Issuu on Google+

INSTYTUT ODLEWNICTWA PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom X LV I I I

Nu me r 2

S P I S T REŚCI

1. MARTA BIEL-GOŁASKA: Zastosowanie warstw diamentowych oraz powłok diamentopodobnych na narzędziach medycznych i implantach .....................

5

2. FRANCISZEK PEZARSKI, ELŻBIETA SMOLUCHOWKA, IRENA IZDEBSKASZANDA: Zastosowanie spoiwa geopolimerowego do produkcji odlewów ze stopów żelaza ..................................................................................................

19

3. ADAM TCHÓRZ, ŁUKASZ BOROŃ, MARZANNA KSIĄŻEK: Kształtowanie struktury i właściwości powłok węglikowych Cr3C2 – NiCr nanoszonych metodą natrysku plazmowego na powierzchnię odlewów z żeliwa sferoidalnego ...

35

4. ZDZISŁAW ŻÓŁKIEWICZ, MAREK ŻÓŁKIEWICZ: Zawartość wodoru w odlewach z żeliwa szarego wykonanych technologią modeli zgazowywanych ..................................................................................................................

42

5. FRANCISZEK PEZARSKI, IRENA IZDEBSKA-SZANDA, ELŻBIETA SMOLUCHOWSKA: Badania nad poprawą właściwości i zastosowaniem nowych spoiw nieorganicznych do produkcji ekologicznych mas formierskich i rdzeniowych .................................................................................................................

48


FOUNDRY RESEARCH INSTIT U T E TRANSACTIONS OF FOUNDRY RESEARCH INSTITUTE Vol um e XLV I I I

Nu mb e r 2

C O N T ENT S 1. MARTA ������������������������������������������������������������������������� BIEL-GOŁASKA: Application of diamond layers and diamond-like coatings on medical tools and implants....................................................................

5

2. FRANCISZEK �������������������������������������������������������� PEZARSKI, ELŻBIETA SMOLUCHOWSKA, IRENA IZDEBSKA-SZANDA: Application of geopolymer binder in manufacturing of casting from feerous alloys ...........................................................................................

19

3. ADAM TCHÓRZ, ŁUKASZ BOROŃ, MARZANNA KSIĄŻEK: Structure formation and properties of Cr3C2 – NiCr carbide coatings applied by plasma spraying onto the surface of ductile iron castings ............................................................................................................

35

4. ZDZISŁAW ���������������������������������������������������� ŻÓŁKIEWICZ, MAREK ŻÓŁKIEWICZ: Hydrogen contents in grey iron castings made by the thermal gasified metod.....................................................................................................................

42

5. FRANCISZEK PEZARSKI, IRENA IZDEBSKA-SZANDA, ELŻBIETA SMOLUCHOWSKA: studies on the properties improvement and application of new inorganic binders used in the manufacture of environment-friendly moulding and core sands .................................................................................................

48


PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom XLVIII

Rok 2008

Zeszyt 2

ZASTOSOWANIE WARSTW DIAMENTOWYCH ORAZ POWŁOK DIAMENTOPODOBNYCH NA NARZĘDZIACH MEDYCZNYCH I IMPLANTACH APPLICATION OF DIAMOND LAYERS AND DIAMOND-LIKE COATINGS ON MEDICAL TOOLS AND IMPLANTS Marta Biel-Gołaska Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

Streszczenie Artykuł poświęcony jest kompleksowym badaniom warstw diamentopodobnych, nanoszonych technologią zwaną PAPVD, polepszających powierzchnię narzędzi medycznych oraz implantów, w aspekcie podwyższenia ich, właściwości antykorozyjnych, przy jednoczesnym zwiększeniu biozgodności. Dokonano oceny właściwości mikromechanicznych uzyskanych powłok oraz ich adhezji do podłoża metalowego, jak również struktury granic pomiędzy naniesionymi powłokami a podłożem metalowym z wykorzystaniem mikroskopii skaningowej. Ponadto przeprowadzono badania odporności na korozję i biozgodności otrzymanych powłok. Poczyniono również próbę zwiększenia chwytności imadełek chirurgicznych stosowanych do szycia w chirurgii naczyniowej, poprzez nałożenie na część chwytną narzędzi odpowiedniej warstwy z kompozytu niklowo-diamentowego. Następnie wykonano badania wytrzymałościowe tychże narzędzi. W wyniku badań eksploatacyjnych imadełek, powierzchnię chwytną narzędzi oceniono jako dobrze utrzymującą igłę chirurgiczną, nie powodując zmiany położenia igły oraz zrywania nici chirurgicznych. Rezultaty badań imadełek zostały potwierdzone opiniami lekarzy chirurgów. Słowa kluczowe: narzędzia medyczne, implant, biozgodność, korozja, warstwy diamentowe, powłoki diamentopodobne (DLC), adhezja

