: Andrzej BALIŃSKI

ZESPÓŁ REDAKCYJNY: Jerzy J. SOBCZAK, Jerzy TYBULCZUK, Joanna MADEJ, Marta KONIECZNA, Patrycja RUMIŃSKA RADA PROGRAMOWA: Zbigniew RONDUDA (Przewodniczący), Mariusz HOLTZER (Z-ca Przewodniczącego), Tadeusz BOGACZ, Józef DAŃKO, Zbigniew GÓRNY, Adam TABOR, Andrzej JOPKIEWICZ, Janusz MIKLASZEWSKI, Mariusz URBANOWICZ

ADRES REDAKCJI: „Odlewnictwo Współczesne – Polska i Świat” 30-418 Kraków, ul. Zakopiańska 73 tel. (012) 26-18-381, fax. (012) 26-60-870 http://www.iod.krakow.pl e-mail: jmadej@iod.krakow.pl

WSZELKIE PRAWA ZASTRZEŻONE Żadna część czasopisma nie może być powielana czy rozpowszechniana bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich.

Printed in Poland ISSN 1898-7257

2

Badania i studia

Ocena możliwości wykorzystania techniki szybkiego prototypowania w odlewnictwie oraz opracowanie założeń i wykonanie serii modeli i odlewów artystycznych Jacek Krokosz*, Stanisław Młodnicki*, Andrzej Gil*, Aleksander Karwiński*, Rafał Pabiś*, Ryszard Ćwiklak* *Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

1. Wybór wzorów serii płaskorzeźb i obiektów muzealnych oraz wykonanie projektów graficznych

Opracowano założenia do technologii wykonywania odlewów: w pierwszym przypadku z zastosowaniem technik szybkiego prototypowania, w drugim specjalnych odlewów charakteryzujących się skomplikowanym kształtem, doskonałą jakością odwzorowania modelu oraz tworzywem metalowym (stopy metali reaktywnych).

W przypadku wykonywania jednostkowych odlewów zarówno przy zastosowaniu technik szybkiego prototypowania, jak i technologii specjalnych opracowanie technologii wytwarzania wymaga indywidualnego podejścia do każdego przypadku. Każdorazowo należy określić także podstawowe parametry technologiczne.

Tylko indywidulne podejście do opracowania optymalnego wariantu technologicznego zapewnia uzyskanie założonych właściwości odlewu.

Celem wykonania projektów graficznych obiektów muzealnych dokonano wstępnego wyboru następujących elementów przedstawionych na rysunkach 1-5.

Rys. 1. Herb umieszczony na biurku I Prezydenta Miasta Podgórza i projekt graficzny (własność Muzeum Pogórza)

Celem prowadzonych badań było określenie przydatności materiałów głównie dla odlewnictwa artystycznego, wykazanie zalet metod RP i, w przypadku pozytywnych wyników, opracowanie metodyki badań dla przyszłych opracowań technologicznych.

Rys. 2. Głowa - „rzygacz” rynnowy, oryginał i projekt graficzny (własność Muzeum PTTK w Dobczycach)

3

Odlewnictwo Współczesne

Rys. 6. Perseusz z głową Meduzy (odlew) i projekt graficzny

Do dalszych prób wybrano Herb (rys. 1) i figurkę Perseusza (rys. 6).

Rys. 3. Medal Galicyjskiego Towarzystwa Gospodarczego, na odlewie widoczne markery po skanowaniu 3D

2. Skanowanie 3D modeli płaskorzeźb i modeli muzealnych Prace prowadzone w roku 2008, a w szczególności zorganizowane w dniu 18 listopada seminarium pod tytułem „Wirtualne Muzeum” pozwoliło na nawiązanie kontaktów z przedstawicielami muzeów.

Wynikiem tego było zaproszenie Instytutu do wzięcia udziału w realizacji tematu finansowanego przez Urząd Miasta Krakowa pt. „Droga Królewska dla niewidomych i niedowidzących”. Jeden z przedstawicieli Muzeum Historycznego Miasta Krakowa zaproponował, aby w miejsce długotrwałej i uciążliwej pracy nad budową makiet zastosować skanowanie 3D już istniejących makiet. Propozycję wykorzystano co przedstawiają rysunki 7−9.

Rys. 4. Mury obronne z Barbakanem, makieta i projekt graficzny

Rys. 7. Przyklejanie markerów na makietę w Muzeum Historycznego Miasta Krakowa w celu skanowania 3D

Rys. 5. Ptak – wróbel, odlew powiększony w skali 3, model i projekt graficzny

4

Odlewnictwo Współczesne

„Zdjęcie” negatywu herbu metodą klasyczną czyli za pomocą kauczuku silikonowego ze względu na unikalną wartość obiektu, jak również możliwość jego uszkodzenia (rozpuszczenie warstwy podłoża, zmiana koloru, nie wiązanie kauczuku itp.), nie było możliwe, w związku z tym zastosowano skanowanie przestrzenne 3D (rys. 10 b,c).

b)

a)

Rys. 8. Przykładowe skany 3D

c)

Rys. 9. Fragment skanu z makiety z Muzeum Historycznego Miasta Krakowa

Rys. 10. Digitalizacja herbu z biurka I Prezydenta Podgórza

Kolejnym elementem, który poddany został digitalizacji 3D był obiekt przedstawiony na rysunku 10a.

W tym roku mija 225 lat od chwili nadania praw miejskich dla Podgórza, obecnej dzielnicy Krakowa. Z tej okazji rada Dzielnicy Podgórze zwróciła się do Instytutu Odlewnictwa z prośbą o pomoc w odlaniu tablicy okolicznościowej oraz wykonanie serii 30 szt. okolicznościowych medali. Jednym z motywów na tablicy, a także na medalu był pierwotnie zachowany herb miasta Podgórza znajdujący się na biurku I Prezydenta Podgórza.

Tak przygotowany skan w postaci pliku zapisany jako herb.stl został przeskalowany na 1:1,2 (tablica okolicznościowa)rysunek 11. a)

5

Odlewnictwo Współczesne

-- LOM - Laminated Object Manufacturing

b)

Rys. 11. Gotowy skan 3D zapisany jako herb.stl (a) i odlew tablicy okolicznościowej (b)

Rys. 14. Przykładowe wykorzystanie modeli LOM w motoryzacji do wizualizacji medialnej prototypu (elementy karoserii, obręcz koła, kierownica)

3. Dobór techniki szybkiego prototypowania na podstawie badań właściwości stosowanych w nich materiałów

-- Urządzenie Vacuum Casting firmy MKTechnology -- Urządzenie do próżniowego odlewania w formach gipsowych

Od kilku lat Instytut Odlewnictwa w Krakowie posiada Centrum Szybkiego Prototypowania wyposażone w następujące urządzenia pokazane na rysunkach 12-18. Są to: -- RP FDM (Fused Deposition Modeling) Titan™ firmy Stratasys USA

Rys. 15. Urządzenie do próżniowego odlewania w formach gipsowych

-- Urządzenie do odlewania odśrodkowego z pionową osią obrotu do form elastycznych TEKCAST

Rys. 12. Urządzenie RP FDM

-- Solidscape - urządzenie do wykonywania precyzyjnych modeli z mieszanek woskowych - model T612BT

Rys. 16. Urządzenie do odlewania odśrodkowego TEKCAST wraz z piecem

Rys. 13. Drukarka woskowa 3D model T612BT produkcji firmy Solidscape

6

Odlewnictwo Współczesne

-- Urządzenia 3D Z-Corporation

printing

firmy

4. Dobór materiałów i wykonanie matryc z dostarczonych modeli W odlewnictwie artystycznym kauczuki silikonowe, charakteryzujące się między innymi dokładnym odtworzeniem kształtu i brakiem przyczepności do modeli, stosuje się głównie do wykonywania matryc dla skomplikowanych modeli woskowych odlewów artystycznych.

Właściwości tych tworzyw umożliwiają wykonanie matryc jednoczęściowych, w których dokonanie odpowiednich podziałów pozwala na łatwe ich rozbieranie i wyjmowanie modeli woskowych.

W przypadku wykonywania matryc z udziałem stałych modeli otrzymanych techniką szybkiego prototypowania, tworzywo silikonowe powinno charakteryzować się niską lepkością, wysoką wytrzymałością, dużym wydłużeniem oraz małą twardością i skurczem. Przy doborze rodzaju kauczuku należy kierować się indywidualnymi cechami odtwarzanego modelu i wzoru.

W ostatnich latach w Zakładzie Doświadczalnym Silikonów w Nowej Sarzynie uruchomiono produkcję kauczuków sieciujących bez ogrzewania, opartych na metylopolisiloksanach o wolnych grupach silanolowych. Produkowane w kilku gatunkach typu Polastosil i Gumosil, o różnych właściwościach użytkowych, wulkanizują w ciągu kilku do kilkudziesięciu godzin w temperaturze otoczenia, pod wpływem dodatku katalizatorów. Spośród nich wymienić można Polastosil M 33, M 56, Gumosil B, E, AD-1, WW czy K. W tabeli 1 przedstawiono podawaną przez producenta charakterystykę niektórych gatunków kauczuków silikonowych.

Analizując zamieszczone w niej informacje stwierdzić należy, że produkty te cechują zróżnicowane właściwości użytkowe. I tak np. wytrzymałość na rozciąganie waha się od 1,0 MPa dla kauczuku Gumosil E (nie podano w tabeli) do 8,0 MPa dla AD-1, a wydłużenie względne, będące miarą elastyczności wyrobu po usieciowaniu, od 100% dla Polastosilu M-56 do 650% dla AD-1.

Rys. 17. Drukarki 3D firmy Z-Corporation

-- Urządzenie MK-Technology

Rys. 18. Komora susząca w urządzeniu MK-Technology

Posiadane urządzenia są w pełni przydatne zarówno do tworzenia modeli odlewniczych z różnych materiałów (mieszanki woskowe różnego rodzaju, tworzywa sztuczne, a także papier termoutwardzalny), jak również posiadane rozwiązania technologiczne pozwalają na wykonanie różnego typu odlewów artystycznych.

W wyniku przeprowadzenia oceny możliwości technik szybkiego prototypowania stwierdzono, że: -- najszybszym rozwiązaniem, z wymienionych powyżej, do wykonania modeli jest technologia drukowania 3D - technika Z-Corporation, a następnie wykonanie matryc z kauczuków silikonowych w urządzeniu Vacuum Casting firmy MK-Technology oraz wykonanie form ceramicznych metodą MK-Technology. W tym rozwiązaniu całkowity czas od sporządzenia skanu 3D do wykonania formy i jej zalania stopem określono na ok. 15 godz.

7

Odlewnictwo Współczesne

Tabela 1. Charakterystyka niektórych gatunków kauczuków silikonowych

Nazwa wyrobu

Gęstość, g/cm3

Lepkość, mPa·s

Wytrzymałość na rozciąganie, MPa

Wydłużenie względne, %

Polastosil M 56

1,15

45 000

ok. 2,0

ok. 100

Gumosil B

1,10

20 000

ok.1,5

ok. 150

Gumosil WW

1,20

30 000

ok. 4,0

ok. 400

Gumosil T

1,20

25 000

ok. 3,0

ok. 150

Gumosil K

1,20

15 000

ok. 1,8

ok. 200

Gumosil AD-1

1,10

20 000

ok. 8,0

ok. 650

Również cena poszczególnych wyrobów jest bardzo zróżnicowana i wynosi w przybliżeniu od około 40 zł za kilogram dla Polastosilu M 56, poprzez około 75 zł i 90 zł odpowiednio dla Gumosilu T i Gumosilu WW. Kierując się powyższymi informacjami, do badań właściwości technologicznych wytypowano tworzywa kauczukowe produkcji krajowej przedstawione w tabeli 1. Z tych to tworzyw wykonano matryce (rys. 20).

4.1. Badania właściwości technologicznych wytypowanych tworzyw Dla wytypowanych do badań kauczuków silikonowych określano: -- lejność, -- twardość, -- skurcz liniowy.

Badaniom poddawano mieszaniny kauczuków z utwardzaczami firmowymi w proporcjach podawanych przez producenta.

Lejność – czas wypływu mieszaniny - mierzono kubkiem Forda nr 6 po 5 minutach od dokładnego wymieszania jej składników.

Twardość – mierzono twardościomierzem LTw „c". Zasada pomiaru polega na wciśnięciu wgłębnika kulkowego twardościomierza w powierzchnię badanej próbki o wymiarach 50 x 50 x 20 mm.

Skurcz liniowy – określano na próbkach 120 x 20 x 5 mm z odcinkiem pomiarowym 100 mm. Odczytów dokonywano przy użyciu mikroskopu warsztatowego.

Zarówno twardość, jak i skurcz liniowy określano po całkowitym usieciowaniu mieszanin, to jest po 24 godzinach od momentu ich sporządzenia.

Wyniki opisanych badań przedstawiono w tabeli 2.

Rys. 20. Perseusz z głową Meduzy – model i wykonana matryca

8

Odlewnictwo Współczesne

5. Dobór technologii odlewniczych na podstawie badań właściwości technologicznych materiałów

Tabela 2. Właściwości technologiczne wybranych kauczuków silikonowych

Rodzaj kauczuku silikonowego

Technologia wykonywania form zgodnie z metodą Shaw’a najczęściej stosowana jest do wykonywania odlewów o masie 0,5 do 150 kg z żeliwa, staliwa bądź stopów miedzi. Stosowana jest do produkcji jednostkowej i/lub małoseryjnej odlewów precyzyjnych charakteryzujących się dużą dokładnością wymiarową i małą chropowatością powierzchni.

Dokładność wymiarowa odlewów wytwarzanych tą metodą jest bardzo duża.

Dla wymiaru odlewu do 100 mm uzyskuje się tolerancję 0,4 mm, a do 400 mm tolerancję 1,5 mm. Typowym zastosowaniem metody Shaw’a jest odlewanie części matryc kuziennych, kokil, form ciśnieniowych, form dla przemysłu gumowego, szklarskiego itp. Powierzchnie robocze wewnętrzne i zewnętrzne odlewanych części nie wymagają już obróbki skrawaniem.

Istotą technologii Shaw’a jest to, że masą formierską jest ciekła masa ceramiczna składająca się z ogniotrwałego materiału ceramicznego (np. molochit, cyrkon, palonka wysokoglinowa) oraz ze zhydrolizowanego krzemianu etylu 40.

Rodzaj i proporcje składników ciekłych mas ceramicznych są dobierane indywidualnie w zależności od gabarytów i masy odlewów, grubości ich ścianki oraz rodzaju tworzywa metalowego.

Właściwość technologiczna Lepkość, Twardość, min jedn. twardości

Skurcz liniowy, %

Polastosil M56

28

82,0

1,95

Gumosil B

21

79,5

1,15

Gumosil WW

12

67,0

0,94

Gumosil T

18

87,5

1,05

Gumosil K

15

74,0

1,02

Gumosil AD-1

8

65,5

0,18

Analizując zamieszczone w tabeli 2 wyniki stwierdzić należy, że: 1. Najlepszą lejnością charakteryzują się kauczuki AD-1 i WW. Cecha ta jest bardzo istotna w przypadku wykonywania matryc i modeli elastycznych skomplikowanych modeli wyjściowych o rozbudowanej geometrii.

2. Twardość, będąca miarą stopnia elastyczności matrycy jest najwyższa w przypadku kauczuków Polastosil M 56 i Gumosil T i najniższa dla Gumosilu WW i AD-1.

3. Skurcz liniowy, wpływający na dokładność wymiarową przejściowych modeli woskowych, modeli elastycznych i w efekcie odlewów, jest największy w przypadku kauczuku Polastosil M 56, a minimalny dla kauczuku AD-1.

Uzyskane podczas badań wyniki oraz ich analiza pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków: 1. Do wykonywania matryc dla prostych i średnio skomplikowanych małych modeli o zwartej konfiguracji zaleca się kauczuk silikonowy Gumosil K. 2. Do wykonywania matryc dla modeli o dużym stopniu skomplikowania i rozwiniętej geometrii zaleca się Gumosil AD-1.

5.1. Badania właściwości technologicznych ciekłych mas ceramicznych Wykonano badania wpływu składu ilościowego i jakościowego ciekłych mas ceramicznych na ich właściwości technologiczne. Zmiennymi były proporcje pomiędzy składnikami mas ceramicznych, różniących się zarówno rodzajem i ilością spoiwa, jak też składem chemicznym i ogniotrwałością materiałów ceramicznych.

Badania właściwości technologicznych przeprowadzone zostały według opracowanej w Instytucie Odlewnictwa metodyki badań ciekłych mas ceramicznych. Dla

9

Odlewnictwo Współczesne

poszczególnych mas określano: -- czas wstępnego utwardzania czyli tzw. próbę zero, -- wytrzymałość na ściskanie, -- przepuszczalność, -- skurcz liniowy.

Czas wstępnego utwardzania określano przy użyciu aparatu Vicata.

Wytrzymałość na ściskanie badano na standardowych próbkach walcowych Ф 50 x 50 mm wg PN-H-11073:1983.

Przepuszczalność określano również na standardowych próbkach walcowych.

Skurcz liniowy badano na standardowych próbkach 22,5 x 22,5 x 185 mm z odcinkiem pomiarowym 100 mm.

Do sporządzania ciekłych mas ceramicznych obok wymienionych wcześniej spoiw, użyto drobno- i gruboziarnistych materiałów ceramicznych: mączki – kwarcową, molochitową i cyrkonową oraz piasek kwarcowy, molochitowy i cyrkonowy.

Charakterystykę fizykochemiczną tych materiałów podano w tabeli 3.

W badaniach najwięcej uwagi poświęcono metodzie Shaw’a, która pozwala na otrzymanie odlewów najwyższej klasy pod względem dokładności wymiarowej i jakości powierzchni. W metodzie tej spoiwem jest zhydrolizowany, w obecności alkoholu etylowego, wody i kwasu solnego, krzemian etylu. Ciekłą masę ceramiczną uzyskuje się mieszając, w odpowiednich proporcjach, spoiwo z ceramicznymi materiałami wypełniającymi. Po dodaniu utwardzacza w postaci 5%-wego, wodnego roztworu amoniaku, masa po pewnym, ściśle określonym czasie zestala się.

