Prace Instytutu Odlewnictwa

INSTYTUT ODLEWNICTWA PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom LI

Nu me r 2

SPIS TREŚCI 1. ZENON PIROWSKI, WALDEMAR UHL, JACEK WODNICKI, ANDRZEJ GWIŻDŻ, KRZYSZTOF JAŚKOWIEC: Wpływ obróbki cieplnej na strukturę stopu typu Inconel 740....................................................................................................

5

2. FRANCISZEK PEZARSKI, IRENA IZDEBSKA-SZANDA, ELŻBIETA SMOLUCHOWSKA, ROMAN ŚWIDER, ANDRZEJ PYSZ: Zastosowanie mas formierskich ze spoiwem geopolimerowym do produkcji odlewów ze stopów Al..

23

3. PIOTR DŁUGOSZ, PAWEŁ DARŁAK, ROBERT M. PURGERT, JERZY J. SOBCZAK: Technologiczne aspekty syntezy metalowych materiałów kompozytowych zbrojonych cenosferami..............................................................

35

4. JERZY STACHAŃCZYK, RAFAŁ PABIŚ: Badanie kinetyki krzepnięcia i stygnięcia masy modelowej w matrycy................................................................................... 45

Wydawca: INSTYTUT ODLEWNICTWA

KOLEGIUM REDAKCYJNE: Jerzy Józef SOBCZAK (Redaktor Naczelny), Andrzej BALIŃSKI (Z-ca Redaktora Naczelnego), Andrzej BIAŁOBRZESKI, Zbigniew GÓRNY, Stanisława KLUSKA-NAWARECKA, Natalia SOBCZAK, Józef Szczepan SUCHY, Joanna MADEJ (Sekretarz Redakcji)

KOMITET NAUKOWY: Rajiv ASTHANA (USA), Józef DAŃKO, Ludmil DRENCHEV (Bułgaria), Natalya FROUMIN (Izrael), Edward GUZIK, Marek HETMAŃCZYK, Mariusz HOLTZER, Werner HUFENBACH (Niemcy), Jolanta JANCZAK-RUSCH (Szwajcaria), Olga LOGINOVA (Ukraina), Enrique LOUIS (Hiszpania), Luis Filipe MALHEIROS (Portugalia), Tadeusz MIKULCZYŃSKI, Sergei MILEIKO (Rosja), Kiyoshi NOGI (Japonia), Władysław ORŁOWICZ, Alberto PASSERONE (Włochy), Stanisław PIETROWSKI, Wojciech PRZETAKIEWICZ, Pradeep Kumar ROHATGI (USA), Sudipta SEAL (USA), Jan SZAJNAR, Michał SZWEYCER, Roman WRONA, Paweł ZIĘBA

Publikowane artykuły były recenzowane

Projekt okładki: ENTER GRAF, Kraków Skład komputerowy: Patrycja Rumińska Korekta wydawnicza: Marta Konieczna, Anna Samek-Bugno

ADRES REDAKCJI: „Prace Instytutu Odlewnictwa” 30-418 Kraków, ul. Zakopiańska 73 tel. (12) 261-83-81, fax (12) 266-08-70 http://www.iod.krakow.pl e-mail: jmadej@iod.krakow.pl © Copyright by Instytut Odlewnictwa Żadna część czasopisma nie może być powielana czy rozpowszechniana bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich

Printed in Poland ISSN 1899-2439

FOUNDRY RESEARCH INSTITUTE TRANSACTIONS OF FOUNDRY RESEARCH INSTITUTE Vol um e L I

Nu mb e r 2

CONTE NTS 1. ZENON PIROWSKI, WALDEMAR UHL, JACEK WODNICKI, ANDRZEJ GWIŻDŻ, KRZYSZTOF JAŚKOWIEC: Effect of heat treatment on structure of the Inconel 740 type alloy ...........................................................................................

5

2. FRANCISZEK PEZARSKI, IRENA IZDEBSKA-SZANDA, ELŻBIETA SMOLUCHOWSKA, ROMAN ŚWIDER, ANDRZEJ PYSZ: Application of moulding sands with geopolymer binder in the manufacture of castings from aluminium alloys....................................................................................................

23

3. PIOTR DŁUGOSZ, PAWEŁ DARŁAK, ROBERT M. PURGERT, JERZY J. SOBCZAK: Technological aspects of the synthesis of metal matrix composites reinforced with cenospheres.................................................................................