Abstract The article is devoted to complex studies of diamond-like coatings applied by the PAPVD technique to improve the surface of medical tools and implants in terms of better anticorrosive behaviour and biocompatibility. By means of scanning microscopy, the micromechanical properties of coatings were examined as well as their adhesion to the metallic substrate and structure of the coating-metallic substrate interface. Corrosion resistance and biocompatibility of coatings were also tested. An attempt was made to improve the gripping capacity of surgical vises used for laying down of suture in vascular surgery through application of an appropriate layer of nickel-diamond composite on the gripping part of the tool. Thus modified tools were next tested for mechanical properties. The results of performance tests of the vises enabled evaluating the gripping part of the tool as holding firm the surgical needle without the least changing of its position and tearing of the thread. The results of the tests carried out on vises were confirmed by opinions of the surgeons. Key words: medical tools, implants, biocompatibility, adhesion, corrosion, diamond-like coating, diamond layers

5


PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom XLVIII

Rok 2008

Zeszyt 2

ZASTOSOWANIE SPOIWA GEOPOLIMEROWEGO DO PRODUKCJI ODLEWÓW ZE STOPÓW ŻELAZA APPLICATION OF GEOPOLYMER BINDER IN MANUFACTURING OF CASTING FROM FERROUS ALLOYS Franciszek Pezarski, Elżbieta Smoluchowska, Irena Izdebska-Szanda Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki badań z prób laboratoryjnych i przemysłowych zastosowania nowego spoiwa geopolimerowego Rudal A do produkcji form i rdzeni dla odlewów ze staliwa węglowego i stopowego oraz z żeliwa szarego. Nowe spoiwo zawiera nieorganiczny polimer zbudowany na bazie krzemu i glinu. Masa formierska z jego udziałem po utwardzeniu charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i przepuszczalnością, dobrą płynnością, małą adhezyjnością (łatwe czyszczenie oprzyrządowania), niższą wilgotnością w porównaniu z masami zawierającymi szkło wodne. Spoiwo to w kompozycji z odpowiednim utwardzaczem może być stosowane w technologii sypkich mas samoutwardzalnych. Nadaje się również do wykonywania mas formierskich i rdzeniowych utwardzanych CO2. Zastosowanie odpowiedniego utwardzacza umożliwia regulację szybkości wiązania mas samoutwardzalnych. Oprócz wymienionych zalet udział spoiwa w masie jest znacznie niższy niż w przypadku mas ze szkłem wodnym. Proces usuwania odlewów z form i rdzeni z odlewów jest bardzo łatwy, a zużyta masa formierska jest bardzo dobrze regenerowalna. Zastosowanie nowego spoiwa w technologii mas samoutwardzalnych i utwardzanych CO2 poprawia warunki pracy i ochronę środowiska w porównaniu do stosowanych technologii opartych na szkle wodnym oraz mas ze spoiwami organicznymi. Słowa kluczowe: spoiwa nieorganiczne, spoiwo geopolimerowe Rudal A, masy samoutwardzalne, masy utwardzane CO2, masy formierskie i rdzeniowe, regeneracja, wybijalność