Tabela 3. Charakterystyka materiałów ceramicznych użytych w badaniach

Rodzaj materiału

Udział frakcji poniżej 0,040 mm, %

Wielkość ziaren, mm

Mączka kwarcowa

70

Mączka molochitowa

Zawartość głównych związków chemicznych, %

Ogniotrwałość zwykła, 0C

SiO2

ZrO2

Al2O3

-

96,5

-

-

1600

82

-

54,5

-

42,0

1750

Mączka cyrkonowa

76

-

32,5

66,4

-

2200

Piasek kwarcowy

-

0,056 – 0,2

95,4

-

-

1570

Piasek molochite

-

0,18 – 0,30

55,2

-

41,7

1770

Piasek cyrkonowy

-

0,10 – 0,24

32,2

66,0

-

2200

5.2. Wykonanie z mas Shaw’a

próbek

do

badań

Przed przystąpieniem do wykonywania próbek z ciekłej masy Shaw’a sporządzono dwa rodzaje spoiwa, różniące się zawartością krzemianu etylu: -- spoiwo A, o zwykłej wytrzymałości – zawartość SiO2: około 21%, -- spoiwo B, o pełnej wytrzymałości – zawartość SiO2: około 25%.

Proces hydrolizy krzemianu etylu prowadzono w następujący sposób: na stanowisku wyposażonym w mieszadło mechaniczne, do odpowiedniego naczynia wlano krzemian etylu i alkohol etylowy. Po włączeniu mieszadła dodano wodę z kwasem solnym i całość mieszano 30 minut.

Po tym czasie proces hydrolizy przebiegł do końca w całej objętości mieszaniny.

Następnie, w celu stabilizacji właściwości zhydrolizowanego krzemianu dodawano drugą część mieszaniny w postaci nie zhydrolizowanego krzemianu lub jego mieszaninę z alkoholem.

Skład jakościowy i ilościowy obu roztworów przedstawiono w tabeli 4.

10

Odlewnictwo Współczesne

Na podstawie wyników przeprowadzonych badań jako optymalną do wykonywania formy tablicy okolicznościowej (rys. 11) wytypowano masę Shaw’a ze zhydrolizowanym krzemianem etylu o pełnej wytrzymałości oznaczoną w tabeli 5 numerem 6 o składzie mieszanki ceramicznej: -- mączka cyrkonowa - 6 cz. obj.

-- molochit - 4 cz. obj.

-- piasek cyrkonowy - 1 cz. obj.

Tabela 4. Proporcje składników spoiwa Shaw’a użytego do badań Roztwór

Lp. 1 2

I 3 4 5 II

6

Składniki roztworu Krzemian etylu Alkohol etylowy Woda Kwas solny Krzemian etylu Alkohol etylowy

Zawartość składników

Spoiwo Spoiwo A B 5,0

5,0

3,5 0,9 0,01

3,5 0,9 0,01

2,0

4,0

2,0

-

Z udziałem tak przygotowanych roztworów zhydrolizowanego krzemianu etylu (spoiw) sporządzano masy Shaw’a dodając materiały ceramiczne, których rodzaj i proporcje podano w tabeli 4 oraz utwardzacz - 5%-owy wodny roztwór wody amoniakalnej w ilości około 3% objętościowych w stosunku do spoiwa.

Z mas sporządzano próbki do badania ich właściwości technologicznych.

Próbki z mas Shaw’a wypalano wstępnie bezpośrednio po ich wykonaniu, a następnie poddano wypalaniu końcowemu w temperaturze 850°C przez okres 2 godzin i badano po ich ostygnięciu.

W tabeli 5 podano wyniki badań technologicznych mas, przy czym górny indeks „ww” dotyczy próbek po wypaleniu wstępnym, a indeks „wk” po wypaleniu końcowym.

Analizując wyniki zawarte w tabeli 5 stwierdzić należy niską przepuszczalność mas Shaw’a, zerowy skurcz po wypalaniu końcowym oraz zróżnicowaną wytrzymałość na ściskanie. Najwyższą wytrzymałość posiadają masy zawierające mączkę cyrkonową, molochitową i piasek cyrkonowy, to jest masy oznaczone numerami 1 i 6.

11

Odlewnictwo Współczesne

Tabela 5. Właściwości technologiczne ciekłych mas ceramicznych L.p

Rodzaj materiału

Skład mas, części objętościowe

Materiały drobnoziarniste Mączka Mączka Mączka kwarco- molochicyrkonowa wa towa

Właściwości technologiczne

Materiały gruboziarniste Piasek kwarcowy

Molochite

Piasek cyrkonowy

Czas wiązania, min

Przepuszczalność P, 10-8m2/Pa·s

Wytrzymałość na ściskanie Skurcz Rc, liniowy S, % MPa

Pww

Pwk

Rcww

Rcwk

Sww

Swk

1

-

-

6

-

4

1

2,0

4

18

1,21

2,36

0

0

2

-

6

-

-

4

1

2,5

7

11

0,82

1,12

0,05

0

3

3

-

-

3

2

3,0

5

13

1,03

0,96

0,05

0

4

3

-

3

-

3

2

3,5

5

10

0,61

0,57

0,05

0

5

3

-

1

1

-

-

3,5

6

12

1,07

0,94

0,32

0,43

6

-

-

6

-

4

1

2,5

6

11

1,50

2,29

0

0

7

-

6

-

-

4

1

3,0

8

12

0,69

0,71

0

0

8

3

3

-

-

3

2

3,5

8

9

0,93

1,14

0

0

9

3

-

3

-

3

2

3,5

5

11

0,62

0,63

0

0

10

3

-

1

1

-

-

4,0

7

11

1,01

0,95

0,40

0,54

3

A

B

6. Wykonanie modeli i odlewów płaskorzeźb oraz miniatur obiektów muzealnych Kolejnym etapem prowadzonej pracy badawczej było wykonanie modeli i odlewów płaskorzeźb oraz miniatur obiektów muzealnych (rys. 21−22).

Model Ateny wykonany z białego marmuru poddano operacji skanowania 3D, a następnie komputerowemu przeskalowaniu i wykonaniu w skali 1:2 w technice Z-Corporation.

Rys. 22. Medal okolicznościowy z okazji 225 lat nadania praw miejskich dla Podgórza, obecnie prawobrzeżnej dzielnicy Kraków Rys. 21. Model Ateny, odlew i miniaturka wykonana w skali 1:2

12

Odlewnictwo Współczesne

Innym elementem, którego model wykonano był medal okolicznościowy (rys. 22). Po przeskanowaniu dokonano dwóch zabiegów, tj. przeskalowania oryginału (skan 3D wykonany w skali 1:1) do skali 1:1,2 dla wykonania modelu płyty oraz do skali 1:10 dla wykonania modelu medalu okolicznościowego.

Szczególnym wyzwaniem dla autorów niniejszej pracy badawczej było wykonanie modelu obiektu muzealnego Barbakanu wraz z murami obronnymi Krakowa.

Model ten skanowany z makiety znajdującej się w Muzeum Historycznym Miasta Krakowa, w roku 2010 ma posłużyć do wykonania odlewów w ramach projektu pt.: Droga Królewska dla Niewidomych i Niedowidzących.

Obróbka skanów była bardzo pracochłonna i jak wynika z obliczeń wyniosła ok. 170 godzin. Wyniki skanowania oraz wykonanie modelu rzeczywistego w skali 1:1 przedstawia rysunek 23.

Rys. 23. Makieta murów obronnych i Barbakanu, po zeskanowaniu 3D i wykonaniu

Wnioski Z przeprowadzonych badań technik RPS będących w posiadaniu Instytutu Odlewnictwa wynikają następujące wnioski: 1. Najbardziej przydatną techniką do opracowania plików modeli oraz odlewów artystycznych jest technika projektowania CAD i skanowania 3D. 2. Najlepszym sposobem (czas wykonania oraz cena) wykonania modeli dla odlewów artystycznych jest technika Z-Corporation. Niestety wykonane modele posiadają budowę warstwową, co wynika z analizy komputerowej obiektów i nanoszenia proszku. W tym przypadku po procesie nasycenia spoiwami i ich utwardzeniu modele wymagają wstępnej obróbki powierzchni przy pomocy np. drobnoziarnistego papieru ściernego lub innych materiałów obróbczych.

3. Najbardziej optymalnymi technologiami odlewniczymi dla modeli wykonanymi w technice RPS jest metoda wytapianych modeli i metoda Shaw’a.

4. Zasady obróbki mechanicznej tzw. cyzelowanie pozostają niezmienione i są takie same jak dla modeli i odlewów wykonanych w innych technikach.

13

Informacja naukowo-techniczna

WYBÓR INFORMACJI Z CZASOPISM NAUKOWO-TECHNICZNYCH

sowania i rozwoju tych gałęzi gospodarki.

USA jest w tym zakresie opóźnione. Tylko Francja wydaje na wytwarzanie energii odtwarzalnej mniej niż USA. Chociaż USA nie ratyfikowało Protokołu z Kyoto w 2005 roku, w którym wymagane jest ograniczenie emisji gazów o 66,6% w stosunku do poziomu z 1990 roku, to zobowiązało się do zmniejszenia emisji o 10% w 2020 roku.

01. ZAGANIENIA OGÓLNE Jak wykorzystać przewodnik zakupu wyposażenia dla odlewni.

Mod.Casting 2008, Vol. 98, nr 11, s. 38.

Opisano jak należy wykorzystać przewodnik w czasie 12 miesięcy dla zakupu wyposażenia dla odlewni, znaleźć odpowiedzi na nurtujące pytania natury technicznej lub przeanalizować fachową literaturę. A wszystko to dla zaoszczędzenia czasu przy poszukiwaniu dostawców wyposażenia, urządzeń i usług.

Indywidualny wygląd samochodu.

Giesserei 2008, Jg. 95, H. 2, s. 88−89.

Omówiono działalność austriackiej firmy "Alu-Guss" produkującej na skalę przemysłową felgi aluminiowe do różnych typów samochodów w małych i dużych seriach. (wielkość produkcji 3 mln szt./rok) Opisano wyposażenie firmy, urządzenia stosowane przy produkcji sterowane są numerycznie. Wykonane felgi obrabiane są za pomocą specjalnie w tym celu skonstruowanej tokarki OvalFlex firmy "Ceratizit".

Krótko scharakteryzowano etapy produkcji felg.

Odlewy stosowane w urządzeniach do wytwarzania energii odnawialnej.

Mod.Casting 2008, Vol. 98, nr 2, s. 37−42.

W związku ze wzrostem zapotrzebowania na energię i poszukiwaniem możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł energii oraz pracami związanymi z poszukiwaniem kopalnych surowców energetycznych przemysł odlewniczy powinien zaopatrzyć te gałęzie gospodarki w potrzebne tym branżom odlewy. Opisano odlewy stosowane w energetyce wiatrowej i przy wytwarzaniu energii z biomasy. Są to: przemysłowe dmuchawy, zawory, urządzenia do wytwarzania paliwa z biomasy, pompy i wyposażenie do przepompowywania, rury i rurociągi z żeliwa i stali, kompresory powietrzne i gazowe, turbiny powietrzne i ich części. Oddzielnie omówiono odlewy, które będą przeznaczone do produkcji energii geotermalnej oraz dla wykorzystania energii słonecznej. Barierą dla rozwoju energii odtwarzalnych jest brak znormalizowanych wytycznych państwa dla jej sto-

Targi EUROGUSS 2008.

Giesserei 2008, Jg. 95, H.2, s. 97−112, 117−118, 120−122, 124.

W formie krótkich notatek przedstawiono informacje na temat prezentowanych na targach urządzeń i nowych rozwiązań technicznych oraz konstrukcyjnych zastosowanych w odlewnictwie. Zaprezentowano, np. nową metodę podgrzewania kadzi do transportu ciekłego metalu.

Scharakteryzowano nowe rodzaje materiałów pomocniczych (smarujących i oddzielających) stosowanych w odlewnictwie ciśnieniowym. Zaprezentowano nową ge-

14

Odlewnictwo Współczesne

nerację robotów firmy „Roesler” do wykańczania odlewów i obróbki powierzchni.

Podano krótkie informacje na temat odlewania ciśnieniowego stopów aluminium i cynku (firma "Kalmbach"). Przedstawiono spektrometr do analizy stopów. Zaprezentowano nowe stale do pracy na gorąco.

W ramach prezentacji urządzeń do ochrony środowiska zaprezentowano urządzenie do próżniowej destylacji ścieków (krótki opis urządzenia). Na targach EUROGUSS zaprezentowano nową maszynę ciśnieniową firmy "Schaufler Tooling". Maszynę tę opisano pod kątem nowej konstrukcji formy ciśnieniowej do odlewania bloków silników. Przedstawiono nowości w zakresie programowania robotów do automatyzacji produkcji odlewów ciśnieniowych.

Omówiono nowinki w zakresie transportu ciekłego metalu.

Międzynarodowy konkurs 2008 na wykonanie ciśnieniowych odlewów ze stopów aluminium i cynku = nagrody za innowacyjność i precyzję wykonania.

Druckguss 2008, nr 4, s. 167−172.

W ramach inauguracji EUROGUSS 2008 dnia 10 marca w Norymberdze wręczono nagrody konkursu na wykonanie odlewów ciśnieniowych ze stopów aluminium i cynku. Nagrodzone odlewy to: chłodnica spalin (stop Al), obudowa reflektora (stop Al), pokrywa obudowy silnika (stop Al), obudowa instrumentu (stop Zn), złączka (stop Zn), armatura do wanny (stop Zn).

W artykule opisano nagrodzone odlewy, a także odlewy wyróżnione. Zamieszczono ich zdjęcia.

Konferencja: 8.

Międzynarodowy Dzień Niemieckich Odlewników Ciśnieniowych pod hasłem "Odlewanie ciśnieniowe - Formowanie przyszłości".

Druckguss 2008, nr 4, s. 173−180.

EUROGUSS 2008. Ożywiona działalność innowacyjna na targach branżowych poświęconych odlewnictwu ciśnieniowemu.

Druckguss 2008, nr 4, s. 148−158, 159−162.

Artykuł jest sprawozdaniem z międzynarodowej konferencji niemieckich odlewników ciśnieniowych. Odbyła się ona w dniach 11−13 marca 2008 w Norymberdze. W artykule zamieszczono streszczenia wygłoszonych referatów. Oto tytuły niektórych: „Odkształcalność odwrotna odlewów ciśnieniowych - wykorzystanie w aspekcie stosowania systemu zapewnienia jakości". „Doświadczenia w zakresie produkcji odlewów ciśnieniowych odpornych na uderzenia". „Szybkie uruchamianie produkcji z wykorzystaniem innowacji". „Oszczędność energii w odlewni ciśnieniowej". „Opracowanie nowej stali do pracy na gorąco na formy ciśnieniowe". „Nowe konstrukcje form ciśnieniowych do odlewania cynku". „Obróbka odlewów ciśnieniowych".

Artykuł jest obszernym sprawozdaniem z targów „EUROGUSS 2008" na temat maszyn ciśnieniowych. Krótko scharakteryzowano konstrukcję nowych typów maszyn ciśnieniowych (modele Evolution i Carat), opisano ich wyposażenie, sposób sterowania. Następnie scharakteryzowano pod względem technicznym stosowane do nich urządzenia peryferyjne: urządzenia do nanoszenia powłok czy urządzenia do regulacji temperatury form m.in. firmy Buehler. Podano krótkie charakterystyki urządzeń włoskiego producenta maszyn ciśnieniowych „Colosio” i niemieckiego „Oskar Frech”. W tym drugim przypadku omówiono także sposób sterowania i rejestracji danych procesu, urządzenia peryferyjne stosowane do urządzeń. Inne firmy produkujące urządzenia ciśnieniowe, których produkcję scharakteryzowano w ramach tego sprawozdania to: Italpresse, IDRA Pressen i ENP.

Zależność zużycia energii w odlewni staliwa od jej struktury i stosowanych technologii.

Processy lit'ja 2008, nr 3, s. 14−18.

Dokonano techniczno-ekonomicznej oce-

15

Odlewnictwo Współczesne

ny struktury odlewania staliwa Ukrainy i przedstawiono główne kierunki ich doskonalenia. Przedstawiono charakterystyki ekonomiczne procesów, pokazano ich efektywność w powiązaniu z ekonomią dostawców energii.

go. Przy aktywizacji sieci przez wejściowy wektor klastery organizują się z neuronami, a masy synaltyczne (masy związane z innymi neuronami), które w najmniejszym stopniu różnią się od odpowiednich składników tego wektora, stanowią parametry i wskaźniki jakości obiektów klasteryzacji i klasyfikacji. Zadanie klasteryzacji i klasyfikacji obiektów odlewanych rozwiązuje się w kolejno następujących etapach, które scharakteryzowano w artykule.

Kontrola temperaturowa i ekspresowa cieplno-fizycznych procesów metalurgicznych, oprzyrządowania i materiałów. Analiza historyczna, stan aktualny i perspektywy rozwoju.

Processy lit'ja 2008, nr 1, s. 29−37.

Symulacja właściwości odlewów ze szczególnym uwzględnieniem parametrów obróbki cieplnej.

Druckguss 2008, nr 3, s. 113−118.

W Instytucie FTJMSe NAN Ukrainy omawiano rys historyczny, stan aktualny i perspektywy na przyszłość metod pomiarów temperatury i kontrolnych zabiegów stosowanych w procesach metalurgicznych oraz istniejącego oprzyrządowania i materiałów. Powołano się przy tym na doświadczenia zagraniczne. Ustalono, że na bazie współczesnych osiągnięć naukowych stale rozwijają się nowe, efektywne techniki kontroli, takie jak: światłowodowe, spektralno-kompensacyjne, termodynamiczne i oparte na anomalnym efekcie cieplnym opracowanym przez autora artykułu w ukraińskim Instytucie FTJMSe. Podkreślono, że w Instytucie tym opracowano 98 patentów na tematy metod i urządzeń kontroli procesów metalurgicznych zastrzeżonych na Ukrainie i w Rosji oraz 29 patentów w krajach rozwiniętych, w tym w USA, w Kanadzie, w Niemczech, Szwecji i Japonii.