35

4. JERZY STACHAŃCZYK, RAFAŁ PABIŚ: The study of the kinetics of solidification and cooling of pattern material in a die........................................................... 45

Editor: FOUNDRY RESEARCH INSTITUTE

EDITORIAL BOARD: Jerzy Józef SOBCZAK (Editor-in-Chief), Andrzej BALIŃSKI (Assistant Editor), Andrzej BIAŁOBRZESKI, Zbigniew GÓRNY, Stanisława KLUSKA-NAWARECKA, Natalia SOBCZAK, Józef Szczepan SUCHY, Joanna MADEJ (Secretary)

SCIENTIFIC COMMITTEE: Rajiv ASTHANA (USA), Józef DAŃKO, Ludmil DRENCHEV (Bulgaria), Natalya FROUMIN (Israel), Edward GUZIK, Marek HETMAŃCZYK, Mariusz HOLTZER, Werner HUFENBACH (Germany), Jolanta JANCZAK-RUSCH (Switzerland), Olga LOGINOVA (Ukraine), Enrique LOUIS (Spain), Luis Filipe MALHEIROS (Portugal), Tadeusz MIKULCZYŃSKI, Sergei MILEIKO (Russia), Kiyoshi NOGI (Japan), Władysław ORŁOWICZ, Alberto PASSERONE (Italy), Stanisław PIETROWSKI, Wojciech PRZETAKIEWICZ, Pradeep Kumar ROHATGI (USA), Sudipta SEAL (USA), Jan SZAJNAR, Michał SZWEYCER, Roman WRONA, Paweł ZIĘBA

The articles published herein have been reviewed Graphic Design: ENTER GRAF, Kraków Computer Typesetting: Patrycja Rumińska Proofreading: Marta Konieczna, Anna Samek-Bugno

EDITORIAL OFFICE: ”Transactions of Foundry Research Institute” 30-418 Cracow, 73 Zakopianska Street tel. +48 (12) 261-83-81, fax +48 (12) 266-08-70 http://www.iod.krakow.pl e-mail: jmadej@iod.krakow.pl © Copyright by Instytut Odlewnictwa No part of this publication may be reproduced or distributed without the written permission of the copyright holder

Printed in Poland ISSN 1899-2439

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom LI

Rok 2011

Zeszyt 2

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA STRUKTURĘ STOPU TYPU INCONEL 740 EFFECT OF HEAT TREATMENT ON STRUCTURE OF THE INCONEL 740 TYPE ALLOY

Zenon Pirowski, Waldemar Uhl, Jacek Wodnicki, Andrzej Gwiżdż, Krzysztof Jaśkowiec Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

Streszczenie Wykonano stop niklu typu Inconel 740 w próżniowym piecu indukcyjnym średniej częstotliwości.

W trakcie wytopu stosowano atmosferę gazu obojętnego (argon). Metal zalewano do formy ceramicznej z krzemianem etylu jako spoiwem. Modelami były wałki o średnicy 20 mm i długości 300 mm. Wykonane odlewy stanowiły materiał badawczy do oceny struktury w stanie odlanym i po obróbce cieplej oraz do oceny właściwości mechanicznych. Określono wpływ parametrów temperaturowo-czasowych procesu starzenia stopu typu Inconel 740 na proces jego umacniania wydzieleniowego i roztworowego.

Słowa kluczowe: stopy niklu, obróbka cieplna, właściwości mechaniczne, struktura

Abstract The Inconel 740 type nickel alloy was melted in a vacuum, medium frequency induction furnace.

During melting the inert gas (argon) atmosphere was used Metal was poured into a ceramic mould based on ethyl silicate. Models were 300 mm long rods of 20 mm diameter. Castings were used as a test material to evaluate the structure in as-cast state and after heat treatment and to determine the mechanical properties. The effect of time-temperature parameters of the aging process of an Inconel 740 type alloy on the process of the precipitation and solution hardening was investigated.

Keywords: nickel alloys, heat treatment, mechanical properties, structure

5

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom LI

Rok 2011

Zeszyt 2

ZASTOSOWANIE MAS FORMIERSKICH ZE SPOIWEM GEOPOLIMEROWYM DO PRODUKCJI ODLEWÓW ZE STOPÓW Al APPLICATION OF MOULDING SANDS WITH GEOPOLYMER BINDER IN THE MANUFACTURE OF CASTINGS FROM ALUMINIUM ALLOYS Franciszek Pezarski1, Irena Izdebska-Szanda1, Elżbieta Smoluchowska1, Roman Świder2, Andrzej Pysz2 2

1 Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków Innowacja Sp. z o.o., ul. Jana Szyprowskiego 1, 39-460 Nowa Dęba

Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych charakterystyki wiązania mas formierskich ze spoiwami nieorganicznymi geopolimerowymi oraz dla porównania z żywicą furanową i alkaliczną przeznaczonych dla odlewów ze stopów na bazie aluminium. Przeprowadzone badania wykazały między innymi, że masy z udziałem spoiwa geopolimerowego charakteryzują się dużą wytrzymałością i przepuszczalnością oraz małą gazotwórczością. Istnieje duża możliwość regulacji szybkości wiązania tych mas przez zastosowanie odpowiedniego utwardzacza. Masy ze spoiwem geopolimerowym uzyskują niższe wartości wytrzymałości końcowej w porównaniu do mas furanowych, co jest korzystne przy wybijaniu masy nieprzepalonej z formy. Badania modelowe wykazały przydatność mas ze spoiwem geopolimerowym do wykonywania form piaskowych oraz piaskowokokilowych dla odlewów ze stopów aluminiowych.