Abstract The article presents the results of laboratory and industrial tests on the application of a new geopolymer Rudal A binder used in production of moulding and core sands for castings from carbon and alloyed cast steels and from cast iron. The new binder contains an inorganic polymer based on silicon and aluminium. After hardening the sand with this binder is characterised by high strength and permeability, low viscosity (easy cleaning of the tooling) and low humidity, compared with sands containing sodium silicate. The binder in composition with proper hardener is applicable in the technology of loose self-setting sands. It is also suitable in preparation of moulding and core sands hardened with CO2. Owing to the use of proper hardener there is a vast range of possibilities to control the binding rate of self-setting sands. Besides the above mentioned advantages, the content of binder in the sand is much lower than in the sands with sodium silicate, which reduces the binder cost on purchase. The sand offers very good knocking out properties and reclamability. Application of the new binder in the technology of self-setting and CO2 hardened sands improves the work conditions and environmental protection, compared with the sodium silicate-based sand technology and sands with organic binders. Key words: inorganic binder, geopolymer Rudal A binder, seft-setting sands, sands hardened with CO2, moulding and core sands, reclamation, knocking out properties

19


PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom XLVIII

Rok 2008

Zeszyt 2

KSZTAŁTOWANIE STRUKTURY I WŁAŚCIWOŚCI POWŁOK WĘGLIKOWYCH Cr3C2 – NiCr NANOSZONYCH METODĄ NATRYSKU PLAZMOWEGO NA POWIERZCHNIĘ ODLEWÓW Z ŻELIWA SFEROIDALNEGO Structure formation and properties of Cr3Cr2 – NiCr carbide coatings applied by plasma spraying onto the surface of ductile iron castings Adam Tchórz, Łukasz Boroń, Marzanna Książek Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

Streszczenie W pracy przedstawiono rezultaty badań struktury i trwałości mechanicznej powłok na bazie węglika chromu typu Cr3C2-NiCr na powierzchniach odlewów z żeliwa sferoidalnego. Powłoki na bazie węglika chromu były nanoszone na podłoże z żeliwa metodą natrysku plazmowego. Zastosowano obróbkę przetopieniową powłoki naniesionej metodą natrysku plazmowego. Do badania składu chemicznego i morfologii warstwy wierzchniej użyto mikroskopii optycznej i skaningowej wraz z analizą EDS. Zbadano rozkład mikrotwardości na jej przekroju oraz przeprowadzono badania cykliczne zmęczeniowe. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że zastosowanie obróbki przetopieniowej powłoki Cr3C2-NiCr powoduje polepszenie jej przyczepności do podłoża, wpływa zarówno korzystnie na zmiany w budowie strukturalnej powłok jak i na jej trwałość mechaniczną w warunkach zmiennych obciążeń. Badania miały na celu opracowanie założeń technologicznych do wykonania powłok ochronnych na odlewach z żeliwa sferoidalnego, pracujących w warunkach dużego zapylenia i obciążeń cyklicznych. Słowa kluczowe: natrysk plazmowy, obróbka przetopieniowa, żeliwo sferoidalne

Abstract The study presents the results of structure examinations and mechanical tests carried out on coatings based on Cr3Cr2-NiCr chromium carbide, applied onto the surface of ductile iron castings. The chromium carbide-based coatings were applied onto the cast iron substrate by the technique of plasma spraying. Then the coatings were subjected to a remelting treatment. The chemical composition and morphology of the surface layer were examined by optical microscopy and by SEM with EDS analysis. The distribution of microhardness values on the specimen cross-section was determined and cyclic fatigue testing was carried out. Basing on the results of the tests it has been concluded that remelting of Cr3Cr2-NiCr coating improves its adherence to the substrate as well as the structure and mechanical properties under the conditions of variable loading. The investigations mainly aimed at the development of technical guidelines for manufacture of protective coatings on ductile iron castings operating under the conditions of heavy dust and cyclic loading. Keywords: plasma spraying, remelting, ductile iron

35


PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom XLVIII

Rok 2008

Zeszyt 2

ZAWARTOŚĆ WODORU W ODLEWACH Z ŻELIWA SZAREGO WYKONANYCH TECHNOLOGIĄ MODELI ZGAZOWYWANYCH HYDROGEN CONTENT IN GREY IRON CASTINGS MADE BY THE LOST FOAM PROCESS Żółkiewicz Zdzisław, Żółkiewicz Marek Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