Przedstawiono model symulacji lokalnych właściwości mechanicznych odlewów z metali lekkich i zweryfikowano go na próbnych odlewach w postaci płyt ze stopu AZ91E. Następnie poszerzono ten model o nowoopracowany, wysokowytrzymały stop MRI207. Dla obu stopów wykorzystano opracowany model wykonując odlew obudowy do samolotu Business Jets G150. Poszerzając zastosowanie modelu na stopy przeznaczone na głowice cylindrów i zastosowanie go do różnych etapów obróbki pokazało, że jest możliwe transponowanie opracowanych podstaw do innych zastosowań. Uzyskane wyniki pokazują możliwości optymalizacji skomplikowanych procesów technologicznych z wykorzystaniem symulacji.

02. ZASTOSOWANIE KOMPUTERÓW W ODLEWNICWIE

03.

OCHRONA ŚRODOWISKA I BHP

Metoda klasteryzacji i klasyfikacji obiektów przemysłu odlewniczego przy zastosowaniu sieci neuronowych.

Lit.Proiz. 2008, nr 1, s. 40−42.

Jaki jest udział odlewnictwa w powstawaniu gazów cieplarnianych?

Mod.Casting 2008, Vol. 98, nr 5, s. 32−35.

Jako podstawę realizacji procedur klasteryzacji i klasyfikacji obiektów odlewanych wybrano jednowarstwową, neuronową sieć Kohoniena, w której każdy neuron związany jest ze wszystkimi składnikami n-wymiarowego wektora wejściowe-

Jest to drugi artykuł z serii trzech, które ukazały się w Modern Casting na temat zmian klimatu. Ustalono tu ilości gazów cieplarnianych, za które odpowiedzialny jest przemysł odlewniczy w USA. Publikowana ocena oparta jest na opracowa-

16

Odlewnictwo Współczesne

04. WYTYCZNE PROJEKTOWANIA TECHNOLOGII ODLEWNICZYCH

nych w 2008 roku prognozach i trendach oraz na „Wytycznych dotyczących teoretycznie najlepszych metod wykorzystania energii w operacjach odlewniczych” opracowanych w 2004 roku w ramach Przemysłowo-Technologicznego Programu Departamentu Energetycznego USA opracowanych w 2004 roku. Raport ten oparto o stan produkcji w 2003 roku. Obecne emisje są nieco wyższe, ale przewiduje się ich spadek do opisanego w artykule poziomu. Z danych wynika, że 52% udziału w produkcji gazów cieplarnianych mają odlewnie żeliwa, odlewnie aluminium mają udział w 30%, odlewnie staliwa 10%, odlewnie stopów miedzi 3% i inne odlewnie stopów nieżelaznych - 7%. Analizowano także odnośne przepisy prawne.

O efektywności stosowania egzotermicznych i izolujących cieplnie mas przy produkcji odlewów staliwnych.

Lit.Proiz. 2008, nr 4, s. 17−21.

Omawiano kryteria oceny efektywności działania mas egzotermicznych i izolujących cieplnie stosowanych w nadlewach odlewów staliwnych. Przyjęto współczynniki efektywności działania nadlewów wykonanych z tych mas. W tabeli podano parametry dla tych nadlewów, a na specjalnym nomogramie określono sprowadzoną grubość nadlewu i czas jego krzepnięcia. Na podstawie eksperymentów ustalono, że realne przedłużenie czasu krzepnięcia nadlewów egzotermicznych o średnicy 150−200 mm jest około 2−3 razy większe niż czas krzepnięcia nadlewów o takich samych wymiarach w zwykłej formie piaskowej i 1,5 do 2 razy większe dla nadlewów o średnicy 300−350 mm. Na nomogramie zaznaczono zakres stosowania mas egzotermicznych dla nadlewów ze stali węglowej i niskostopowej.

Wynika z niego, że nadlewy takie opłaca się stosować do średnic 350 mm. Graniczną średnicę 400 do 450 mm ustalono dla staliwa wysokostopowego. Podano przykłady mas termoizolacyjnych firmy Foseco oraz analogiczne masy produkcji rosyjskiej. Artykuł uzupełniono szeregiem przykładów obliczania nadlewów egzotermicznych.

Nie tylko modelki patrzą na każdy kilogram.

Rozwój techniki pod kątem ochrony środowiska na przykładzie lekkich konstrukcji dla motoryzacji przez zastosowanie innowacyjnych odlewów ciśnieniowych.

Druckguss 2008, nr 2, s. 95−96.

Scharakteryzowano działalność firmy DGS Druckguss Systeme AG specjalizującej się w wykonywaniu lekkich konstrukcji (elementów karoserii) metodą odlewania ciśnieniowego. Firma wykonuje konstrukcje lekkie o dużym stopniu skomplikowania. To są przede wszystkim odlewy aluminiowe, ostatnio także odlewy ciśnieniowe ze stopów magnezu. Firma wykonuje także konstrukcje łączone: spawane, klejone, warstwowe, nitowane. W artykule scharakteryzowano szeroko organizację produkcji.

Modelowanie za pomocą metody elementów skończonych procesu paczenia się odlewów ciśnieniowych.

Druckguss 2008, nr 2, s. 69−81.

W artykule przedstawiono sposób modelowania odkształcania się odlewów, który uwzględnia fakt zmian wymiarowych wnęki na końcu procesu wypełniania formy jako kształtu wyjściowego dla procesu krzepnięcia i chłodzenia. Dokładne odtworzenie początkowego kształtu i warunków wymiany ciepła pomiędzy ścianką formy

17

Odlewnictwo Współczesne

a odlewem można osiągnąć poprzez zastosowanie siatki elementów skończonych do obliczeń za pomocą programu ABAQUS. Za pomocą metody elementów skończonych można przeliczyć ten trójwymiarowy, termomechaniczny model - składający się z: odlewu, wkładek do form, ram formy, płyty podmodelowej. Jako przykładowy odlew przyjęto ożebrowaną płytę, jak to praktykowano już w podobnych badaniach tego typu. W badaniach zastosowano maszynę ciśnieniową zimnokomorową firmy Buehler SC-250 (na wyposażeniu Uniwersytetu Stanowego Ohio). W celu sprawdzenia wyników symulacji wykonano próbne odlewy, w których badano wpływ wielkości i czasu trwania doprasowania na wymiary odlewu. Wartości symulowane i wartości zmierzone na odlewie był dla niektórych wymiarów zgodne, natomiast w niektórych przypadkach stwierdzono odchyłki wymiarowe. W ramach tego artykułu przedyskutowano wyniki i podano wytyczne do dalszych prac.

Kontrola wyników symulacji procesu zagęszczania masy formierskiej za pomocą tomografii komputerowej.

Giesserei-Prax. 2008, nr 4, s. 120−124, bibliogr. 6 poz. Zsfg.

Wyznaczono zależność między gęstością określoną za pomocą przemysłowej tomografii komputerowej (iCT) a gęstością rzeczywistą materiałów formierskich wiązanych gliną. Zbadano powtarzalność wyników pomiarowych. Powtarzalność okazała się wysoka i wynosiła 0,003.

Wykonano garby formy o dwóch różnych kształtach. Jednocześnie dla tych przypadków symulowano proces zagęszczania. Oba garby zbadano za pomocą przemysłowej tomografii komputerowej.

Uzyskane za pomocą iCT wyniki eksperymentalne zostały wykorzystane do oceny wyników numerycznych podczas zagęszczania masy formierskiej. Oceny dokonano pod kątem rozkładu gęstości. Przedstawiono rzeczywiste i uzyskane z symulacji wyniki gęstości dla dwóch przypadków różnych mieszanin mas formierskich. Dokonano walidacji wyników numerycznych.

Porównanie obrazów wskazuje na dużą zgodność wyników eksperymentalnych i symulacyjnych.

05. TECHNOLOGIA ODLEWANIA DO FORM WYKONANYCH Z ZASTOSOWANIEM OGNIOODPORNEJ OSNOWY ZIARNOWEJ Proszkowe i granulowane nanokompozycje zawierające grafit na pokrycia przeciwdziałające przypaleniom.

Lit.Proiz. 2008, nr 1, s. 12−14.

Twój materiał formierski to istota nieznana.

Giesserei-Prax. 2008, nr 4, s. 126−130.

W przemyśle konieczne jest utrzymanie stabilności procesu przy zachowaniu ograniczonych tolerancji. Szczególnie w obszarze przygotowania mas formierskich istnieją jeszcze pewne możliwości optymalizacji. Znajduje tu zastosowanie urządzenie ROTOCONTROL RTC 106, które podczas mieszania masy kontroluje, w sposób ciągły, jej poziom zagęszczenia pod kątem wielkości zadanej (próbki pobierane są bezpośrednio z mieszarki).

W celu zapobieżenia wydłużeniu się czasu mieszania i w celu zwiększenia dokładności pomiaru zainstalowano dodatkowo miernik do pomiaru wilgotności masy zużytej do określania (kontrolowania) war-

Nowoopracowane proszkowe i granulowane pokrycia zapobiegające przypaleniom mają wyższą wytrzymałość i odporność na temperaturę niż standardowe grafitowo-bentonitowe pokrycia, ponieważ zawierają superrozdrobnione aktywne wypełniacze. W ramach badań opracowano: składy zawierających grafit proszkowych i granulowanych kompozycji pokryć o lepszych właściwościach, technologię przygotowania proszkowych kompozycji w mielnicach - aktywatorach: odśrodkowych i wibracyjnych; technologię granulacji dla przygotowania wodnych przeciwprzypaleniowych pokryć dla odlewów żeliwnych i dla odlewów z metali kolorowych.

18

Odlewnictwo Współczesne

06. TECHNOLOGIA ODLEWANIA KOKILOWEGO I NISKOCIŚNIENIOWEGO

tości założonej ilości wody (na początku cyklu). Dzięki zainstalowaniu regulatora pomiędzy punktem pomiaru zagęszczenia a pomiarem zawartości wody operacja dodawania wody jest lepiej kontrolowana, co umożliwia ograniczenie dodawania podczas cyklu mieszania przy jednoczesnym zwiększeniu ilości wody na początku cyklu. Oprócz kontroli ilości wody kontrolowany jest czas mieszania, który zmienia się w zależności od ilości dodanej wody. Tak więc mieszarki nie otwiera się po określonym czasie mieszania lecz po osiągnięciu odpowiedniej zageszczalności. Dodatkowy pomiar wytrzymałości na ściskanie umożliwia kontrolowane (regulowane) dodawanie bentonitu. Pełna dokumentacja namiaru masy podawanej do mieszarki pozwala na uzyskanie przejrzystości właściwości masy.

Wpływ cieplno-siłowej obróbki stopu AK7 z 6% Fe na powstawanie faz zawierających żelazo.

Processy lit'ja 2008, nr 5, s. 57−61.

Analizowano wspólne oddziaływanie warunków cieplnych i siłowego oddziaływania wirnikiem na porcję ciekłego stopu AK7 z dodatkiem 6% Fe na powstawanie faz zawierających żelazo w warunkach kokilowego odlewania. Oddziaływanie wirnikiem ma miejsce w zakresie temperatur likwidus - solidus. Wykazano, że dzięki przemieszaniu metalu o wysokiej częstotliwości i zwiększeniu prędkości chłodzenia obróbka wirnikiem stopu ogranicza proces przenoszenia mas przy perytektyce, co ułatwia powstawanie zwartej morfologii związków międzymetalicznych zawierających żelazo. Przewiduje się, że technika ta może być stosowana przy suspensyjnym zalewaniu w połączeniu z kontrolowanymi procesami odprowadzania ciepła i zabezpieczeniu jednorodności składników fazowych.

Urządzenie Qualimaster AT1 firmy Eirich jako przyrząd do kontroli masy formierskiej w sposób ciągły.

Giesserei-Prax. 2008, nr 4, s. 131−132.

Urządzenie pomiarowe do kontroli masy formierskiej Qualimaster AT1 zapewnia wysoką jakość mas bentonitowych, współpracuje z pakietami oprogramowania "Sandreport" i "Sandexpert". Urządzenie pomiarowe Qualimaster AT1 firmy Eirich stosowane jest z urządzeniem do korekty wilgotności, mierzy różne parametry masy, a to pozwala na dokładne określenie ilości dodawanych dodatków do masy i uzyskanie dobrej jakości masy (formy) w ruchu ciągłym. Dzięki stosowanemu oprogramowaniu możliwa jest ciągła regulacja ilości dodatków i wody. W artykule opisano funkcjonowanie tego urządzenia i wykorzystanie jego możliwości w praktyce.

Wytwarzanie odpowiedzialnych odlewów kokilowych ze stopów A535 i A206.

Mod.Casting 2008, Vol. 98, nr 2, s. 43−46.

Stop aluminium A535 mógłby być stosowany na odlewy motoryzacyjne, do budowy okrętów i na cele militarne dzięki wysokiej odporności na korozję w środowisku rozpylonych cieczy lekko alkalicznych i kwasowych oraz ze względu na kombinację wysokich właściwości wytrzymałościowych, udarności i stabilności wymiarowej w stanie po odlaniu. Jednak stop ten wykazuje niską odporność na pęknięcia na gorąco przy odlewaniu do form kokilowych.

Przyczyną tego jest prawdopodobnie duży zakres temperatur między likwidusem i solidusem. Podobnie zachowuje się stop A206. Opisano badania mające na celu ocenę możliwości wykonywania odlewów

19

Odlewnictwo Współczesne

z tych stopów w kokilach. Wybrano pięć rodzajów odlewów próbnych. Ustalono, że rozdrobnienie ziaren sprzyja zwiększeniu odporności tych stopów na pęknięcia na gorąco. Przełamuje to wzrost dendrytów, poprawiają się warunki zasilania i zmniejsza ilość resztkowej cieczy przy ostatnich stadiach krzepnięcia. Korzystnym okazało się podgrzewanie kokil do 400°C. Podano inne zalecenia technologiczne odnośnie budowy kokili i procesu zalewania.

od 0,5 do 5 m/s. Zinterpretowano wyniki badań doświadczalnych i porównano je z badaniami modelowymi.

Za pomocą (odpowiedniego) układu wlewowego można wyeliminować prawie zupełnie nadlewy.

Druckguss 2008, nr 2, s. 93−94.

Firma Oskar Frech GmbH + Co KG opracowała nową metodę ciśnieniowego odlewania stopów cynku. Metoda nosi nazwę FGS (Frech Gating System). W metodzie tej udało się zredukować nadlew do niezbędnego minimum. Osiągnięto w ten sposób redukcję kosztów i poprawę jakości odlewów, zmniejszono też ilość materiału obiegowego i koszty topienia. Zastosowanie metody FGS polegało na opracowaniu nowego układu wlewowego w tradycyjnej metodzie odlewania ciśnieniowego (formie ciśnieniowej). Tłok po wypełnieniu formy metalem powraca do pozycji wyjściowej, wówczas przez otwór dyszy wlewowej metal, znajdujący się w układzie wlewowym formy, powraca do tygla pieca. Natomiast w metodzie FGS metal stale utrzymywany jest na tym samym poziomie układu wlewowego. W związku z tym, jako novum w tym przypadku należy uznać wlew, który doprowadza ciekły metal o stałej temperaturze, do układu wlewowego. To rozwiązanie wymagało dużej wiedzy na temat nadlewów i zasilania odlewów ciśnieniowych

07. TECHNOLOGIA ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO Oddziaływanie głównych czynników w technologii Rheocasting. Wpływ składników stałych i prędkości w układzie wlewowym na właściwości odlewów.

Druckguss 2008, nr 2, s. 85−92.

W przypadku praktycznego zastosowania technologii Tixocasting (przeróbki w stanie semi-solid) stosuje się maksymalny udział składników stałych. Inny sposób ustalenia warunków procesu powoduje kapanie ciekłego metalu, niestabilność trzpieni, problemy z realizacji procesu. W technologii Rheocasting tego typu problemy nie występują. Rozmiękczony (ciastowaty) stop podczas nadawania mu kształtu znajduje się w odpowiednim zbiorniku i nie ma potrzeby zwiększania ilości części stałych do dalszej obróbki. Można ustalić maksymalną ilość materiału stałego w rozmiękczonym (ciastowatym) stopie.

Technologia Rheocasting ma coraz większe znaczenie praktyczne dlatego też konieczne jest lepsze poznanie wpływu części stałych w stopie i prędkości przepływu metalu w układzie wlewowym (te wielkości muszą być od siebie niezależne) na strukturę, jakość elementu (odlewu) i jego właściwości. Jest to konieczne dla lepszego doboru parametrów procesu.

Dokonano oceny wpływu tych czynników, gdzie udział części stałych zmieniał się od 0 (prasowanie w stanie ciekłym) do 0,5 (maksymalny udział części stałych dla stopu A365) przy prędkości przepływu

Naprężenia w formach ciśnieniowych - symulacja i przykład praktyczny.

Giesserei 2008, Jg. 95, H. 2, s. 28, 30, 32−33 Formy ciśnieniowe narażone są na działanie bardzo wysokich naprężeń termomechanicznych. O ile naprężenia cieplne powstają i zanikają w czasie kilku sekund to naprężenia mechaniczne wywołane przez ciśnienie wtryskiwanego metalu zmieniają się w czasie zaledwie kilku tysięcznych sekundy. Naprężenia te można obliczyć metodą elementów skończonych i przedstawić graficznie za pomocą odpowiednich programów komputerowych. Wykresy obrazujące powstawanie naprężeń pomaga-

20

Odlewnictwo Współczesne

ją konstruktorom w znalezieniu odpowiednich rozwiązań eliminujących naprężenia w odlewie.

mi. Badania pokazały, że jest możliwe wytwarzanie cienkościennych odlewów ciśnieniowych ze stopów aluminium zarówno z układem wlewowym „stycznym" jak i „wielopunktowym", ponieważ ciekły stop aluminium w sposób równomierny wpływa do formy. Parametry technologiczne procesu, takie jak: czas odlewania, prędkość, temperaturę formy czy ciekłego metalu wyznaczono doświadczalnie.

