Wady odlewów - skąd się biorą i jaka jest ich specyfika?

Wady odlewów są niepożądanym elementem pracy odlewnika. Wadę odlewu, zgodnie z normą PN-85/H-83105 "Odlewy - Podział i terminologia wad", stanowi zmiana kształtu, jakości powierzchni surowej, naruszenie ciągłości oraz nieprawidłowość struktury wewnętrznej odlewu.

Z tego artykułu dowiesz się:

czym jest wada odlewu,
jakie są rodzaje wad odlewu,
jaka jest charakterystyka przykładowych, najpopularniejszych wad odlewu,
jak zapobiegać poszczególnym wadom odlewów.

Wady odlewów

Każdy odlew metalowy może mieć wady różnego rodzaju i etiologii. Wadą lub wadami odlewów nazywamy każde odchylenie cech odlewu od obowiązujących wymagań dotyczących na przykład materiału, struktury, czy właściwości mechanicznych lub fizykochemicznych.

Jako że odlewy stosowane są w zasadzie w każdej gałęzi przemysłu, a ich gabaryty i masa mogą wahać się zasadniczo nawet od kilku gramów do kilkudziesięciu ton, może wystąpić szerokie spektrum niedoskonałości, które mogą - chociaż nie muszą - wpływać na użyteczność odlewu lub wymuszać poprawki i dalszą obróbkę.

Poprzez warunki techniczne określamy dalsze postępowanie z wadliwym odlewem. Wady odlewnicze występujące w procesie produkcyjnym można podzielić na:

wady dopuszczalne,
wady naprawialne,
wady dyskwalifikujące odlew.

Nie da się na chwilę obecną stworzyć procesu produkcyjnego, który umożliwiłby całkowitą eliminację wad. Z tego powodu odlewnie już na etapie planowania produkcji zakładają dopuszczalny procent wystąpienia odlewów. Ten odsetek, zależnie od asortymentu produkcji wynosi od 1% na liniach automatycznych do 7-10% przy odlewach jednostkowych i małoseryjnych, z medianą sięgającą 2-5%.

Rodzaje wad odlewów

Polska klasyfikacja wad odlewów metalowych jest jedną z nielicznych klasyfikacji objętych państwowymi normami. Zgodnie z tą klasyfikacją wyróżniamy cztery nadrzędne rodzaje wad odlewów:

Kształtu, do których zaliczamy np.

niedolewy,
uszkodzenia mechaniczne,
przestawienia,
zalewki

Powierzchniowe, które mogą być spowodowane masą formierską czy jakością formy, jak np.

chropowatość,
wypchnięcia,
pęcherze,
nakłucia,
przypalenia i wżarcia,
zaprószenia i zanieczyszczenia (wtrącenia niemetaliczne),
oberwania (garbów),
zdarcia (erozja formy),
wypchnięcia,
strupy,
niespawy,
fałdy,
żyłki.

Przerwy ciągłości, a więc:

- pęknięcia na zimno i na gorąco,

- oberwania na gorąco i na zimno.

Wewnętrzne, takie jak:

porowatość skurczowa,
porowatość gazowa,
zażużlenia,
zapiaszczenia,
jama skurczowa,
rzadzizna.

Wady odlewów – przyczyny powstania i środki zaradcze

Wad odlewów można unikać stosując odpowiednie środki zaradcze, dlatego poniżej pokrótce opiszemy zarówno rodzaje wad odlewów, jak i sposoby na ich uniknięcie.

Pory

Pory są pustymi przestrzeniami lub ubytkami w strukturze odlewu, które powstają podczas procesu odlewania. Porowatości mogą mieć charakter skurczowy lub gazowy. Skurczowe pojawiają się z powodu braku zasilania , gazowe w wyniku obecności gazów w ciekłym metalu. Aby zapobiec powstawaniu porowatości należy przygotować odpowiednią technologię formy, dbać o odpowiednie parametry masy formierskiej, kontrolować jakość ciekłego stopu odlewniczego, dobrać optymalne parametry procesy zalewania.

Pęknięcia

Pęknięcia mogą występować w odlewach w wyniku naprężeń, różnic temperatury lub wadliwego projektu. Aby zapobiec pęknięciom, ważne jest dokładne przemyślenie projektu i uwzględnienie odpowiednich kształtów zaokrągleń, eliminacja ostrych krawędzi, odpowiednie kontrolowanie temperatury podczas chłodzenia odlewu oraz stosowanie odpowiednich technologii i materiałów.