Słowa kluczowe: masy formierskie, spoiwa nieorganiczne geopolimerowe, badania modelowe, formy piaskowe

Abstract The article presents the results of laboratory tests on the binding characteristics of moulding sands with inorganic geopolymer binders and for comparison with furan resin and alkaline resin, designed for casting of aluminium - based alloys. The carried out investigations have proved, among others, that sands with geopolymer binder are characterised by high strength and permeability and low gas evolution rate. There is real possibility to control the binding rate of these sands through application of appropriate hardener. Sands with geopolymer binder have lower final resistance than furan sands which is beneficial when unburnt sand is knocked out from mould. Simulation studies have proved the usefulness of sands with geopolymer binder in the manufacture of sand moulds and metal moulds with sand cores for aluminium alloy castings.

Keywords: moulding sands, inorganic geopolymer binders, simulation studies, sand moulds

23

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom LI

Rok 2011

Zeszyt 2

TECHNOLOGICZNE ASPEKTY SYNTEZY METALOWYCH MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH ZBROJONYCH CENOSFERAMI TECHNOLOGICAL ASPECTS OF THE SYNTHESIS OF METAL MATRIX COMPOSITES REINFORCED WITH CENOSPHERES

Piotr Długosz1, Paweł Darłak1, Robert M. Purgert2, Jerzy J. Sobczak1 2

1 Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków Energy Industries of Ohio, Park Center Plaza, Suite 200 6100 Oak Tree Blvd Independence, USA

Streszczenie Zaprezentowano metodę odlewania metalowych materiałów kompozytowych bazujących na metalach lekkich, zbrojonych cenosferami - materiałem odpadowym o niskiej masie właściwej.

Cenosfery, stanowiące produkt uszlachetniania popiołów lotnych metodą flotacji, zostały uformowane w porowate kształtki ceramiczne i poddane ciśnieniowej infiltracji ciekłym stopem aluminium na specjalnie przygotowanej prasie hydraulicznej. Badania wykazały, że prawidłowy dobór takich parametrów procesu, jak: ciśnienie prasowania, temperatura stopu i preformy ceramicznej jest niezbędny do wytworzenia wyrobów kompozytowych odznaczających się niską gęstością, obniżonym przewodnictwem cieplnym, odpornością na zużycie cierne oraz wysoką zdolnością tłumienia.

Słowa kluczowe: cenosfery, kompozyty ALFA, infiltracja ciśnieniowa

Abstract The paper presents a method of casting metal matrix composite materials based on light alloys reinforced with cenospheres. The cenospheres, which are product of fly ash processing by flotation, were formed into the porous ceramic shaped elements and subjected to pressure infiltration with liquid metal on a specially designed hydraulic press. Studies have shown that proper selection of process parameters, such as squeeze pressure, temperature of alloy and ceramic preform is necessary to obtain satisfactory properties of the ready composite products.

Keywords: cenosphere, ALFA composites, pressure infiltration

35

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA Tom LI

Rok 2011

Zeszyt 2

BADANIE KINETYKI KRZEPNIĘCIA I STYGNIĘCIA MASY MODELOWEJ W MATRYCY THE STUDY OF THE KINETICS OF SOLIDIFICATION AND COOLING OF PATTERN MATERIAL IN A DIE Jerzy Stachańczyk, Rafał Pabiś Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

Streszczenie W artykule zaprezentowano opracowaną metodykę badań pozwalającą na ocenę kinetyki krzepnięcia i stygnięcia mas modelowych w formie metalowej – matrycy. Przedstawiono zastosowaną aparaturę oraz wyniki badań wytypowanych mas modelowych. Określono szybkość krzepnięcia i stygnięcia przy zmiennych parametrach przebiegu procesu technologicznego.

Słowa kluczowe: kinetyka krzepnięcia, masy modelowe, stygnięcie, proces technologiczny

Abstract The article presents the developed research methodology that allows the evaluation of the kinetics of solidification and cooling of pattern material in a metal mould ( die). The apparatus was described and the results of investigations carried out on selected pattern materials were presented. The solidification and cooling rate under the variable parameters of a technological process was determined.

Key words: kinetics of solidification, pattern material, cooling, technological process

45