Odlewanie ciśnieniowe (część 44).

Część 1: Tworzywa.

Giesserei 2008, Jg. 95, H. 2, s. 44−46, 48, 50, 52−60, 62−65 Artykuł o charakterze cyklicznym, jest zestawieniem literatury na temat odlewów ciśnieniowych i poświęcony jest tworzywom przeznaczonym na odlewy ciśnieniowe. Artykuł podzielony jest na grupy tematyczne, grupy tworzyw, są to: stopy aluminium, stopy magnezu, stopy cynku, stopy miedzi. Odrębne grupy stanowią stale na formy i rdzenie (rodzaje stali, ich wytrzymałość, możliwość powlekania) oraz materiały oddzielające i smarujące.

Omawiając poszczególne grupy tworzyw przeznaczonych na odlewy ciśnieniowe omówiono ich właściwości wytrzymałościowe, możliwości ich częściowego przetworzenia i przygotowania, np. do odlewania tixotropowego, a także obróbkę cieplną, możliwości spawania, odporność na korozję możliwości odzysku (stopy Al i Mg).

Usuwanie odlewów z wnęki formy w procesie odlewania ciśnieniowego.

Druckguss 2008, nr 3, s. 125−136.

Opisano rozwój i zastosowanie metod obliczania siły niezbędnej do usunięcia odlewu z formy ciśnieniowej. Przedstawiona metoda obliczeń naprężeń powierzchniowych, a tym samym sił działających na rdzeń (środek odlewu) albo wkładkę, zakłada, że cienkie przekroje odlewu wokół rdzenia podczas skurczu są plastyczne.

W przekrojach plastycznych naprężenia wywołane skurczem osiągają granicę plastyczności stopu. W obszarze cienkich przekrojów odlewu maksymalne napięcie powierzchniowe równe jest granicy plastyczności stopu. Fakt ten stał się podstawą do określenia sił niezbędnych do wyciągnięcia prostokątnych i cylindrycznych odlewów z formy z uwzględnieniem właściwości stopu, współczynnika tarcia i temperatury w momencie wyciągania odlewu z formy. Za pomocą tej uproszczonej metody można wyznaczyć siły działające na skomplikowane odlewy i wkładki.

Z przykładów obliczeniowych sił wynika, że tylko po wyznaczeniu siły niezbędnej do wyciągnięcia odlewu z formy można zaprojektować odpowiednią formę ciśnieniową.

Technologia wykonania cienkościennych obudów do notebooków jako odlewów ciśnieniowych ze stopów aluminium.

Druckguss 2008, nr 4, s. 163−166.

Wykonywanie cienkościennych odlewów ciśnieniowych ze stopów aluminium jest szczególnym wyzwaniem, ponieważ trudne jest ustalenie odpowiedniej lejności i odpowiedniego sposobu zasilania dla grubości ścianki mniejszej niż 1 mm. Dlatego też w ramach tej pracy przeprowadzono badania pod kątem wykonania odlewu cienkościennego (obudowy notebooka) o grubości ścianki 0,7 mm, ze stopu Al-Si-Cu. Do badań zastosowano oprogramowanie do symulacji krzepnięcia MAGMAsoft. Próby odlewania przeprowadzono na maszynie firmy Buehler model Evolution B53D. Zbadano dwa różne rodzaje układów wlewowych „styczny" i „wielopunktowy" z sześcioma różnymi wlewa-

Odlewy ciśnieniowe wykonywane metodą Vacural z przeznaczeniem na elementy podlegające znacznym obciążeniom.

Giesserei 2008, Jg. 95, H. 3, s. 36−38, 40.

Odlewy ciśnieniowe znajdują zastosowanie głównie tam, gdzie konieczne jest zastosowanie skomplikowanych elemen-

21

Odlewnictwo Współczesne

tów w połączeniu z ich funkcjonalnością.

Odlewy ciśnieniowe cienkościenne krzepną szybko, mają drobną strukturę a tym samym dobre właściwości mechaniczne.

Wykonane metodą tradycyjną mają szereg wad, jak na przykład: porowatość, jamy skurczowe, co wpływa niekorzystnie na ich właściwości i sprzyja stosowaniu alternatywnych metod wytwarzania.

Stosowanie metod próżniowych w odlewnictwie ciśnieniowym umożliwia redukcję wad odlewów poprawia ich właściwości mechaniczne poprzez obróbkę cieplną T6.

Techniką próżniową jest metoda odlewania „Vacural". Podstawową ideą metody „Vacural" w odlewnictwie ciśnieniowym jest pełne odpowietrzenie wnęki formy przed wprowadzeniem do niej ciekłego metalu.

W ten sposób uniemożliwia się powstawanie pęcherzy i wtrąceń powietrza, a także innych zanieczyszczeń. W metodzie tej ciekły metal wprowadzany jest do wnęki formy od dołu, zasysany bezpośrednio z pieca do wytrzymywania ciekłego metalu.

O ilości podawanego metalu decyduje ruch tłoka, którym zamyka się dopływ metalu.

Odlewy wykonywane metodą „Vacural" można spawać, mają one lepsze właściwości mechaniczne. Omówiono właściwości mechaniczne odlewów wykonanych tą metodą i porównano je z właściwościami odlewów wykonanymi tradycyjnymi technologiami. Podano przykłady zastosowania odlewów wykonanych metodą „Vacural” (motoryzacja).

oraz mieć trwałą konstrukcję. W artykule tym omówiono istotne właściwości zaworów próżniowych, których sprawność, jak i funkcja są bardzo istotne dla procesu odlewania. Opisano także sposób sterowania ich pracą oraz znaczenie w procesie odlewania. Tak na przykład układ próżniowy VDS pracuje w sposób ciągły, zastosowano go do szybkich (o dużej sprawności) systemów sterowania i trwałych pod względem konstrukcyjnym zaworów.

Zawory próżniowe stosowane w procesie odlewania ciśnieniowego powinny mieć niskie koszty eksploatacji. Przeprowadzono szereg prób i pomiarów oraz symulację numeryczną przy wprowadzaniu nowych układów próżniowych (zaworów).

08. TECHNOLOGIA ODLEWANIA PRECYZYJNEGO. PRASOWANIE W STANIE CIEKŁYM. ODLEWANIE W FORMACH SKORUPOWYCH Opracowanie modelu matematycznego przesycania powierzchniowej warstwy masy spoiwem przy otrzymywaniu form skorupowych.

Processy lit'ja 2008, nr 5, s. 67−77.

W Fizyczno-Technologicznym Instytucie Metali i Stopów na Ukrainie opracowano oryginalną metodę otrzymywania form skorupowych. Łączy ona szereg technologicznych operacji, prowadzonych bezpośrednio w skrzynce - kontenerze. Operacja ta podobna jest do zabiegu przygotowania masy i polega na wymuszonym przesycaniu w próżni suchego piasku spoiwem, który skleja warstwę piasku przy roboczej powierzchni i tym samym tworzy związaną formę skorupową. Rozpatrywano matematyczny model wpływu gradientu ciśnienia, sorbcji i temperatury na proces przesycania piasku spoiwem.

Optymalizacja pracy układu próżniowego do wytwarzania próżni w celu poprawy jakości odlewów ciśnieniowych. Studium praktyczne.

Giesserei 2008, Jg. 95, H. 3, s. 43−48.

Próżniowe odlewanie ciśnieniowe umożliwia wykonywanie odlewów aluminiowych o małych grubościach ścianek z powtarzalnością, określonych właściwości mechanicznych z uwzględnieniem lub bez uwzględniania obróbki cieplnej, a także uzyskanie odpowiedniej jakości powierzchni odlewów. Taki proces wymaga szybkiej i dokładnej kontroli próżni, a także jej oceny. Zawory próżniowe muszą mieć krótki czas reakcji (czas zamykania)

Monitorowanie lepkości z zastosowaniem czujnika stanu stałego w zastosowaniu do mieszanek ceramicznych.

Incast 2008, Vol.21, nr 5, s. 28−29.

Monitorowanie lepkości mieszanek cera-

22

Odlewnictwo Współczesne

micznych w procesach precyzyjnego odlewania jest istotnym czynnikiem dla utrzymania kontroli procesów i osiągnięcia końcowych świadectw jakości. W przypadku kiedy odlewnia stosuje szereg metod dla zapewnienia jakości swoich mieszanek najbardziej przydatnym urządzeniem jest wiskozymetr. Scharakteryzowano budowę i możliwości wiskozymetrów pracujących na zasadzie czujników fal akustycznych.

Ich zalety powodują, że przewyższają one możliwości wiskozymetrów tradycyjnych - mechanicznych i elektromechanicznych.

Są to małe urządzenia, które mogą być całkowicie zanurzone w gęstwie ceramicznej. Na ich wskazania nie mają wpływu takie czynniki jak warunki przepływu, uderzenia i wibracje. Mogą być stosowane w trudnych warunkach w zakresie temperatury od 0 do 80−730°C, a pomiary mają dużą dokładność. Mogą one dostarczać informacji on-line o lepkości i temperaturze gęstwy. I mogą być zintegrowane z platformami pomiarowymi. Wiskozymetry akustyczne mierzą akustyczny opór pozorny. Do pomiaru wykorzystuje się rezonator fal akustycznych z kryształu kwarcu w kontakcie z badaną cieczą.

Dane zbierane są w jednominutowych odstępach, monitorowane i rejestrowane.

precyzyjne dla turbin gazowych i odlewów dla urządzeń lotniczych.

Nowa technologia unikania odwęglania warstwy powierzchniowej odlewów staliwnych przy odlewaniu metodą wytapianych modeli.

Processy lit'ja 2008, nr 3, s.21−26.

Opracowano technologię, która ma na celu eliminację odwęglania odlewów staliwnych i żeliwnych w procesie odlewania metodą wytapianych modeli. Stwierdzono, że wprowadzenie do warstwy ognioodpornej formy ceramicznej fluorku potasu, (która rozkłada się przy nagrzewaniu do temperatury powyżej 1000 stopni C z wydzieleniem fluoru) powoduje związanie tlenu. Wprowadzenie fluorku równocześnie do drugiej i trzeciej warstwy formy ceramicznej w zupełności zapobiega procesowi odwęglania.

Technologiczne możliwości wykorzystania odpadów z produkcji modeli ze styropianu spienionego.

Processy lit'ja 2008, nr 2, s. 43−48.

Przedstawiono metody przeróbki (wykorzystania) odpadów z produkcji modeli ze spienionego styropianu. Przedstawiono wyniki prac doświadczalnych nad wpływem zawartości „wtórnych granulek” na szczelność, wytrzymałość zgazowanych modeli i na szybkość podnoszenia się metalu w formie. Stwierdzono, że wprowadzenie do matrycy (formy na model) 50% „wtórnych granulek” nie prowadzi do pogorszenia jakości modeli i uzyskanych z nich odlewów. Uzyskane wyniki pozwalają zaoferować opracowaną metodę do aplikacji przemysłowej.

Obniżenie o 50% ciężaru zespołu przez dobre rozwiązanie i zastosowanie odlewów precyzyjnych.

Incast 2008, Vol.21, nr 6, s. 12.

Na życzenie klienta odlewnia Aristo-Cast wprowadziła innowacyjne rozwiązanie, w którym w miejsce zespołu tulei cylindrowej, składającego się z 6 obrabianych mechanicznie części, zastosowano jeden odlew.

White Light - system pomiaru dokładności wymiarowej odlewow precyzyjnych przy użyciu 3-wymiarowej digitalizacji.

Incast 2008, Vol.21, nr 7, s. 24−25.

Technologia przyspieszonego wyżarzania form ceramicznych.

Processy lit'ja 2008, nr 2, s. 49−55.

Opracowano technologię przyśpieszonego wyżarzania form ceramicznych dla metody wytapianych modeli z wprowadzeniem do masy ceramicznej dodatków zawierających utleniacze. Ustalono optymalne parametry wprowadzania utlenia-

Opracowano nowoczesny system bezkontaktowego pomiaru dokładności wymiarowej dla Przedsiębiorstw Przemysłu Ciężkiego Mitsubishi produkujących odlewy

23

Odlewnictwo Współczesne

czy i ich skład. Czas wyżarzania form został skrócony o ponad 20%.

usuwanie dużych frakcji wtrąceń niemetalicznych przez przesycanie kąpieli wodorem w 1-szym etapie oraz usuwanie wodoru znaną, efektywną metodą w drugim etapie rafinacji. Przedstawiono wyniki badań wpływu rafinacji (opisaną w artykule metodą) na właściwości mechaniczne stopów AK12M2 i AK7M2 (wytrzymałość, plastyczność).

09. INNE TECHNOLOGIE ODLEWANIA O hydrodynamice procesu zalewania ciekłego metalu do formy wirującej wzdłuż osi poziomej.

Lit.Proiz. 2008, nr 4, s. 26−30.

Urządzenia do wielowyjściowej dostawy mocy pozwalają zwiększyć produkcję odlewów precyzyjnych.

Incast 2008, Vol. 21, nr 5, s. 24−27.

Ruch ciekłego metalu przy zalewaniu do form wirujących można podzielić na trzy fazy, wychodząc z założenia warunków dynamicznych panujących w formie. Fazy te opisano obszernie w artykule. Fazę trzecią podzielono na dwa okresy. Hydrodynamiczne warunki ruchu ciekłego metalu w formach wirujących wokół osi poziomej są różne. Najważniejszym parametrem jest szybkość zalewania formy, zależna od średnicy kanału doprowadzającego metal. Ruch metalu wzdłuż formy zależy także od właściwości powierzchniowych ciekłego metalu, materiału wewnętrznej powierzchni formy i atmosfery gazowej we wnęce. Ważnym jest w tej technologii proces rozpoczynania wirowania, w którym powinno się zapobiegać tak zwanemu ”deszczowaniu” kropel ciekłego metalu.

Scharakteryzowano stację generatora mocy zdolną do zasilania równoczesnego dwóch lub więcej pieców. Jest ona stosowana w dużych topialniach od początku lat 90-tych ubiegłego wieku dla odlewni stosujących odlewanie w masach wilgotnych. Zwykle ta uniwersalna stacja umożliwia topienie przy równoczesnym wytrzymywaniu ciekłego metalu w drugim piecu podczas dodawania pierwiastków stopowych, pobierania próbek i spustu.

Ostatnio generatory te zaczęto stosować w odlewniach precyzyjnych. Stacja ta umożliwiła topienie równocześnie w dwóch piecach, topienie w jednym piecu i ciągłe odlewanie lub obróbkę cieplną w drugim, a także topienie i przetrzymywanie przy odlewaniu przeciwgrawitacyjnym. W artykule opisano jak rozwijała się technologia wielofunkcyjnego zasilania mocą. Podano także praktyczne rozwiązania z podaniem przykładów odlewni w której stacje pracują. Oprócz zasilania dwóch pieców podano schematyczne rozwiązania dla potrójnej dostawy mocy.

10. TOPIENIE Rafinacja stopów Al w celu usunięcia stałych wtrąceń niemetalicznych z wykorzystaniem wodoru.

Processy lit'ja 2008, nr 4, s. 48−56.

Oczyszczanie ciekłego aluminium.

Mod.Casting 2008, Vol. 98, nr 11, s. 32−34, 36−37.

Najbardziej rozpowszechnione metody rafinacji mają niedostatki, takie jak zależność stałych, niemetalicznych wtrąceń od przypadkowego charakteru spotkania z pęcherzykami gazu lub topnika oraz niekontrolowany charakter usuwania drobno rozłożonych wtrąceń niemetalicznych, które spełniają korzystną rolę jako zarodki krystalizacji. Dla zapobieżenia tym szkodliwym procesom zaproponowano kombinowaną metodę. Obejmuje ona

Konieczne jest zrozumienie i kontrola absorpcji wodoru, tworzenia się żużla, metalicznych i niemetalicznych wtrąceń oraz powstawania tlenków dla uzyskania właściwej jakości stopionego metalu. Omówiono powstawanie wtrąceń gazowych w różnych fazach topienia i transportu ciekłego metalu oraz skuteczności różnych metod odgazowywania.

24

Odlewnictwo Współczesne

11. OCZYSZCZANIE I WYKAŃCZANIE ODLEWÓW

Piece elektryczne do topienia, wytrzymywania ciekłego metalu i odlewania (część 42).

Giesserei 2008, Jg. 95, H.3, s. 64−70, 75−78, 80

Szczególne aspekty technologicznego procesu naprawy odlewow ze stopów magnezu.

Lit.Proiz. 2008, nr 3, s. 14−16.

Artykuł o charakterze cyklicznym stanowi zestawienie literatury na temat pieców elektrycznych do: topienia, wytrzymywania ciekłego metalu i odlewania. Artykuł podzielono na następujące grupy tematyczne: stan techniki w zakresie pieców elektrycznych stosowanych w odlewnictwie (technologia topienia); energia elektryczna w topialni (zasady optymalnego jej wykorzystania); topienie indukcyjne żeliwa i stali; topienie indukcyjne metali nieżelaznych i transport ciekłego metalu; układy podgrzewane do automatycznego odlewania.

Wysoka skłonność stopów magnezu do utleniania i skurczu powoduje występowanie dużego procenta braków w odlewach takich jak pęcherze, pęknięcia, wtrącenia topników i żużla. Scharakteryzowano te wady. Jako podstawową metodę naprawy tych wad uznano spawanie. Dlatego w ośrodkach badawczych prowadzono badania spawalności i sposobów jej podwyższenia dla najczęściej stosowanych układów Mg-Al-Zn i Mg-Zn-Zr. Opisano charakterystyczne cechy procesu spawania stopów magnezu. Problemem jest tutaj zapobieganie powstawaniu pęknięć na gorąco w napawanym metalu i czasem w strefie przejściowej. Podano zalecenia technologiczne i metalurgiczne dla naprawy odlewów ze stopów magnezu przez spawanie i zalecono skład drutu na spoinę dla stopów ML5, ML10, ML12 i ML15.

Perspektywy zastosowania technologii bezpośredniego wprowadzania pierwiastków stopowych przy zastosowaniu tlenków metali.