Zanieczyszczenia i wtrącenia

Zanieczyszczenia mogą występować w odlewach w postaci zanieczyszczeń metalowych, wtrąceń piaskowych lub innych materiałów obcych. Aby zapobiec zanieczyszczeniom, konieczne jest odpowiednie przygotowanie materiałów, czystość formy odlewniczej, kontrola jakości materiałów odlewowych oraz stosowanie odpowiednich technik i procesów odlewania.

Skurcz odlewniczy

Skurcz odlewniczy - może powodować deformacje i zmiany wymiarowe w odlewach. Ważne jest przygotowanie odpowiedniej technologii uwzględniającej rodzaj stosowanego stopu (wielkość skurczu), dobór optymalnej temperatury zalewania.

Nierównomierne skurcze mogą powodować deformacje i wypaczenia w odlewach. Aby zapobiec nierównomiernej skurczności, można stosować odpowiednie systemy podpór, kontrolować temperaturę chłodzenia odlewu, stosować metody stopniowego chłodzenia oraz uwzględniać właściwości materiału odlewniczego.

Nadmierna skurczowość odlewu może z kolei prowadzić do deformacji lub skurczu niezgodnego z oczekiwaniami. Aby zapobiec nadmiernemu skurczowi, można stosować odpowiednie dodatki lub modyfikatory stopu, kontrolować temperaturę chłodzenia odlewu, stosować odpowiednie systemy podpór oraz uwzględniać właściwości termiczne i skurczowe materiału odlewniczego.

Niespawy

Jest wadą odlewu widoczną jako przerwa ciągłości, powstała na skutek niezupełnego połączenia się dwóch strumieni metalu. Zbyt niska temperatura zalewania może powodować niedokładne wypełnienie wnęki formy. Ważne jest aby zapewnić optymalną temperaturę zalewania oraz odpowiednio szybkie dostarczenie ciekłego stopu do wnęki formy.

Chropowatość

Chropowatość to nierówna powierzchnia odlewu, która może wynikać z niedokładności formy odlewniczej. Aby zapobiec chropowatości, ważne jest odpowiednie przygotowanie formy odlewniczej, stosowanie odpowiednich materiałów odlewniczych, kontrolowanie parametrów.

Potrzebujesz pomocy w wycenie odlewów i doborze materiałów odlewniczych? Napisz do nas.

Chcesz zlecić wykonanie odlewów profesjonalistom? W tym przypadku sprawdź naszą ofertę.

Sorbityzacja odlewów. Na czym polega sorbityzacja krok po kroku

Sorbityzacja odlewów

Aby uzyskać pożądane właściwości odlewów stosuje się szereg zabiegów pozwalających na dostosowanie ich konkretnych parametrów do funkcji jakie mają pełnić. Do takich zabiegów zalicza się między innymi obróbkę termiczną. W przeszłości pisaliśmy szerzej m.in. o obróbce cieplnej staliwa i żeliwa – dziś będzie interesowała nas z kolei sorbityzacja, znana również jako podhartowywanie, czy hartowanie powierzchniowe.

Z tego artykułu dowiesz się:

czym jest sorbityzacja,
jakie są cele sorbityzacji,
na czym polega proces sorbityzacji krok po kroku.
i więcej!

Sorbityzacja

Sorbityzacja jest procesem termicznym stosowanym w odlewnictwie, mającym na celu poprawę właściwości mechanicznych i strukturalnych odlewów. Polega ona na kontrolowanym chłodzeniu odlewów w warunkach, które umożliwiają uzyskanie pożądanej mikrostruktury materiału. Konkretniej, proces ten pozwala na przemianę struktury austenitycznej (zwiększającej odporność na korozję dzięki dodatkowi krzemu, chromu lub aluminium, o czym pisaliśmy tutaj) w strukturę sorbitową. Sorbit to z kolei drobnodyspersyjny cementyt w osnowie ferrytycznej, który jest bardziej plastyczny i wytrzymała niż austenit, co przekłada się na poprawę właściwości odlewu.

Proces sorbityzacji ma na celu zwiększenie twardości odlewów oraz poprawę ich wytrzymałości i odporności na pękanie. Jest szczególnie pożądany w przypadku odlewów żeliwnych i staliwnych, gdzie istotne jest równomierne rozprowadzenie perlitu w strukturze materiału. Perlit jest strukturą złożoną z warstw ferrytu i cementytu, która nadaje odlewom właściwości mechaniczne.