Streszczenie Jednym z podstawowych parametrów, decydujących o prawidłowym przebiegu procesu cieplnego zgazowywania modeli, jest rodzaj oraz objętość gazów wydzielających się z modelu styropianowego w czasie trwania tego procesu. Proces zgazowywania modelu zachodzi w założonym przedziale temperatury. Objętość wydzielonych gazów jest zależna od temperatury, objętości modelu oraz masy modelu. Jednym z gazowych produktów cieplnego rozpadu modelu polistyrenowego jest wodór. Zawartość jego w całkowitej objętości gazów jest zależna od temperatury zgazowania modelu. Maksymalna zawartość wodoru w całkowitej objętości gazów może wynosić nawet około 10%. W badaniach określono wpływ produktów cieplnego rozpadu modelu styropianowego na właściwości metalu, zwłaszcza na zawartość wodoru w metalu. Jego zawartość określano w próbkach z żeliwa szarego wykonywanych metodą modeli cieplnie zgazowywanych. Wstępne wyniki badań przedstawiono na wykresach. Słowa kluczowe: odlew, model, model z polistyrenu spienionego, styropian, temperatura, zgazowywanie

Abstract One of the main parameters that determine the correct run of pattern evaporation process is the type and volume of gas evolved from a foamed polystyrene pattern during its evaporation. The process of pattern evaporation takes place within a preset range of temperatures. The volume of the evolved gas depends on the temperature, and on the pattern volume and weight. One of the gaseous products of the foamed polystyrene pattern decomposition is hydrogen. Its content in the total volume of the evolved gas depends on the temperature at which the pattern evaporation takes place. Maximum hydrogen content in the total volume of gas may reach even 10%. In the present studies the effect of the products of the thermal decomposition of a foamed polystyrene pattern on the metal properties, especially on the content of hydrogen in this metal, was determined. The content of hydrogen was determined in grey iron samples obtained by the lost foam process. The tentative results of the investigations were plotted in the form of diagrams. Keywords: casting, pattern, pattern made of foamed polystyrene, temperature, evaporation

42


PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom XLVIII

Rok 2008

Zeszyt 2

BADANIA NAD POPRAWĄ WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIEM NOWYCH SPOIW NIEORGANICZNYCH DO WYKONYWANIA EKOLOGICZNYCH MAS FORMIERSKICH I RDZENIOWYCH STUDIES ON THE PROPERTIES IMPROVEMENT AND APPLICATION OF NEW INORGANIC BINDERS USED IN THE MANUFACTURE OF ENVIRONMENT-FRIENDLY MOULDING AND CORE SANDS Franciszek Pezarski, Irena Izdebska-Szanda, Elżbieta Smoluchowska Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki części prac badawczych, prowadzonych w ramach działalności statutowej dotyczącej technologii mas z nowymi, modyfikowanymi spoiwami nieorganicznymi, wiązanymi chemicznie i CO2. Zaprezentowane wyniki badań mas samoutwardzalnych z nowymi spoiwami nieorganicznymi przedstawiają charakter zmian podstawowych parametrów technologicznych w funkcji czasu, przy zmiennym udziale składników wiążących oraz – istotny z punktu widzenia odlewni – wpływ warunków otoczenia (temperatury i wilgotności względnej) na kinetykę wiązania tych mas. W przypadku mas utwardzanych CO2 , szczególną uwagę zwrócono na osypliwość wykonywanych mas, stanowiącą wskaźnik jakości powierzchni form i rdzeni, co ma istotny wpływ na jakość produktu w warunkach przemysłowych. Słowa kluczowe: spoiwa nieorganiczne, modyfikacja, wytrzymałość, żywotność, osypliwość

Abstract The article gives the results obtained in a fragment of the studies, carried out under a statutory activity, on optimising of the foundry sand technology with new modified inorganic binders, chemically bonded and CO2 hardened. The presented results of the investigations of the self-setting sands with new inorganic binders show the character of changes in basic technological parameters in function of the time and a variable content of the binding agents, allowing also for the important – from the foundry’s point of view – effect of ambient conditions, i.e. temperature and humidity, on the kinetics of the sand binding.

In the case of CO2 hardened sands, special attention was paid to the phenomenon of friability of these sands, which is considered an indication of the mould and core surface quality, and as such has an important effect on the quality of final products when fabricated under the industrial conditions. Keywords: inorganic binders, modification, strength, bench life, friability

48


Prace Instytutu Odlewnictwa