Processy lit'ja 2008, nr 3, s. 26−30.

Przegląd literatury na temat bezpośredniego stopowania odlewanych stopów manganem i chromem z utleniających materiałów. Przedstawiono eksperymentalne dane stopowania żeliwa chromem, niklem, wanadem z tlenkami z kąpieli metalowej. Pokazano prostotę i efektywność technologii stopowania odlewanych stopów tlenkami metali.

Obróbka odlewów na wymiar.

Druckguss 2008, nr 2, s. 82−84.

Firma „Koenig Praezision" GmbH wyspecjalizowała się w precyzyjnej obróbce odlewów. Początkowo w roku 2000 wykrawano (usuwano) zalewki także ręcznie.

Z biegiem czasu, ze względu na rosnące wymagania jakościowe obróbki powierzchni odlewów, firma się modernizowała i aktualnie posiada nowoczesne urządzenie odśrodkowe do śrutowania.

Opisano eksploatację takiego urządzenia.

Podano jego opis techniczny.

Odgazowanie stopów aluminium metodą próżniowo-plazmową.

Processy lit'ja 2008, nr 3, s. 35−38.

Przedstawiono nowe technologie rafinacji stopów metali nieżelaznych (kolorowych) przy nieprzerywanym (ciągłym) rozlewaniu metalu, rozpatrzono właściwości procesu usuwania wodoru ze stopów Al przy dogłębnej ich obróbce zimną i gorącą plazmą argonową w warunkach atmosferycznych i w próżni.

Wyższa wartość rynkowa produkcji dzięki robotom. Roboty przemysłowe przejmują procesy obróbki.

Giesserei 2008, Jg. 95, H. 2, s. 134−135.

W artykule przedstawiono w sposób kompleksowy zastosowanie nowoczesnych, sterowanych numerycznie

25

Odlewnictwo Współczesne

12. METALOZNAWSTWO I OBRÓBKA CIEPLNA

z wyspecjalizowanym oprogramowaniem robotów w gniazdach odlewania ciśnieniowego. Roboty znajdują zastosowanie nie tylko jako urządzenia do odbioru odlewów ciśnieniowych. Stosowane są także jako urządzenia do usuwania zalewek, a także wykańczania odlewów, wykonywania takich czynności, jak: toczenie, nawiercanie, frezowanie, szlifowanie. W odlewnictwie ciśnieniowym coraz częściej stosuje się roboty wielofunkcyjne, które mogą współpracować z szeregiem maszyn ciśnieniowych. Automatyczne wykańczanie odlewów możliwe jest w pewnych granicach, które narzucane są przez dopuszczalne tolerancje i są one różne dla różnych obszarów odlewu. Ograniczeniem może być też usytuowanie robota czy odlewu obrabianego w urządzeniu.

O modyfikowaniu stopów aluminiowo-krzemowych przy odlewaniu ciśnieniowym.

Lit.Proiz. 2008, nr 3, s. 19−22.

Badano wpływ modyfikowania stopów aluminium zaprawą Al-Ti-B przy odlewaniu ciśnieniowym ze szczególnym uwzględnieniem zmiany morfologii dendrytów.

Ponieważ przy odlewaniu ciśnieniowym następuje rozdrobnienie ziarna w odlewach, celem modyfikacji jest w tym przypadku badanie oddziaływania modyfikatora na morfologię, rozłożenie w odlewie i stabilność wymiarów pierwotnych kryształów roztworu stałego α w stopie aluminium. Do badań wybrano stop AK8M2BR i porównano ze stopem AK12. Opisano otrzymaną mikrostrukturę po modyfikacji. Metoda ta pozwoliła między innymi zmniejszyć porowatość dzięki temu, że tytan wiąże wodór w wodorki. Właściwości stopów porównywano w temperaturze eksploatacji cylindrów. Dyskutowano mechanizm oddziaływania modyfikatora na strukturę stopu AK8M2BR. Zalecany dodatek tytanu wynosi 0,01−0,15%. Pokazano fragment układu potrójnego Al-Ti-B, na który wprowadzono konoidalny trójkąt Al-TiB2-TiAl3. Fazy TiB2 i TiAl3 mają wysoką temperaturę topienia. Służą jako zarodki krystalizacji dla pierwotnych kryształów dendrytów roztworu α. Przedstawiono obliczenia ilości ziaren i opisano mechanizm ich wzrostu, zapewniający wyrównywanie i stabilność wielkości ziaren.

Obróbka za pomocą robotów z systemem „robmill".

Druckguss 2008, nr 3, s. 121−124.

Artykuł dotyczy zastosowania robotów z systemem „robmill" do wykańczania odlewów ciśnieniowych. System został opracowany przez austriacką firmę Fill GmbH. W artykule poruszono zagadnienie dokładności obróbki. W celu rozwiązania tego problemu zdecydowano się na zastosowanie kinematyki standardowej, ponieważ gwarantuje ona dużą elastyczność pracy robota i duże możliwości obróbki jeśli chodzi o zakres pracy robota. W ramach projektu dokonano zmian konstrukcyjnych robota poprawiając jego sztywność oraz technikę sterowania jego pracą.

Omówiono obróbkę odlewów za pomocą zmodernizowanego robota. Poruszono także aspekt kosztów.

Osobliwości krystalizacji żeliwa sferoidalnego modyfikowanego w formie (metoda Inmold).

Processy lit'ja 2008, nr 4, s. 16−21.

Celem badań była analiza powstawania mikrostruktury żeliw modyfikowanych różnymi metodami, przedstawienie złożoności, mechanizmu i kinetyki procesu modyfikacji, a także kształtowanie się pierwotnej struktury w formie odlewniczej.

Na podstawie badań wywnioskowano, że

26

Odlewnictwo Współczesne

mechanizm pierwotnej grafityzacji z żeliwie sferoidalnym otrzymywanym metodą Inmold posiada charakter dualistyczny i charakteryzuje się kinetyką fluktuacyjną.

i tlenku glinu na bazie fenomenologicznej teorii budowy faz metalurgicznych według modelu harmonicznych struktur materii (teoria MGS). Na bazie wyników opracowanych w pierwszej części badań opracowano strukturalne kompozycje faz pośrednich krzemianów żelaza, których skład określony został na podstawie układu podwójnego stanu FeO-SiO2 zbudowanego nową metodą graficzno-analityczną w całym zakresie koncentracji stałych i ciekłych składników.

Rozdrobnienie struktury krzepnącego stopu w warunkach wibracji o niskiej częstotliwości.

Processy lit'ja 2008, nr 4, s. 35−40.

Rozpatrzono możliwe mechanizmy oddziaływania wibracji o niskiej częstotliwości na proces rozdrobnienia struktury pierwotnej krzepnących modelowych wlewków metali. Badano związek między mechanizmem oddziaływania wibracji a intensywnością procesu odprowadzania ciepła z krzepnącego wlewka. Wykazano możliwość rozwoju kawitacji w stopie przy oddziaływaniu wibracji o niskiej częstotliwości.

Przy krzepnięciu wlewka oddziaływanie wibracji na krystalizujący stop powoduje powstawanie następujących efektów: mechaniczne łamanie się i rozdrobnienie kryształów na froncie krystalizacji powoduje zwiększenie ilości zarodków krystalizacji, zarodkowanie centrów krystalizacji w objętości stopu w wyniku kawitacji, zniszczenie kryształów przy powstawaniu pęcherzy kawitacyjnych. Jednak problem czynnika dominującego nie jest ustalony.

Opisano metodę badań przeprowadzonych dla ustalenia modelu oddziaływania wibracyjnego na krzepnący wlewek.

Wykonywanie odlewów w formach wykonanych z ognioodpornej osnowy ziarnowej, kokilowych z metali lekkich (część 45). Cześć 1: Aluminium podstawy metaloznawcze, tworzywa i ich właściwości.

Giesserei 2008, Jg. 95, H. 3, s. 50−60, 62.

Artykuł o charakterze cyklicznym stanowi zestawienie literatury na temat wykonywania odlewów piaskowych i kokilowych z metali lekkich ze szczególnym uwzględnieniem aluminium. Literaturę zestawiono pod kątem podstaw metalurgicznych, stosowanych tworzyw i ich właściwości.

Omawiane pozycje literatury opatrzone są krótkim komentarzem. Artykuł podzielono na następujące grupy tematyczne: struktura; wady struktury; obróbka cieplna stopów; opracowywanie nowych stopów aluminium i optymalizacja ich właściwości; zmęczenie stopów i ich zniszczenie mechaniczne; zmęczenie termomechaniczne, pełzanie i naprężenia własne; właściwości korozyjne i właściwości powierzchni; zużycie.

Strukturyzacja faz tlenkowych w procesach odtleniania stopów Fe-C krzemem i aluminium. Część 2.

Processy lit'ja 2008, nr 4, s. 56−62.

Przy odtlenianiu stopów Fe-C krzemem i aluminium natura wtrąceń niemetalicznych warunki powstawania obszarów homogenizacji, stabilność termiczna określane są stanem strukturalno-chemicznym układu potrójnego FeO-SiO2- Al2O3, obejmujące układy binarne FeO-SiO2, FeO-Al2O3, SiO2-Al2O3, które były przedmiotem badań w kolejnych publikacjach. W pierwszej części przedstawiono wyniki badań strukturalnochemicznych stanu wyjściowego ciekłych i stałych składników: wustytu, krzemionki

13. ŻELIWO I ODLEWY ŻELIWNE Kształtowanie się struktury żeliwa modyfikowanego cyrkonem na klocki hamulcowe.

Lit.Proiz. 2008, nr 3, s. 2−3.

Prowadzono badania modyfikacji cyrkonem żeliwa przeznaczonego na klocki hamulcowe dla pojazdów szynowych.

27

Odlewnictwo Współczesne

Określono kształtowanie się struktury i mechanizm powstawania ferrytu. Określono krzywe chłodzenia. Stwierdzono, że cyrkon oddziaływuje rafinująco i odgazywująco na żeliwo oraz że cyrkon rozdrabnia fazę grafitową.

gań technicznych. Dlatego przeprowadzono badania mające na celu opracowanie rozwiązań technologicznych przy odlewaniu dużych tulei dla silników okrętowych. Równomierna gęstość form i różna przewodność cieplna poszczególnych części form zapewni optymalne warunki krystalizacji metalu i powstawania wymaganej struktury w odlewach. Opracowano nową technologię przygotowania odlewów pierścieni. Zastosowano okrągłe skrzynki, zapewniające równą warstwę masy na obwodzie odlewu i formę stopniową o poziomej płaszczyźnie podziału.

W poszczególnych częściach formy zastosowano różne masy: dla części pod nadlewem masy o wysokiej przewodności cieplnej a dla pozostałych masę piaskowo-gliniastą z dodatkiem szamotki, masy chromitowe, masy chromitowo-magnezytowe oraz masy wiązane chemicznie. Wykonano próbną serię przemysłową według nowej technologii dla odlewów z żeliwa o wytrzymałości do 300 MPa i twardości do 260 HB.

Problemy zabieleń w odlewach żeliwnych i metody zapobiegające im.

Lit.Proiz. 2008, nr 3, s. 4−6.

Omówiono problem zabieleń w odlewach żeliwnych. Dla ich wyeliminowania proponuje się obróbkę cieplną lub modyfikację grafityzującą. Najbardziej optymalna jest późniejsza modyfikacja grafityzująca prasowanymi tabletkami modyfikatora o specjalnym składzie chemicznym umieszczonych we wlewie głównym formy odlewniczej. W tej technologii uzyskujemy maksymalny efekt grafityzacji (zarodkowanie i wzrost grafitu), prawidłowy obraz cementytu i wyrównanie fizyczno-mechanicznych właściwości żeliwa w przekrojach odlewu.

Wysokojakościowe żeliwo jako materiał na szybko zużywające się elementy maszyn.

Lit.Proiz. 2008, nr 2, s. 2−4.

Efektywna metoda zapobiegania zabieleniom w odlewach żeliwnych.

Lit.Proiz. 2008, nr 1, s. 2−4.

Eliminacja zabieleń w odlewach żeliwnych jest trudnym problemem w produkcji części dla maszyn. Autorzy zbadali i rozwinęli efektywną metodę pozwalającą rozwiązać ten problem. Opracowali i wytworzyli dodatek grafityzujący eliminujący zabielenia w odlewach żeliwnych o różnej postaci grafitu.

Opracowano oszczędnościowe, chromowe, odporne na ścieranie żeliwo. Porównawcze badania właściwości mechanicznych i użytkowych dziesięciu gatunków żeliw odpornych na ścieranie pozwoliły na ujawnienie dwu najlepszych gatunków: ekonomicznego stopu ICh270Kh18 i bezniklowego stopu ICh210Kh30G2. Dla poprawy udarności i obrabialności opracowano kompleksowe modyfikatory i warunki obróbki pozwalające na wykonywanie elementów zastępujących dotychczas stosowane ze stali (np. części do kultywatorów lub lemiesze).

Rozwój technologii odlewanych wałów korbowych z wysokowytrzymałego żeliwa.

Processy lit'ja 2008, nr 4, s. 9−16.

Przedstawiono kilkuletnie prace badawcze nad poprawą technologii wałów korbowych z żeliwa sferoidalnego, które zastępują części kute z niskostopowych stali.

Dokonano analizy pod względem technologicznym, ekologicznym rynkowym i ekonomicznym i wskazano sposoby poprawy właściwości fizycznych, mechanicznych i użytkowych, które zastępują części kute z niskostopowych stali.

O wykonywaniu masywnych odlewów tulei dla silników okrętowych Diesel’a.

Lit.Proiz. 2008, nr 2, s. 8−11.

Stwierdzono, że właściwości tulei cylindrowych według stosowanej technologii nie mogą spełnić podwyższonych wyma-

28

Odlewnictwo Współczesne

Wpływ dodatków kompleksowych związków miedzi, siarki, aluminium lub tytanu na strukturę żeliwa szarego.

Processy lit'ja 2008, nr 4, s. 21−29.

Odlewnia Dotson Iron Castings zastąpiła spawany z wielu elementów zespół mocujący traktora - kilkoma częściami odlewanymi z żeliwa sferoidalnego, redukując ciężar (o 30%) zespołu, poprawiając jego parametry i wygląd zewnętrzny.

Wprowadzenie do żeliwa szarego miedzi i siarki powoduje powstawanie w strukturze osobnych wydzieleń kombinacji siarczków tworzących zwarte wtrącenia o kulistym kształcie. Siarczki tworzą się w połączeniu z miedzią, żelazem i manganem. Działają one jako elementy smarujące w strukturze i podwyższają właściwości trybologiczne. Dla uzyskania podwyższonej odporności na ścieranie w ekstremalnych warunkach tarcia użyto dodatku aluminium i tytanu. Dlatego przeprowadzono badania wpływu aluminium lub tytanu na strukturę, skład chemiczny faz (szczególnie siarczków), właściwości mechaniczne faz żeliw stopowych z miedzią i siarką.

Naskórek odlewniczy oddziałuje na lekkie odlewy z żeliwa sferoidalnego.

Mod.Casting 2008, Vol. 98, nr 2, s. 49−50.

Objęte normami właściwości mechaniczne żeliwa sferoidalnego i wermikularnego badane są na próbkach obrabianych mechanicznie. Ponieważ odlewy zachowują w dużej mierze swoją warstwę powierzchniową zwaną naskórkiem, to właściwości statyczne jak i dynamiczne mogą w praktyce odbiegać od wartości mierzonych standardowych próbkach. W miarę jak grubość odlewu maleje wpływ naskórka na właściwości mechaniczne wzrasta.

Przeprowadzono badania różnych cech, które razem definiują wpływ naskórka, opracowano metodę jego pomiaru w cienkościennych odlewach z żeliwa sferoidalnego i jaki mają wpływ na jego właściwości. Badano także wpływ naskórka w odlewach z żeliwa wermikularnego. Podzielono tzw. „naskórek” na dwie części: powierzchniową, która jest uznana jako chropowatość odlewu i warstwę podpowierzchniową obejmującą zdegenerowane wydzielenia grafitu oraz pierścień perlityczny. Stwierdzono, że chropowatość wzrasta ze wzrostem ciśnienia metalostatycznego. Degeneracja mikrostruktury w podpowierzchniowej warstwie naskórka jest wynikiem dyfuzji tlenu z formy do żeliwa, a dyfuzja węgla z formy może być powodem powstania pierścienia perlitu.

Struktura i twardość odlewanych kul z żeliwa chromowego odlewanych z zastosowaniem modeli zgazowanych.

Processy lit'ja 2008, nr 4, s. 63−67.

Stosowane metody odlewania mielników do różnego rodzaju kokil cechują się dużą ilością braków, dochodzącą do 25%.

W celu zmniejszenia ilości braków poszukiwano technologii alternatywnych. Przeprowadzono próby odlewania mielników z zastosowaniem metody modeli zgazowanych. Wykonano dwie serie odlewów o średnicach 25 i 90 mm. Opisano mikrostrukturę na przekroju odlewów. W charakterze wypełniacza form zastosowano piasek kwarcowy i śrut metalowy. Zastosowano pokrycia ochronne, ognioodporne, z pasty cyrkonowej. Mikrostruktura odlewów składa się z eutektyki austenitycznowęglikowej na bazie węglików chromu.

Porównano strukturę (zabielenie) i twardość kul odlanych technologią zgazowanych modeli i kokilowo.

Odlew rozwiązuje problemy.

Mod.Casting 2008, Vol. 98, s. 45−48.

nr

Wskaźniki mechaniki pękania różnych gatunków żeliwa.

Konstruieren+Giessen 2008, Jg. 33, nr 4 s. 2−34.