W trakcie sorbityzacji odlew jest podgrzewany do wysokiej temperatury, a następnie chłodzony w odpowiednich warunkach. Sorbityzacja odlewów wymaga precyzyjnego kontrolowania procesu chłodzenia, temperatury oraz czasu trwania, gdyż odpowiednie parametry chłodzenia pozwalają osiągnąć pożądane cechy strukturalne i mechaniczne odlewu.

Wprowadzenie procesu sorbityzacji może znacząco poprawić jakość i wytrzymałość odlewów, zwiększając ich wartość użytkową. Jest to istotne, zwłaszcza w przypadku zastosowania odlewów w branżach takich jak motoryzacja, branża maszynowa czy energetyczna, gdzie wymagane są komponenty o wysokiej wytrzymałości i trwałości, a jednocześnie o odpowiedniej elastyczności zastosowań.

Sorbit

Sorbit to składnik strukturalny będący mieszaniną ferrytu i cementytu o dyspersji (stanie rozproszenia substancji w roztworze) zmniejszającej się wraz ze wzrostem temperatury. Powstaje w stalach stopowych konstrukcyjnych do ulepszania cieplnego po wysokim odpuszczaniu w temperaturze ok. 400–600 °C. Cechuje się wysokimi parametrami wytrzymałościowymi i plastycznymi. Twardość sorbitu, w zależności od składu chemicznego materiału na odlew i warunków odpuszczania, wynosi od 44 do około 56 HRC (skala twardości Rockwella).

Cele sorbityzacji

Sorbityzacja w odlewnictwie ma kilka głównych celów, które mają na celu poprawę właściwości mechanicznych i strukturalnych odlewów. Jakie są główne cele sorbityzacji?

Poprawa wytrzymałości: Proces sorbityzacji prowadzi do tworzenia struktury sorbitowej w odlewach, która charakteryzuje się wyższą wytrzymałością mechaniczną niż austenit. Sorbityzacja zwiększa twardość, wytrzymałość na rozciąganie, odporność na zużycie i odporność na pękanie odlewów.
Zwiększenie odporności na zmęczenie: Sorbityzacja może poprawić odporność odlewów na zmęczenie i zwiększyć ich trwałość. Struktura sorbitowa ma zdolność do absorpcji energii i rozpraszania naprężeń, co zmniejsza ryzyko pęknięć i uszkodzeń spowodowanych cyklicznym obciążeniem.
Odporność na odkształcenia: Proces sorbityzacji sprawia, że odlewy stają się bardziej odporne na odkształcenia. Jest to szczególnie istotne w przypadku elementów, które poddaje się naprężeniom i obciążeniom dynamicznym.
Zwiększenie trwałości: Dzięki lepszym właściwościom mechanicznym odlewy poddane sorbityzacji są bardziej trwałe i odporne na uszkodzenia. Mają większą odporność na zużycie, korozję i działanie czynników zewnętrznych.
Poprawa jakości: Sorbityzacja pozwala na uzyskanie odlewów o jednolitej, drobnoziarnistej strukturze, co przekłada się na wyższą jakość wyrobów. Poprawa struktury materiału zmniejsza ryzyko wystąpienia wad, takich jak pory, wtrącenia lub nierównomierne rozkładanie faz.

Te cele sorbityzacji mają na celu zapewnienie wysokiej jakości, trwałości i wydajności odlewów, które spełniają wymagania techniczne i funkcjonalne dla różnych branż. Poprawa właściwości mechanicznych odlewów pozwala na tworzenie komponentów o zwiększonej wytrzymałości, elastyczności i trwałości, co jest kluczowe w wielu zastosowaniach przemysłowych.

Sorbityzacja krok po kroku

Na czym dokładnie polega proces sorbityzacji?

Pierwszym etapem sorbityzacji jest podgrzewanie odlewów do odpowiedniej temperatury. Najczęściej jest to temperatura powyżej AC3, czyli takiej temperatury, w której ferryt całkowicie przemienia się w austenit
Następnie odlewy są utrzymywane przez określony czas we wskazanej temperaturze. Umożliwia to równomierne rozprowadzenie ciepła i osiągnięcie jednorodnej temperatury w całej objętości materiału. Czas ten może się różnić w zależności od rodzaju odlewów i ich wielkości.
Po upływie określonego czasu odlewy są chłodzone w kontrolowany sposób. Istnieje wiele metod chłodzenia, takich jak chłodzenie powolne, chłodzenie w kontrolowanej atmosferze lub chłodzenie w specjalnych płynach chłodzących. Wybór metody zależy od konkretnych wymagań procesu i pożądanej struktury odlewów.

Proces sorbityzacji odlewów wymaga precyzyjnej kontroli parametrów takich jak temperatura, czas trwania podgrzewania i chłodzenia oraz metoda chłodzenia. Dobrej jakości odlewy o pożądanej strukturze i właściwościach mechanicznych można osiągnąć dzięki odpowiedniemu doborowi tych parametrów.

Sorbityzacja jest zatem procesem stosowanym w odlewnictwie, pozwalającym na uzyskanie odlewów o wysokiej wytrzymałości i trwałości. Dzięki temu procesowi możliwe jest dostarczanie komponentów o doskonałych właściwościach mechanicznych do różnych branż.

Źródła:

Kilka słów o potrzebie i możności ulepszania szyn drogą sorbityzacji (zastępczego ulepszania).*) - inż. B. Kołomyjski

Obróbka cieplna i cieplno-chemiczna stali, dr inż. Bogdan Pawłowski

Metaloznawstwo, pod red. Marii Głowackiej

Potrzebujesz pomocy w wycenie odlewów i doborze materiałów odlewniczych? Napisz do nas.

Chcesz zlecić wykonanie odlewów profesjonalistom? W tym przypadku sprawdź naszą ofertę.

Obróbka mechaniczna odlewów - co warto wiedzieć?

Obróbka mechaniczna odlewów

Obróbka mechaniczna jest ostatnim etapem w procesie wytwarzania elementów w technologii odlewniczej. Ma ona na celu usunięcie maszynowe naddatków odlewniczych w miejscach, których geometria i wymiary nie były możliwe do uzyskania za pomocą odlewania. Czyli, mówiąc prościej, służy ona wycyzelowaniu parametrów projektu i jego ostatecznemu doszlifowaniu.

Z tego artykułu dowiesz się:

na czym polega obróbka mechaniczna odlewów,
do czego jest potrzebna obróbka mechaniczna odlewów,
jakie są rodzaje obróbki mechanicznej odlewów?

Na czym polega obróbka mechaniczna odlewów?

Obróbka mechaniczna odlewów jest procesem, który ma na celu kształtowanie, wykańczanie i poprawę jakości odlewów. Jest to taka forma obróbki, przy której następuje zmiana parametrów zewnętrznych obrabianego elementu lub materiału poprzez oddzielanie fragmentów lub wywieranie nacisku mechanicznego.

Obróbka mechaniczna jest czasem przeprowadzana w połączeniu z innymi rodzajami obróbki. Na przykład z obróbką termiczną (o której pisaliśmy więcej w tym artykule w kontekście staliwa oraz w kolejnym w kontekście żeliwa) czy chemiczną. Nazywa się ją również obróbką wykańczającą, ponieważ stanowi ostatni etap produkcji odlewów.

Jakie są rodzaje obróbki mechanicznej odlewów?

Zależnie od rodzaju obróbki mechanicznej, wykonuje się ją z udziałem różnych narzędzi, które opiszemy poniżej.

Ostrzenie

Ostrzenie to proces polegające na usuwaniu nadmiaru materiału za pomocą ostrza lub narzędzia tnącego. Mogą być stosowane do usuwania nadmiaru materiału, wykańczania powierzchni i tworzenia precyzyjnych kształtów.

Frezowanie

Frezowanie jest jednym z często stosowanych, najbardziej wydajnych sposobów obróbki skrawaniem. Polega ono na oddzieleniu warstwy materiału za pomocą obracającego się narzędzia (freza) na obrabiarce zwanej frezarką. Frezowaniem można obrabiać płaszczyzny, powierzchnie krzywoliniowe, gwinty, koła zębate itp.

Frezowanie CNC

Frezowanie CNC (Computer Numerical Control) to automatyczny proces obróbki mechanicznej, który wykorzystuje sterowane komputerowo frezarki do precyzyjnego kształtowania i wykańczania odlewów. Dzięki temu można uzyskać skomplikowane kształty i wzory.

Toczenie CNC

To metoda, która polega na oddzieleniu warstwy materiału obrabianego detalu za pomocą noża tokarskiego. Ostrze nie porusza się – ruchowi poddaaje się jedynie obrabiany przedmiot. Zabieg ten wykonuje się z pomocą tokarki CNC. Tokarka CNC to maszyna sterowana komputerowo, która obraca odlew wokół swojej osi i kształtuje go za pomocą narzędzi tnących. Jest stosowana do tworzenia cylindrycznych kształtów, takich jak wałki, tuleje czy stożki.