W artykule tym przedstawiono w sposób kompleksowy badania prowadzone przez Instytut Materiałoznawstwa Akademii Górniczej we Freibergu dotyczące wyznaczania i wykorzystania wskaźników mechani-

11,

29

Odlewnictwo Współczesne

ki pękania różnych gatunków żeliwa przy obciążeniu statycznym, dynamicznym i zmiennym. W rozważaniach uwzględniono także obszerną literaturę, która jest bibliografią tego artykułu. Wynikiem badań mechaniki pękania gatunków żeliwa o dobrych właściwościach plastycznych (żeliwa sferoidalnego) pokazują wyraźnie, że w porównaniu ze stalą i staliwem wskaźniki te są znacznie wyższe niż należałoby się tego spodziewać po stosunkowo niskiej udarności. Dlatego też jest możliwa rzeczywista ocena bezpieczeństwa odlewów z żeliwa o dobrych właściwościach plastycznych (żeliwa sferoidalnego) w przypadku bezpośredniego porównania ze stalą i staliwem. Tak jak to miało miejsce w przypadku dopuszczenia do eksploatacji rur z żeliwa EN-GJS-400-18 odlewanych odśrodkowo. W artykule opisano badania następujących gatunków żeliwa: żeliwo szare z grafitem płatkowym, żeliwo szare z grafitem wermikularnym, sferoidalne, ciągliwe. Omówiono zagadnienie odporności na zużycie żeliw zabielanych.

Omówiono zastosowanie odlewów żeliwnych, np. na koła wagonów, zbiorniki, elementy turbin elementy elektrowni wiatrowych. Przedstawiono też zagadnienie wytrzymałości żeliwnych połączeń spawanych.

także substancje posiadające właściwości twardych smarów, które zawierają grafit i siarczki metali z heksagonalną krystaliczną siatką.

14. STALIWO I ODLEWY STALIWNE Otrzymywanie narzędzi odlewanych z odpadów stali szybkotnącej.

Lit.Proiz. 2008, nr 4, s. 6−8.

W Rosji prowadzone są prace nad ujednoliceniem technologii przeróbki odpadów stali szybkotnącej mające na celu zapewnienie stabilnych właściwości narzędzi szybkotnących. Do badań wybrano odpady stali R6M5 które przetapiano elektrożużlowo i poddano obróbce termomechanicznej, tzw. ekstruzji. Badania wykazały nieco obniżoną zawartość wolframu i molibdenu w stosunku do zalecanej w GOST 19265-73. Zawartość pozostałych pierwiastków odpowiada zaleceniom normy.

Mikrostruktura próbek po odlaniu i po wyżarzeniu w wysokiej temperaturze wykazywała grubą siatkę ledeburytu. Zastosowanie ekstruzji pozwoliło na rozdrobnienie i rozrywanie siatki ledeburytu. Pokazano makrostrukturę ziaren stali po ekstruzji i obróbce pod ciśnieniem. Przedstawiono wyniki kompleksowych badań właściwości tej stali. Trwają badania frezów wykonanych według opisanych w artykule zaleceń.

Nowe stopy na bazie żelaza odporne na zużycie z uzupełniającą fazą (siarczkową) - analogia trwałego smarowania.

Processy lit'ja 2008, nr 3, s. 70−73.

Techniczne możliwości podwyższania odporności na niską temperaturę odlewów staliwnych.

Lit.Proiz. 2008, nr 3, s. 7−11.

Odporne na zużycie przez ścieranie stopy, które używane są do produkcji elemnetów pracujących w warunkach suchego i granicznego tarcia wymagają pewnej określonej struktury. W większości przypadków struktura tych stopów powinna odpowiadać zasadom Sharpy. Główne wymagania trybologiczne odnośnie odpornych na ścieranie stopów to tworzenie na powierzchni narażonej na ścieranie cienkiej warstwy (słoja) odpornej osnowy lub dodatkowej fazy ograniczającej transfer masy. W zakresie takich materiałów mogą mieć zastosowanie miękkie i plastyczne materiały (głównie miedź, cyna, ołów), a

Wykazano, że właściwości eksploatacyjne odlewów staliwnych w warunkach klimatu o niskich temperaturach można poprawić przez mikrododatki silnie węglikotwórczych pierwiastków. Stwierdzono, że efektywność modyfikacji staliwa modyfikatorami z pierwiastkami ziem rzadkich zależna jest od szybkości stygnięcia.

30

Odlewnictwo Współczesne

Nowe technologie produkcji drobnych odlewów ze stopów żelaza.

Lit.Proiz. 2008, nr 2, s. 37−39, sum.

15. STOPY METALI NIEŻELAZNYCH I ODLEWY Z TYCH STOPÓW

Opisano produkcję śrutu staliwnego w zakładzie samochodowym w Mińsku, przy wykorzystaniu specjalnego kompleksu urządzeń. Uzyskuje się regularnie sferyczne powierzchnie i gładką powierzchnię śrutu.

Badanie właściwości nowych stopów magnezu użytych do odlewania ciśnieniowego części samochodowych.

Lit.Proiz. 2008, nr 3, s. 27−30.

Przedstawiono dane studialne na temat właściwości mechanicznych stopów Mg nowej generacji, przeznaczonych na części samochodowe. Określono wpływ dodatku niektórych pierwiastków na wytrzymałość i plastyczność stopów w temperaturach 20°C, 150°C i 250°C. Zbadano wpływ dodatku wapnia na redukcję utlenialności stopów. Porównano właściwości eksploatacyjne części samochodowych wykonanych z badanego stopu z innymi odlewanymi ciśnieniowo stopami.

Badanie wpływu domieszek metali nieżelaznych na właściwości staliwa wysokojakościowego.

Processy lit'ja 2008, nr 4, s. 29−35.

Zbadano wpływ śladowych dodatków metali kolorowych (antymonu, ołowiu, cyny, bizmutu i cynku) na właściwości mechaniczne staliwa stopowego (12Kh2GMFRL, 15Kh1M1FL, 34KhNZML) w temperaturze pokojowej i temperaturze wysokiej w przedziale 1100°C - solidus.

Żarowytrzymałość tłokowych stopów aluminiowo-krzemowych.

Lit.Proiz. 2008, nr 1, s. 5−6.

Kierunki poprawy jakości materiałów ogniotrwałych do odlewania staliwa.

Processy lit'ja 2008, nr 3, s. 31−34.

Określono wartości wydłużenia, współczynnika i czasu pękania próbek obciążonych w temperaturze 300°C. Wykazano, że wartości trwałości podawane w literaturze prawie zawsze zawyżone są około dwa razy. Właściwości odporności tłoków siluminowych w temperaturze 300°C mogą być porównywalne z wytrzymałością 38,1 MPa po wstępnej obróbce cieplnej w 100 h w temperaturze 300°C.

Przedstawiono badania nad zastosowaniem różnego typu ceramiki na filtry takich materiałów ogniotrwałych jak korund, cyrkon z wykorzystaniem modyfikatorów (proszki aluminium) a jako elementów wiążących - zhydrolizowanego krzemianu etylu i spoiw fosforanowych. Przedstawiono skład chemiczny i charakterystyki materiałów na filtry. Stwierdzono, że zastosowanie modyfikowanej ognioodpornej ceramiki o omawianym składzie pozwala otrzymać filtry o wysokich eksploatacyjnych właściwościach.

Odlewanie stopów aluminium z nanostrukturalnym i sferoidalnym krzemem.

Lit.Proiz. 2008, nr 1, s. 31−33, bibliogr. 3 poz. sum.

Artykuł omawia odlewanie z utwardzaniem w czasie krystalizacji. Jest to gruntownie nowa obiecująca technologia pozwalająca na produkcję odlewów ze stopów Al o unikalnych fizykomechanicznych, technologicznych i eksploatacyjnych właściwościach. Opracowano i stworzono urządzenia i pilotowe stanowisko pozwalające produkować 0,5−2 t odlewów na godzinę.

31

Odlewnictwo Współczesne

Pierwiastki stopowe dodawane do stopów cynku na cienkościenne odlewy ciśnieniowe.

Mod.Casting 2008, Vol. 98, nr 9, s. 39−42.

nych na odlewy. Stopy w stanie obróbki T1 scharakteryzowano za pomocą wyników szeregu badań wytrzymałościowych.

Były to: jednoosiowe rozciąganie, badanie wrażliwości na wydłużenie, badanie udarności (skłonności do rozdarcia), próby zginania, próby zginania płyty (próby zginania przy trzech punktach podparcia) i próba spęczniania przy ściskaniu osiowym. Ciągliwość warstwy brzegowej określono za pomocą modelowania odwrotnego. Określono także poziom zniszczenia warstwy brzegowej (metody Cockcroft i Latham). Wyniki w postaci danych numerycznych zostały wykorzystane w modelowaniu odkształcenia profili „U” podczas osiowego spęczniania i zginania przy założeniu, że warstwa brzegowa jest bez wad oraz, że obszar wewnętrzny profilu posiada ograniczoną ciągliwość. Uzyskane podczas badań wyniki można zestawić następująco: krzem wpływa na ciągliwość i odkształcenie w wyniku rozciągania; pęknięcia powstają w obszarach eutektycznych; ograniczenie ilości Si poprawia odkształcalność; przy jednoosiowym obciążeniu inicjacja pęknięć ma miejsce w środku odlewu, warstwa brzegowa ma większą ciągliwość; przy odkształceniu strukturalnym stop AlSi4Mg we wszystkich przypadkach okazał się bardziej plastyczny; numeryczne przewidywanie zachowania się tworzywa (stopu) przy próbie osiowego spęczniania jest w dużej mierze zgodne z wynikami pomiarów jeśli chodzi o powierzchnie było porównywalne; stop AlSi9Mg okazał się bardziej kruchy zarówno przy próbie spęczniania, jak i przy próbie zginania.

W celu opracowania nowej rodziny ciśnieniowych, cienkościennych odlewów ze stopów cynku do handlowych stopów cynku wprowadzano dodatek aluminium.

Uzyskano podwyższenie lejności stopu oraz poprawę udarności, a próby przemysłowe wykazują, że stopy te mogą być stosowane na odlewy cienkościenne o wysokiej jakości. Przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych tych stopów. Obliczenia termodynamiczne były przeprowadzane, aby pomóc wyjaśnić zachodzące zjawiska i umożliwić przewidywanie projektów nowego typu stopów.

Jako punkt odniesienia wybrano stop 7 z grupy ZAMAK. Następnie przygotowano stopy doświadczalne - przede wszystkim z dodatkiem aluminium, zarówno nad- jak i podeutektyczne.

Produkcja odlewów z brązów chromowych metodą odlewania kokilowego.

Processy lit'ja 2008, nr 4, s. 77−80.

Temperatura zalewania brązu chromowego w zależności od grubości odlewu powinna wynosić 1250−1350°C, temperatura kokili: 700−900°C, termoizolacyjne pokrycie roboczych części kokili składa się z 4% grafitu i 96% maszynowego oleju. Przy długotrwałym przetrzymywaniu ciekłego metalu pod topnikiem w otwartym piecu powinno się dodawać 0,02% B co każde 25−30 minut po wprowadzeniu chromu.

Odlewanie metali kolorowych (część 42).

Giesserei 2008, Jg. 95, H. 2, s. 66−76, 78.

Przejmowanie energii i strukturalna zdolność do odkształceń odlewów ciśnieniowych ze stopów Al-Si. Giesserei 2008, Jg. 95, H. 2, s. 34−36, 38, 40, 42.

Artykuł o charakterze cyklicznym jest zestawieniem literatury na temat odlewania metali kolorowych. Podzielono go na następujące grupy tematyczne: stopy odlewnicze miedzi; brązy i mosiądze (ich badanie, rodzaje i rozwój); odlewanie cyny i cynku (z pominięciem odlewania ciśnieniowego); odlewy ze stopów tytanu i

W poniższej pracy opisano badania cienkościennych profili „U” ze stopów AlSi4Mg i AlSi9Mg, odlewanych ciśnieniowo, w celu scharakteryzowania stopów zastosowa-

32

Odlewnictwo Współczesne odlewanie stopów tytanu; odlewanie niklu i odlewy ze stopów niklu.

do odlewania ciśnieniowego, monolitycznych bloków silników.

Ramy wewnętrzne drzwi rozmiaru XXL. Giesserei 2008, Jg. 95, H. 2, s. 129−132.

Rozważania na temat pomiaru wytrzymałości zmęczeniowej odlewów ze stopów aluminium przeznaczonych na silniki.

Konstruieren+Giessen 2008, Jg. 33, nr 4, s. 35−37.

Artykuł dotyczy opracowywania konstrukcji i wykonania ram wewnętrznych drzwi samochodowych bardzo dużych rozmiarów w aspekcie otrzymywania konstrukcji lekkich. Przedstawiono historię rozwoju dużych konstrukcji tego typu. Wcześniej były to konstrukcje „mieszane” (stalowoblaszane). Aktualnie konstrukcje takie wykonuje firma „Alcoa Automative”, są to konstrukcje odlewane ciśnieniowo metodą ciśnieniową AVDC (metoda próżniowego odlewania ciśnieniowego). Tego typu konstrukcje wykonywane są ze stopów Al o masie 5,5 kg. Opisano wykonanie konstrukcji o wymiarach 1300 x 750 mm.

W przypadku tego typu dużych konstrukcji istotny jest dobór odpowiedniej grubości ścianki w celu zapewnienia odpowiedniej sztywności odlewu (przyjęto grubość ścianki 3 mm). Istotną cechą konstrukcji jest zdolność do przejmowania energii uderzenia. Wybrano stop AlMg3Mn wytrzymujący uderzenia o szczególnie dużej sile. Opisano sposób wykonania odlewu.

Dynamiczne wskaźniki wytrzymałościowe mają coraz większe znaczenie w opracowywaniu konstrukcji odlewanych. Wyznaczanie wskaźników wytrzymałościowych, szczególnie odlewów przeznaczonych na elementy silnika, musi odbywać się w warunkach eksploatacji. Należy brać pod uwagę rodzaj struktury, charakter obciążenia i warunki otoczenia. W artykule tym omówiono zależność średnich naprężeń od temperatury. W oparciu o liczne badania głowic cylindrów i korpusów silników można, było niezależnie od siebie, ustalić wpływ różnych odstępów między dendrytami i charakteru porowatości na wytrzymałość zmęczeniową. Istotna jest tu także technologia wytwarzania.

Odlew ciśnieniowy obudowy silnika do ciężkich samochodów dostawczych ze stopu Al. Giesserei 2008, Jg. 95, H. 3, s. 32−35.

Wpływanie na strukturę stopu AlSi17Cu4Mg poprzez dodatek węglika wapnia.

Druckguss 2008, nr 3, s. 109−112.

Stale rosnące koszty transportu doprowadziły również do ograniczania masy podzespołów odlewanych do samochodów dostawczych. Do ograniczenia masy pojazdu a tym samym do zmniejszenia zużycia paliwa przyczynia się m.in. opracowywanie lekkich konstrukcji obudów silników wykonywanych jako odlewy ciśnieniowe ze stopów aluminium. To są odlewy ciężkie o dużych grubościach ścianek i aby sprostać rosnącym wymaganiom jakościowym konieczny jest wybór odpowiedniej technologii formowania i odlewania. Nad doborem odpowiednich stopów i metod odlewania konstrukcji lekkich pracuje od lat firma Honsel GmbH & Co. KG. W artykule przedstawiono, na podstawie przykładów, zastosowanie lekkich konstrukcji odlewanych w samochodach dostawczych i autobusach (głównie obudów silników).

Omówiono sposoby wykonania z zastoso-

Przedstawiono możliwości wpływania na strukturę nadeutektycznego stopu AlSi17Cu4Mg, przeznaczonego na tłoki i bloki silników, przez dodatek węgliku wapnia w celu dopasowania go do rosnących wymogów przemysłu motoryzacyjnego. Przez ustalenie zmodyfikowanej struktury i przez jednoczesne rozdrobnienie kryształów krzemu pierwotnego z 45 do 28 mikrometrów stop AlSi17Cu4Mg uzyskuje większą o 18% wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności w porównaniu ze stopem standardowym.

Uzyskany spadek temperatury wydzielania się krzemu pierwotnego pozwolił na znaczne obniżenie temperatury odlewania stopu AlSi17Cu4Mg, co stwarza warunki

33

Odlewnictwo Współczesne

waniem nowoczesnych programów symulacyjnych. Omówiono warunki pracy tych odlewów i przedstawiono wymagania wytrzymałościowe.

konstrukcyjne i użytkowe. Mogą posiadać dobrą odporność na zużycie oraz wysokie właściwości eksploatacyjne i fizyko-mechaniczne. Kompozyty o osnowie metalowej otrzymuje się drogą przemieszczania fazowego stało-ciekłego i specjalnych metod odlewania. Przykładem jest tutaj odlewanie odśrodkowe, które umożliwia otrzymywanie struktury warstwowej w odlewach, zróżnicowanej w warstwie zewnętrznej i wewnętrznej. W celu prognozowania racjonalnych składów kompozytów na osnowie aluminium i wyboru optymalnych wypełniaczy przeprowadzono obliczenia trajektorii ruchu różnych cząstek zbrojących kompozyty odśrodkowo odlewane. Przy obliczeniach uwzględniano siły oddziaływujące na zachowanie się cząstek wprowadzanych do wirującego stopu aluminium. Ustalono, że cząstki wiór z brązu osiągają zewnętrzną powierzchnię odlewu znacznie szybciej niż cząsteczki węglika krzemu i cząsteczki odlewane z kamienia.

16. KOMPOZYTY Wpływ obróbki laserowej na strukturę i właściwości odlewanego kompozytu Fe-Cr-Cu-C-Ti. Processy lit'ja 2008, nr 3, s. 51−59.

Zbadano wpływ oddziaływania laserem na strukturę warstwy powierzchniowej kompozytu Fe-Cr-Cu-C-Ti i na jego charakterystyki trybologiczne w warunkach granicznej ścieralności (granicznego tarcia).

Określono między innymi mikrotwardość i skład chemiczny odlewanych kompozytów przed obróbką i po obróbce laserem w osnowie, w poszczególnych fazach i wydzieleniach warstwy powierzchniowej stopu.

Wpływ dodatku nanografitu na trybologiczne właściwości kompozytu na osnowie stopu aluminium AK7 z 60% dodatkiem SiC. Processy lit'ja 2008, nr 3, s. 64−67.

Badanie mechanizmu zużycia przez abrazję makroheterogenicznych kompozytów metodą sklerometryczną.

Processy lit'ja 2008, nr 3, s. 80−84.