Obróbka elektroerozyjna

Obróbka elektroerozyjna (EDM) wykorzystuje wyładowania elektryczne, które następują pomiędzy elektrodą roboczą (erodą) i powierzchnią przedmiotu obrabianego zanurzonego w dielektryku, aby usunąć materiał z odlewu. Jest używana głównie do obróbki precyzyjnej i tworzenia skomplikowanych kształtów.

Wiercenie i rozwiercanie

Wiercenie i rozwiercanie służą do tworzenia otworów w odlewach. Podczas gdy wiercenie polega na wycinaniu otworów za pomocą wiertła, rozwiercanie polega na powiększaniu istniejących otworów za pomocą narzędzia rozwierczego.

Szlifowanie

Szlifowanie jest procesem polegającym na usuwaniu materiału z powierzchni odlewów za pomocą szlifierki lub szlifierek. Służy do wygładzania powierzchni, usuwania nierówności i poprawy precyzji wymiarów.

Honowanie

Honowanie ma na celu wygładzanie i wykańczanie bardzo precyzyjnych otworów i zewnętrznych powierzchni obrotowych walcowych lub stożkowych niektórych powierzchni kształtowych (np. uzębień) oraz płaszczyzn, pozwalając na dużą dokładność pomiarową.

Podsumowanie

Podsumowując, na obróbkę mechaniczną odlewów składa się każdy mechaniczny - zarówno maszynowy jak i manualny, sposób wykończenia odlewu, wpływający na jego parametry, strukturę i/lub kształt.

Źródła:

Podstawy metalurgii i odlewnictwa, Zbigniew Plater

Wykonywanie części maszyn w procesach obróbki skrawaniem, Janusz Górny

Poradnik odlewnika, red. J. Sobczak

Potrzebujesz pomocy w wycenie odlewów i doborze materiałów odlewniczych? Napisz do nas.

Chcesz zlecić wykonanie odlewów profesjonalistom? W tym przypadku sprawdź naszą ofertę.

Masy formierskie w odlewnictwie - jak wykonać odlew krok po kroku

Masy formierskie w odlewnictwie

Odlewu nie da się wykonać bez właściwej formy, do jej wykonania z kolei niezbędne są odpowiednie masy formierskie. Masą formierską nazywamy specjalną mieszankę, która po umieszczeniu w formie i utwardzeniu tworzy dokładnie odwzorowane odlewu. Istnieje wiele rodzajów mas formierskich, a wybór odpowiedniej zależy od wielu czynników, takich jak rodzaj stopu, technologia odlewania czy wymagana dokładność odlewu. W artykule tym przyjrzymy się bliżej masom formierskim w odlewnictwie, omówimy ich podział i zastosowanie oraz dowiemy się, jakie czynniki wpływają na jakość odlewu.

W przeszłości pisaliśmy dla Państwa między innymi o masach furanowych i bentonitowych stosowanych w odlewnictwie.

Z tego artykułu dowiesz się:

czym są masy formierskie,
jakie są rodzaje mas formierskich,
jak wykonuje się formę odlewniczą,
jakie najnowsze technologie kierunkują rozwój tej gałęzi odlewnictwa.

Czym są masy formierskie?

Masy formierskie to materiały stosowane w procesie odlewania, które służą do utworzenia formy, w której zostaną wykonane odlewy lub rdzenia odlewniczego. Ich głównym celem jest zapewnienie odpowiedniej jakości i dokładności odlewu, a także ochrona przeciwko wpływowi wysokich temperatur i ciśnienia na odlew. Masą formierską można wypełnić przestrzeń pomiędzy modelem a wewnętrzną powierzchnią formy, co pozwala na otrzymanie pożądanego kształtu i wymiarów odlewu. W odlewnictwie stosuje się różnego rodzaju masy formierskie, w zależności od materiału, z którego wykonany jest odlew oraz od wielkości i skomplikowania detalu. W zależności od zastosowania, masy formierskie mogą mieć więc szeroki zakres właściwości, takich jak twardość, plastyczność, odporność na odkształcenia i wiele innych.

Mówiąc o ich cechach zwraca się uwagę na parametry takie jak:

zawartość wilgoci,
przepuszczalność,
płynność,
wytrzymałość (na ściskanie, ścinanie, rozciąganie, zginanie),
osypliwość i ścieralność,
gęstość pozorną,
ogniotrwałość,
podatność (zdolność masy do niestawiania oporu kurczącemu się odlewowi podczas procesu stygnięcia),
wybijalność ( łatwość usuwania masy z formy lub rdzenia odlewu po zakrzepnięciu metalu w formie).