Za pomocą metody sklerometrycznej badano mechanizm zużycia abrazyjnego odlewanego materiału kompozytowego o budowie makroheterogenicznej i monostopu. Był to kompozyt o budowie przeciwciernej typu BRA9Ż4 wzmocniony stalowym śrutem o średnicy granulek 1,0 do 1,5 mm. Badano próbki w stanie wyjściowym i po zahartowaniu w wodzie. Porównano otrzymaną strukturę ze strukturą monostopu brązu. Badania odporności na zużycie prowadzono na specjalnym stanowisku wyposażonym w przystawkę mikrotrybometryczną, przy zastosowaniu różnych obciążeń. Badania ujawniły zalety odlewanych materiałów kompozytowych stal-miedź w warunkach abrazyjnego oddziaływania. Stwierdzono, że makroheterogeniczna struktura składająca się w 50−70% z twardych, stalowych granulek, równomiernie rozłożonych w stopie miedzi sprzyja zmniejszeniu intensywności zarysowywania powierzchni

Zbadano trybologiczne charakterystyki kompozytowego materiału na osnowie stopu AK7 z ceramiczną fazą SiC (60% objętości) i efekt dodatku w ilości mniej niż 1% nanografitu. Stwierdzono, że dodatek w takiej ilości grafitu o nanorozmiarach zwiększa odporność na ścieranie kompozytu. Oceniono efektywność zastosowania nanostrukturalnych wypełniaczy w charakterze smaru w odpornych na ścieranie kompozytowych materiałach na osnowie aluminium wzmacnianych cząsteczkami ceramicznymi.

Cechy szczególne procesu odśrodkowego odlewania kompozytów heterofazowych o osnowie metalowej.

Processy lit'ja 2008, nr 3, s. 67−70.

Odlewane kompozytowe materiały na osnowie aluminium znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle jako materiały

34

Odlewnictwo Współczesne

przez cząsteczki abrazyjne. Podwyższona odporność na zużycie abrazyjne była potwierdzona w czasie badania kompozytu przy różnych warunkach tarcia abrazyjnego. Badania trybotechniczne i sklerometryczne oraz badania doświadczalno-przemysłowe pozwalają polecić ten kompozyt jako materiał przeciwcierny na łożyska do stosowania w warunkach tarcia suchego, przy podwyższonych obciążeniach i temperaturze oraz przy działaniu cząstek endo- i egzogenicznych.

W artykule scharakteryzowano urządzenia pomiarowe stosowane w przemyśle odlewniczym, oferowane przez firmę KOEGEL. To są na przykład: urządzenie do próby klinowej, urządzenie do badań wytrzymałości mas formierskich (badania na wilgotno), urządzenie do kontroli kształtu.

W artykule scharakteryzowano nie tylko te urządzenia podając ich opis techniczny i parametry, ale także podano informacje dotyczące oprogramowania i możliwości współpracy z komputerem.

Problem wydzielających się z rdzeni gazów.

Mod.Casting 2008, Vol. 98, nr 10, s. 34−37.

17. SYSTEMY ZAPEWNIANIA JAKOŚCI, STATYSTYCZNA KONTROLA PROCESU (SPC), CERTYFIKACJA, KONTROLA JAKOŚCI, BADANIA ODBIORCZE

Wady powodowane gazami wydzielającymi się z rdzeni są prawdziwą plagą w przemyśle odlewniczym. W artykule omówiono badania realizowane przez specjalnie powołane konsorcjum, które powinny spowodować ograniczenie tych wad.

Nowoczesne metody badań właściwości mechanicznych tworzyw odlewanych.

Giesserei-Prax. 2008, nr 4, s. 134−137.

W artykule opisano wyznaczanie właściwości mechanicznych za pomocą nowoczesnych urządzeń, w których istnieje możliwość pełnej dokumentacji wyników badań właściwości badanych gatunków tworzyw. Tak na przykład maszyny do badań wytrzymałościowych prób rozciągania i zginania sterowane są za pomocą oprogramowania, które umożliwia rejestrację przebiegu badań w sposób automatyczny.

W artykule opisano wyznaczanie właściwości mechanicznych przez: próbę rozciągania, bezdotykowe badanie wydłużenia, granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie w podwyższonej temperaturze. Omówiono stosowane oprogramowanie.

Niezawodna analiza mikroporowatości. Badania rentgenowskie za pomocą urządzeń o wysokiej rozdzielczości w DGH Group.

Giesserei 2008, Jg. 95, H. 2, s. 82−83.

Omówiono działalność korporacji firm Druckguss Heidenau Group zajmującej się produkcją odlewów ciśnieniowych ze stopów aluminium i magnezu na potrzeby motoryzacji, znanych producentów samochodów (odlewy skomplikowane do 100 kg). Produkowane odlewy poddawane są szczegółowej kontroli pod kątem występowania porowatości. Do tego celu wykorzystuje się urządzenia rentgenowskie o wysokiej rozdzielczości firmy „Phoenix” Opisano eksploatację nowoczesnych urządzeń rentgenowskich do kontroli jakości odlewów. Działalność odlewni z integrowana jest z centrum badawczym i centrum produkcji form ciśnieniowych.

Urządzenia pomiarowe firmy KOEGEL. Giesserei-Prax. 2008, nr 4, s. 138−140.

Działalność firmy KOEGEL obejmuje wszystkie gałęzie przemysłu. Produkuje ona różnego typu urządzenia pomiarowe.

Działalność firmy obejmuje także modernizację istniejących urządzeń pomiarowych i doradztwo w zakresie ich doboru.

35

Odlewnictwo Współczesne

Aspekty powstawania pęknięć na gorąco na przykładzie stopów AlSi. Druckguss 2008, nr 3, s. 119-120.

19. HISTORIA ODLEWNICTWA I ODLEWY ARTYSTYCZNE

Powstawanie pęknięć na gorąco jest zjawiskiem, które w przypadku odlewów ze stopów aluminium prowadzi do znacznych problemów. Mechanizmy, które prowadzą do pęknięć na gorąco są bardzo złożone i ogólne wyjaśnienie tego zjawiska jest trudne. W artykule wymieniono niektóre aspekty powstawania pęknięć na gorąco na przykładzie stopów AlSi.

Wpływ parametrów technologicznych na jakość odlewów wykonywanych w formach cementowych.

Lit.Proiz. 2008, nr 2, s. 24−27.

Podano charakterystyczne cechy odlewania z wytapianych modeli do form wykonywanych z nalewanych mas na spoiwie cementowym wyrobów artystycznych ze stopów miedzi. W skład masy wchodzi wypełniacz na osnowie krzemionki, cement portlandzki i dziewięcio-uwodniony azotan aluminium. W masie tej można wykonywać także odlewy żeliwne, których nie można odlewać w formach gipsowych.

Jednak w odlewach żeliwnych powstają wady typu pęcherzy gazowych. Opracowana masa cementowa w odróżnieniu od zwykle stosowanej, charakteryzuje się znacznie mniejsza przepuszczalnością i praktycznie zerowym wytwarzaniem gazów przy zalewaniu. Omawiano wzajemne oddziaływanie w wysokiej temperaturze węgla w żeliwie i siarczanu wapnia zawartego w spoiwie krzemionkowym. Określono sposoby zapobiegania powstawaniu braków w odlewach.

18. MASZYNY I URZĄDZENIA Urządzenie magnetyczne do dozowania ciekłego metalu.

Processy lit'ja 2008, nr 3, s. 43−45.

Przedstawiono magnetyczno-wagowy system dozowania ciekłego metalu przy zalewaniu. Głównymi elementami tego systemu są: magnetycznodynamiczne urządzenie do zalewania, waga tensometryczna i układ mikroprocesorowy dla pomiaru i kontroli procesu dozowania.

Przedstawiono konstrukcję urządzenia do zalewania i schemat systemu kierowania procesem zalewania form odlewniczych.

36

Szkolenia-konferencje-seminaria-spotkania

Zebranie Plenarne Komitetu Nauki o Materiałach Polskiej Akademii Nauk W dniu 23 lutego 2010 roku w naszym Instytucie odbyło się Zebranie Plenarne Komitetu Nauki o Materiałach Polskiej Akademii Nauk. Spotkaniu przewodniczył pan prof. dr hab. inż. Marek Hetmańczyk, przewodniczący Rady Naukowej Instytutu Odlewnictwa.

Referat problemowy pt.: „Opracowanie konstrukcji odlewu i wykonanie modeli elementów i podzespołów układów napędowych o podwyższonej niezawodności długookresowych i permanentnych protez serca" wygłosił mgr inż. Wojciech Leśniewski.

Prof. dr hab. inż. Jerzy J. Sobczak przedstawił możliwości badawcze Instytutu, następnie oprowadził gości po zmodernizowanym budynku laboratoryjno-technologicznym, w którym poszerzono bazę laboratoryjną oraz zaplecze szkoleniowokonferencyjne i administracyjno-socjalne.

W trakcie zwiedzania gościom zademonstrowano Centrum Badań Wysokotemperaturowych, Centrum Projektowania i Prototypowania oraz stanowiska do badań nieniszczących, zwłaszcza rentgenowski tomograf komputerowy.

Spotkanie Członków Zarządu European Investment Casters‘ Federation Dnia 2 marca 2010 r. gościliśmy w Instytucie Odlewnictwa Członków Zarządu European Investment Casters‘ Federation w osobach: dr F.J. Feikusa, R. Williamsa, J. Parkera, dr A. Forda, M. Ruenza, W. Blanka, S. Leylanda, dr C. Olabe, G. Facchini, M. Dungelhoeffa oraz dyrektora Zakładu Odlewów Precyzyjnych WSK „PZL-Rzeszów" SA, pana mgr inż. A. Grykę, a także prodziekana Wydziału Odlewnictwa Akademii Górniczo-Hutniczej pana prof.

J. Zycha.

Spotkanie prowadził Dyrektor Instytutu Odlewnictwa, prof. J. J. Sobczak. Obecni byli: Kierownik Centrum Badań Wysokotemperaturowych - doc. N. Sobczak, Kie-

37

Odlewnictwo Współczesne

Sympozjum nr 2 - Pancermet

rownik Centrum Informacji i Promocji mgr Joanna Madej, Kierownik Pracowni Odlewnictwa Artystycznego - dr inż. J. Krokosz, a także dr inż. Zbigniew Pączek.

Głównym celem spotkania było omówienie spraw dotyczących organizacji 27.

Międzynarodowej Konferencji „European Heritage”, która ma się odbyć w Krakowie w dniach 16−18 maja 2010 roku pod auspicjami European Investment Casters‘ Federation, WSK „PZL-Rzeszów" oraz Instytutu Odlewnictwa w Krakowie. Koordynatorem organizacji Konferencji z ramienia Instytutu jest dr inż. Z. Pączek.

Zaproszeni goście przy okazji swojej wizyty obejrzeli zmodernizowany budynek laboratoryjno-technologiczny oraz Centrum Badań Wysokotemperaturowych.

W dniach 25 i 26 lutego 2010 roku w Instytucie Odlewnictwa odbyło się Sympozjum nr 2 PANCERMET pod przewodnictwem dr inż. Andrzeja Morki z Wojskowej Akademi Technicznej.

W pierwszym dniu odbyła się rejestracja uczestników oraz ogólne Obrady Komitetu Sterującego. Dzień drugi został podzielony na dwie sesje w których pokrótce przedstawione zostały informacje dotyczące partnerów oraz ich prezentacje.

Na zakończenie obrad zaproszeni goście zostali oprowadzeni po zmodernizowanym budynku Instytutu Odlewnictwa.

38

Odlewnictwo Współczesne

INWESTUJEMY W WASZĄ PRZYSZŁOŚĆ – DOTACJE NA INNOWACJE

POPRAWA NIEZAWODNOŚCI BEZOŁOWIOWYCH POŁĄCZEŃ LUTOWANYCH W PAKIETACH ELEKTRONICZNYCH Projekt jest realizowany w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka na lata 2007-2013 Priorytet I. Badania i Rozwój Nowoczesnych Technologii Działanie 1.3. Wsparcie projektów B+R na rzecz przedsiębiorców realizowanych przez jednostki naukowe Poddziałanie 1.3.1. Projekty rozwojowe Koordynator projektu (Beneficjent): Instytut Odlewnictwa (Koordynator Konsorcjum) ul. Zakopiańska 73 30-418 Kraków Pozostali Konsorcjanci: Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN ul. Reymonta 25 30-059 Kraków FIDELTRONIK Imel Spółka z o.o. ul. Beniowskiego 1 34-200 Sucha Beskidzka Instytucje otrzymujące wsparcie finansowe: Instytut Odlewnictwa

Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego Celem bezpośrednim projektu jest realizacja dyrektyw UE w zakresie zakazu stosowania niebezpiecznych substancji w produktach elektronicznych na drodze poprawy niezawodności bezołowiowych połączeń lutowanych pakietów elektronicznych, wytwarzanych z wykorzystaniem przyjaznych dla środowiska nowej generacji lutowi bezołowiowych, poprzez: – systemowe i kompleksowe badania porównawcze właściwości różnego typu połączeń lutowanych wytwarzanych w skali laboratoryjnej i przemysłowej, – zidentyfikowanie przyczyn utraty niezawodności połączeń, – określenie wpływu charakterystyk materiałowych, parametrów technologicznych oraz innych zidentyfikowanych czynników na strukturę, fizyczne, mechaniczne i użytkowe właściwości różnego typu połączeń lutowanych, – opracowanie/udoskonalenie procedury kontrolingu procesu lutowania i oceny jakości połączeń lutowanych, – opracowanie rozwiązań materiałowo-technologiczno-konstrukcyjno-organizacyjnych zapewniających poprawę niezawodności połączeń pakietów elektronicznych.

INSTYTUT ODLEWNICTWA ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków tel.: +48 12 26-18-526, fax: +48 12 266-08-70 pb-free@iod.krakow.pl

Pb-free

39

Z historii odlewnictwa...

Badania składu chemicznego dzwonów w kościele parafialnym pod wezwaniem Św. Jana Chrzciciela w Dobczycach Jacek Krokosz*, Rafał Pabiś*, Kustosz Mieczysław Kowalski** * **

Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków Muzeum Reginalne PTTK im. Władysława Kowalskiego, ul. Podgórska 1 (ZAMEK), 32-410 Dobczyce

W artykule scharakteryzowano miasto Dobczyce i podano historię dzwonów w kościele pod wezwaniem Św. Jana Chrzciciela.

Opisano nieco faktów z technologii i wymagań stawianym dzwonom oraz podano składy chemiczne niektórych dawnych dzwonów na świecie.

Zestawiono tabelarycznie skład chemiczny dzwonów i serc zawieszonych w kościele parafialnym pod wezwaniem Św. Jana Chrzciciela w Dobczycach.

Badania składu chemicznego wykonano przyrządem NITON, zakupionym w ramach projektu MCITiM (www.iod.krakow.pl/mcitim).

Dobczyce to miasto leżące w powiecie myślenickim, w województwie małopolskim, na skraju Pogórza Wielickiego i Pogórza Wiśnickiego nad rzeką Rabą, na południe od Krakowa z niewielką, bo liczącą zaledwie około 6000, liczbą mieszkańców. Znane od XIII w. jako Dobczyce (w 1266 r.), prawa miejskie Dobczyce otrzymały najprawdopodobniej w drugiej połowie XIII w. Nie zachował się dokument lokacyjny, ale w dokumencie z 1310 roku mowa jest o wójcie Dobczyc, a więc w tym roku Dobczyce były miastem. W przeszłości były ośrodkiem przemysłu skórzanego. Obecnie są znanym ośrodkiem turystyczno-wypoczynkowym.

Tu też oprócz zamku częściowo odbudowanego i pozostałości murów obronnych z XIV w., znajduje się kościół pod wezwaniem Św. Jana Chrzciciela, a także zapora piętrząca wody sztucznego Jeziora Dobczyckiego. Zbiornik wodny zaopatruje w wodę użytkową mieszkańców jednej z dzielnic Krakowa [1] oraz okolicznych miejscowości.

Przy kościele Św. Jana Chrzciciela postawiono w 1855 r. murowaną z kamienia ciosanego dzwonnicę , z trzema zawieszonymi w niej dzwonami. W 1874 r. przebudowano ją dostawiając arkadę drewnianą w której zawieszono dwa dzwony – „Józef” i „Maria”, które Niemcy zabrali w czasie drugiej wojny światowej 1943 r. podczas rekwizycji dla celów wojska.

Dane z ,,kroniki parafialnej” podają również następujące fakty. Otóż 27 lutego 1898 r. pękł dzwon największy, podczas dzwonienia na „pacierze”. Ludzie mówili wówczas, że to z żalu za roratami, które ks. Brańka przeniósł do dolnego Kościoła w mieście. W dniu 28 listopada 1903 r. odesłano rozbity dzwon do przelania do Białej, zaś w roku 1904, 16 kwietnia przywieziono z kolei nowy dzwon. Pierwszego maja tegoż roku poświęcono go ku czci św. Andrzeja Apostoła. Dzwon ten w czasie II Wojny Światowej został również zarekwizowany przez Niemców.

Obecnie w dzwonnicy znajdują się trzy dzwony, dzwon „Jan" (odlany w 1504 r.)umieszczony pośrodku oraz dwa dzwony boczne - mniejszy św. Kazimierz i większy - Matka Boska Częstochowska, które zostały odlane w 1975 r. w zakładzie Braci Felczyńskich w Przemyślu (na zamówienie ks. proboszcza Tadeusza Gozdawy Giżyckiego).

40

Odlewnictwo Współczesne

Dzwon „Jan" nie został zarekwirowany przez Niemców ze względu na napis w języku niemieckim i jego wartość historyczną.

rozpuszczone w metalu podstawowym (w stosowanym lub rozpatrywanym zakresie temperatur); b. stopy o strukturze dwu lub więcej fazowej, czyli mieszaniny dwóch lub więcej faz (składników strukturalnych). Stopy o strukturze mieszanin mają zwykle gorszy i mniej wyrazisty wygląd zewnętrzny, lecz ich zaletą jest niższa temperatura topnienia i krzepnięcia, a także niższa temperatura przegrzania oraz niższy koszt, gdyż dodatek stopowy jest zwykle tańszy, np. cynk, który jest tańszy od cyny. Stąd stopy, przeznaczone na odlewy, które trzeba wykonać w zakresie niskich temperatur (np. poniżej 350°C) – czyli stopy niskotopliwe posiadają zwykle strukturę mieszanin dwu lub więcej fazowych.

Do stopienia stopu i wykonania odlewu trzeba było stosować temperatury wyższe o około 30−50°C (tzw. temperaturę przegrzania). Niektóre stopy metali, często stosowane na odlewy noszą specjalne nazwy, ogólne i szczególne. Do tych pierwszych należą brązy – to stopy miedzi z dodatkiem cyny, mosiądze − stopy miedzi z dodatkiem cynku i spiże − stopy miedzi dodatkiem cyny i cynku.

W niektórych dawnych recepturach stopów odlewniczych takie stopy (zwłaszcza mosiądz) traktowane były niekiedy jako dodatki stopowe, czyli tak jak czyste metale.

Rozpowszechnienie techniki odlewania na różne cele nie tylko na odlewy artystyczne w XIX w., spowodowało wprowadzenie różnych szczegółowych nazw stopów na odlewy o określonym przeznaczeniu, jak złoto aptekarskie, introligatorskie, stop Ks. Ruprechta, Prinzmetall, Similor itd.

Stopy metali przeznaczone do wykonywania odlewów artystycznych nie były dotąd tematem badań nowoczesnego metaloznawstwa. Zainteresowanie badaczy skierowane jest właściwie nadal wyłącznie na potrzeby współczesnej techniki, zwłaszcza masowo produkowanych wyrobów.

Dzięki nawiązaniu kontaktów z przedstawicielem Muzeum Regionalnego PTTK w Dobczycach im. Władysława Kowalskiego postanowiono dokonać pomiarów składu chemicznego niektórych odlewanych eksponatów muzealnych. Do prac badawczych wytypowano na początek dzwony zawieszone w dzwonnicy kościoła pod wezwaniem Św. Jana Chrzciciela, a także eksponaty znajdujące się w ekspozycji Muzeum.

Wyniki badań składu chemicznego dzwonów zestawiono w tabeli 4, natomiast wyniki z pomiarów eksponatów muzealnych będą przedmiotem osobnej publikacji.

Stopy stosowane na odlewy artystyczne Metale znalazły zastosowanie na trwałe przedmioty, wywołujące przez kształt i/lub zabarwienie wrażenia estetyczne, około 3500 r. p.n.e. Wykazywały one ponadto odpowiednią wytrzymałość (zwłaszcza odporność na uderzenia i deformację) i odporność na działania atmosferyczne w powietrzu lub ogniu, a także wygląd i zabarwienie podobne (zwłaszcza po wypolerowaniu powierzchni) do metali szlachetnych, złota lub srebra. Szczególne znaczenie dla przedmiotów artystycznych miała technika odlewnicza pozwalała ona na prawie dowolne kształtowanie dzieła spełniające wymagania artystycznego natchnienia, na to nie pozwalała przeróbka plastyczna (kowalstwo).

Optymalne właściwości dla dzieł artystycznych wykazują czyste metale tzn. nie zawierające domieszek innych metali (tzn. stopy metali). Wadą ich jest jednak wyższa temperatura topnienia, a więc i przegrzania, potrzebna dla wykonania odlewu w odpowiedniej formie.

Istnieją dwa rodzaje stopów metali: a. stopy o strukturze jednofazowej (jednorodnej) czyli roztwory w których drugi metal (lub inne metale) zostają

41

Odlewnictwo Współczesne

Współczesna technika zainteresowana jest najczęściej stopami o wysokich właściwościach mechanicznych, dużej wytrzymałości – także w wysokich i niskich (podzerowych) temperaturach, odporności na ścieranie, na korozję atmosferyczną lub środków chemicznych (również w wysokich temperaturach).

a niektóre nawet nie zostały zdefiniowane w języku „technicznym”. W obecnej chwili współczesne metaloznawstwo nie jest, więc w stanie wskazać stopów metali właściwych do zastosowania na odlewy artystyczne. Dla wskazania takich stopów trzeba oprzeć się na dawnych „recepturach”, doświadczeniach oraz analizach chemicznych dawnych odlewów artystycznych.

Jednak ustalenie prawidłowego składu chemicznego dawnych odlewów artystycznych na takich podstawach natrafiło na pewne trudności. Miedź wytapiana w starożytności nieraz zawierała domieszki innych metali pochodzące z kruszców, dlatego Pliniusz wymienił kilka „rodzajów” miedzi, jak cypryjska, salistjańska, mariańska lub kordubeńska. Nawet później, w XVIII wieku metalurgowie rozróżniali „rodzaje” miedzi pochodzące z różnych obiektów hutniczych. Poza tym dawni ludwisarze często stosowali we wsadzie złom metali, miedzi, brązu, mosiądzu itp., który mógł zawierać pewne ilości cyny, cynku, ołowiu i innych domieszek.

Stopy złota wymienione na przykład w „Historii naturalnej” zawierały zwykle domieszkę srebra w ilości 10–12,5% Ag, a nawet do 20% Ag. Najczystsze złoto naturalne wydobywane w kopalniach zawierało ok. 2,8% Ag.

Wymagania techniczne Stop przeznaczony na odlewy artystyczne, a dzwony do takich odlewów należą, powinien posiadać pewne charakterystyczne cechy. Głównie do nich zaliczyć należy: a. jak największą zdolność do wypełniania wnęki formy czyli tzw. lejność i dokładnego odtwarzania kształtu nadanego przez formę odlewniczą; b. jak największą gładkość powierzchni (trzeba tu uwzględnić rodzaj i materiał formy odlewniczej, ewentualnie stosując pokrycie wnęki formy); c. dość wysoką wytrzymałość, twardość, a zwłaszcza odporność na uderzenia i ścieranie; d. możliwie dużą odporność na korozję, tzn. odporność na działanie atmosfery, między innymi wilgotnej; e. podatność na zastosowanie na powierzchni pewnych powłok o charakterze estetycznym (patyna); f. możliwie niezbyt wysoki koszt składników.

Realizacja wszystkich wymagań w jednym stopie nie jest oczywiście możliwa i stąd, zależnie od rodzaju odlewu artystycznego trzeba wybierać pewne optimum zespołu cech. Na przykład stopy na odlewy luf armat i moździerzy musiały posiadać przede wszystkim wysoką wytrzymałość, podczas gdy wytrzymałość stopu przeznaczonego do odlania płaskorzeźby może być niska. Wyznaczenie takiego optimum zespołu cech dla poszczególnych rodzajów odlewów artystycznych natrafia na pewną trudność niezależnie od wysokich kosztów tego rodzaju prac.

Wymagania techniczne dla odlewów artystycznych nie zostały dotąd ustalone (w postaci wskaźników liczbowych),

Stopy do odlewania dzwonów Do odlewania dzwonów należało stosować stop o określonych właściwościach tzn. o ściśle określonym składzie chemicznym. Poza ogólnymi wymaganiami, jakie stawiają odlewy artystyczne, stop stosowany na odlewy dzwonów musiał zapewnić dotrzymanie z góry ustalonego tonu (zależało to prawdopodobnie od modułu sprężystości metalu) i wykazywać ponadto dość wysoką wytrzymałość i odporność na uderzenie.

Skład brązu do odlewania dzwonów został wynaleziony, jak się przyjmuje na dalekim Wschodzie, już w czasach dynastii Chou (okres od 1100 do 221 r. p.n.e.).

Odlewano dzwony z brązu cynowego o zawartości ok. 15% Sn, podobny stop stoso-

42

Odlewnictwo Współczesne

wany był do odlewania dzwonów w Japonii (VIII w. p.n.e.). Dość liczne receptury zawarte w dawnych traktatach są ze sobą zgodne. Do odlewania dzwonów zalecano, więc brąz cynowy o zawartości 16–20% Sn; małe dzwonki należało odlewać z brązu zawierającego więcej Sn nawet 33% Sn (Tab. 1). Był to brąz znacznie twardszy i bardziej kruchy od brązu armatniego, decydowały tu właściwości akustyczne.

Przeprowadzone analizy kilku dzwonów, potwierdzają opublikowane w literaturze XVI–XVIII w. receptury, co zestawiono w tabeli 2. Analizy wykazały niewielkie ilości domieszek Zn i Pb, a w dzwonie z Japonii znaleziono dodatek Sb [3].

Tabela 1. Skład brązów i spiżów dzwonowych wg literatury XVI–XVIII w. [3]

Skład stopu (części)

Zawartość, % wag.

Autor, data

Cu

Sn

Mosiądz

Sn

Zn

Cu

5

1

---

16,7

---

reszta

Kruenitz (1780)

100

23

---

18,7

---

reszta

Biringuccio (1540)

100

24

---

19,4

---

reszta

Biringuccio (1540)

100

25

---

20,0

---

reszta

Biringuccio (1540), G. Fallopius (1571), Kruenitz (1780)*

100

26

---

20,6

---

reszta

Biringuccio (1540)

3

1

---

25,0

---

reszta

Vallo (1554), Schauplatz (1705)

2

1

---

33,3

---

reszta

Fioravanti (1597)

100

50

---

33,3

---

reszta

Kruenitz (1780)**

10

1

1

8,3

2,1

reszta

Kruenitz (1780)

2

1

27/32

26,0

5,5

reszta

Kruenitz (1780)

* dla dużych dzwonów, ** dla małych dzwonów

43

Odlewnictwo Współczesne

Tabela 2. Skład dawnych dzwonów z brązu na podstawie analizy chemicznej [3] Zawartość, %

Rodzaj odlewu (pochodzenie)

Datowanie

Dzwon (Chiny)

Sn

Zn

Pb

Ni

Sb

1101-221 p.n.e.

13,27

0,06

---

0,05

---

Dzwon (Chiny)

1101-221 p.n.e.

16,88

0,93

0,04

---

---

Dzwon (Chiny)

1101-221 p.n.e.

17,45

0,08

8,45

0,03

---

Dzwon (Japonia)

VIII w.

15,45

---

5,63

1,35

8,32

Dzwon (Winchester Anglia)

X w.

18,75

---

4,35

---

---

Dzwon „Urban” Biecz

1382 r.

19,2

0,05

0,64

0,1

4,5

Car – Kałakoł (Moskwa – Rosja)

1735 r.

13,91

---

---

1,0

---

Badanie składu chemicznego dzwonów zawieszonych na dzwonnicy przy kościele Św. Jana Chrzciciela w Dobczycach

Napis na dzwonie w języku niemieckim uratował dzwon przed zabraniem go przez Niemców z przeznaczeniem na armaty w 1943 r. Wyżej wymieniony dzwon naprawiono po pęknięciu w latach 60-tych ubiegłego wieku oraz zmieniono serce, które uległo zniszczeniu. Prace prowadzone były przez Księdza Proboszcza T. G. Giżyckiego.

W tabeli 3 przedstawiono charakterystykę badanych dzwonów, a w tabeli 4 podano wyniki pomiarów składu chemicznego.

Pomiary wykonywano z zastosowaniem urządzenia NITON GOLDD 900 XL 3T produkcji amerykańskiej w atmosferze ochronnej helu. Czas naświetlania 75 s.

Zasadę działania urządzenia opisano w artykule [4].

Jak już wcześniej wspomniano na dzwonnicy przy kościele Św. Jana Chrzciciela pozostał dzwon Jan wykonany w 1504 r. w czasie panowania w Polsce króla Aleksandra Jagiellończyka, z interesującym napisem gotyckim: Wer die glocke hat gegossen (kto odlał ten dzwon) - Der ist unverdrossen (ten jest dobrej myśli) - Gott bietet ihm wahren herzenschaft (Bóg daje mu prawdziwe oparcie dla serca) – Er kummere sich nich für das erde gold (nie troszczy się on o złoto ziemi) - Die glocke ist gegossen (Dzwon ten jest ulany) - Zu St. Johannis ehre (na cześć św. Jana).

Poprawny, w formie wiersza, pełen tekst brzmi następująco: „Kto odlał ten dzwon + Dobrej myśli jest on + Bo Bóg da mu zbawienie + Więc nie troszczy się o mienie + Dzwon ten został ulany + Na cześć św. Jana oddany”.

Autorką tłumaczenia tekstu jest dr Olga Dobijanka na zlecenie dr G. Leńczyka [3].

44

Odlewnictwo Współczesne

Tabela 3. Charakterystyka dzwonów znajdujących się w dzwonnicy przy kościele w Dobczycach

Lp.

Nazwa

Napisy na dzwonie

Zdjęcie

1808-1974 FELCZYŃSKI CANTRIFUSOR PREM

IMIE MOJE MARJA

1

dzwon1

serce1

dzwon2 2

POWSTAJĘ W ŚWIĘTYM ROKU JUBILEUSZOWYM 1974 KU CZCI MATCE BOŻEJ WSPOMOŻYCIELKI ZA SZCZEGÓLNĄ OPIEKĘ WDZIĘCZNI PARAFIANIE ZA PONTYFIKATU PAPIEŻA PAWŁA VI KIEDY ARCHIDIECEZJĄ KRAKOWSKĄ RZĄDZIŁ KARDYNAŁ KAROL WOJTYŁA STARANIEM KS.TADEUSZA GIŻYCKIEGO

Wer die glocke hat gegossen Der ist unverdrossen Gott bietet ihm wahren herzenschaft Er kummere sich nich für das erde gold Die glocke ist gegossenZu St.Johannis ehre

serce2

dzwon3

1808-1974 ME FECIT FELCZYŃSKI CONTRIFUSOR PREM ŚW. KAZIMIERZU KRÓLEWICZU

serce3

ŻYŁEŚ WSRÓD NAS POZOSTAŃ DUCHEM NA ZAWSZE W PRASTARYCH DOBCZYCACH W ŚWIĘTYM ROKU JUBILEUSZOWYM 1974 STARANIEM KS. PROBOSZCZA TADEUSZA GIŻYCKIEGO

3

Tabela 4. Skład chemiczny badanych (w % wag.) dzwonów i serc Lp.

Nazwa

Sb

Sn

1

dzwon1

2

serce1

3

dzwon2

4

serce2

0

0

0

0

5

dzwon3

0,078

18,99

0

6

serce3

0

0,1

0

0,322 19,232 0

0,168

3,946 15,009

Mo

Bi

0

0

0,003

0

0

Pb

Zn

Ni

Fe

Mn

Cr

V

Ti

S

P

Si

2,439 0,586 75,915

0

1,011

0

0

0,05

0,148

0

0

0

0,57

0

0

Cu

7,345

0,029 1,473 0,928 77,082 0,237 0

0,026

89,947 0,569 0,101 0,014 0,027 0,672 0,044 0,289 0,602

0

0,04

0

0,225

0

0

0

0

0,02

0,143

0

0,091

0

0

0

0

0,049

1,457

0

97,383 0,566 0,117

0

1,632 0,658 77,295

0

0,871

0

0,04

0

93,945 0,519 0,095

0

4,951

45

0

0

0,056 0,142 0

0,013 0,135

Odlewnictwo Współczesne

Podsumowanie

Literatura

Z powyższych rozważań wynika, że początki odlewania dzwonów sięgają starożytności. Wprawdzie nie zachowały się prawie żadne obiekty tego typu, to jednak zachowane zapiski historyczne świadczą o tym, że dzwony wówczas używane były do różnych celów. Początkowo małe, kute, w miarę upływu wieków coraz większe, odlewane pełniły także znaczącą rolę w liturgii kościoła katolickiego.

W Polsce pierwsze dzwony pojawiają się na przełomie X i XI w. Świadczą o tym zapisy w kronice Kosmasa z Pragi, a także ostatnio odkryte elementy korony w Gieczu. Zachowane, najstarsze czynne dzwony w Polsce znajdują się w Gruszowie k. Łapanowa, we Wrocławiu - Muzeum Archidiecezjalne oraz w Wieży Srebrnych Dzwonów na Wawelu w Krakowie.

W dzwonach 1 i 3 (tab. 4) zwraca uwagę obniżona zawartość Sb w stosunku do dzwonu 2. Także zawartość Sn w dzwonie 2 jest nieco niższa niż zalecana w literaturze XVI–XVIII w. podana w tabeli 1.

Serca wszystkich dzwonów wykonane są ze stopu żelaza o czym świadczy zawartość żelaza wynosząca od 89,947% do 97,383% (tab. 4).

1. http://www.wiw.pl/geografia/miasta/ termin.asp?et=m_00126 2. Piaskowski J.: Technologia dawnych odlewów artystycznych, Instytut Odlewnictwa Kraków, 1981 3. Kowalski W.: Przewodnik Dobczyce.

Muzeum Regionalne PTTK w zamku i skansenie. Wyd. II. Zmienił i uzupełnił Piotr Przęczek. Konsultacja Kazimierz Kowalski – honorowy kasztelan zamku.

4. Krokosz J., Pabiś R., Wiłkojć E., Kostecki J., Fudal A.: Analiza składu chemicznego luf dział z XVI-XVIII w. oraz kul ze zbrojowni Zamku Królewskiego na Wawelu z wykorzystaniem metody mikrofluorescencji rentgenowskiej, Prace Instytutu Odlewnictwa, Tom XLIX, 2009, nr 3.

46

Publikacje

Raport Naukowy 2009 W niniejszej publikacji zamieszczono informacje za rok 2009, dotyczące: struktury i organizacji Instytutu Odlewnictwa, stanu zatrudnienia, systemu zarządzania jakością, realizowanego programu naukowego, badawczego i usługowego, a także informacje o uzyskanych patentach, nagrodach i wyróżnieniach oraz organizowanych konferencjach i szkoleniach. Przedstawiono działalność wydawniczą, certyfikacyjną i normalizacyjną. Zamieszczono również wykaz publikacji pracowników Instytutu. „Raport” z rocznej działalności Instytutu wydawany jest po raz trzeci. Pierwszy „Raport” ukazał się w roku 2008 i obejmował lata 2006-2007.

Instytut Odlewnictwa

47