W przypadku odlewnictwa, masa formierska pełni kluczową rolę w procesie formowania, ponieważ jest ona odpowiedzialna za tworzenie dokładnych kształtów, wykończenie powierzchni, a także stabilność formy w czasie odlewu. Dzięki zastosowaniu odpowiednio dobranych mas formierskich, możliwe jest odlewanie elementów o skomplikowanych kształtach, a także uzyskanie precyzyjnych detali z najwyższą jakością powierzchni.

Z czego składają się masy formierskie?

Do najczęściej stosowanych mas formierskich należą masy syntetyczne, w których skład wchodzi:

osnowa – która stanowi 80 do 90% masy. Zazwyczaj osnowę stanowi piasek (np. piasek kwarcowy o temperaturze spiekania powyżej 1350 °C, uprzednio oczyszczony z domieszek oraz osuszony do wilgotności na poziomie 1%),
materiał wiążący – 5–10% masy formierskiej to materiał wiążący (np. bentonit)
woda – od 2 do 4%,
dodatki specjalne – 2 – 6%, dotychczas najczęściej wykorzystywano pył węglowy, z którego pod wpływem temperatury wydziela się węgiel pirolityczny, tworzący na ziarnach osnowy warstwę niezwilżalną przez ciekły metal, co pozwala uzyskać mniejsza chropowatość powierzchni oraz zapobiec przypaleniu masy. Obecnie coraz częściej wprowadza się bardziej przyjazne środowisku i wydajne zamienniki dla pyłu węglowego, o czym można przeczytać więcej w tym artykule.

Innym popularnym rodzajem mas formierskich są masy organiczne, które składają się z:

organicznych polimerów - takich jak żywice fenolowe, żywice epoksydowe, żywice melaminowe i żywice furanowe,
wypełniaczy - takich jak piasek kwarcowy lub zsyntezowane kruszywo,
substancje spiekające i utwardzające - zazwyczaj utleniacze, takie jak tlenek żelaza (III) lub tlenek chromu (VI).

Rodzaje mas formierskich

Jak wspomnieliśmy powyżej, materiały, z których wykonuje się masy formierskie, zależne są od specyfiki potrzeb wynikających z ich wykorzystania. I tak też, zależnie od zastosowania i rodzaju, możemy mówić o rozróżnieniu na:

masy stosowane do odlewania żeliwa, staliwa i metali nieżelaznych,
masy do form odlewanych „na wilgotno” i „ na sucho”,
masy przymodelowe i wypełniające oraz jednolite,
masy organiczne (naturalne/żywiczne) i syntetyczne,
masy formierskie i rdzeniowe specjalne (cementowe, ceramiczne, itp.).

Jak wykonać formę odlewniczą? Zastosowanie mas formierskich

Należy pamiętać, że proces wykonania formy odlewniczej może różnić się w zależności od rodzaju odlewanej masy, zastosowanej technologii i innych czynników. Możemy jednak zasadniczo opisać proces przygotowywania formy z mas formierskich w kilku prostych krokach.

Przygotowanie modelu formy - przygotowanie formy z masy formierskiej należy poprzedzić wykonaniem odpowiedniego modelu, który dokładnie odwzorowuje kształt odlewu i umożliwia proste wyciągnięcie modelu z masy formierskiej, uwzględniając jednocześnie skurcz odlewniczy (musi więc mieć odpowiednio większe parametry). Modele wykonywało się dotychczas najczęściej z metalu i drewna, obecnie nowe technologie pozwalają również na drukowanie precyzyjnych modeli 3D.
Zabezpieczenie formy - następnie zabezpiecza się formę przed przywieraniem masy odlewniczej. Można to zrobić poprzez pokrycie formy odpowiednim środkiem zabezpieczającym, np. grafitem.
Przygotowanie masy
Przesypanie masy przez sito - należy pamiętać, że przed wsypaniem masy do formy należy przesypać ją przez sito, dzięki czemu można rozdrobnić wszelkie grudki i spulchnienia masy, szczególnie jeśli jest to masa, która była wcześniej regenerowana i może zawierać np. szpile odlewnicze, które zostaną wychwycone podczas przesypywania przez sito.
Wypełnienie formy - po przygotowaniu masy formierskiej należy ją wlać do formy, uważając aby nie pozostawić żadnych pustek. Później kolejno trzeba dokładnie ją ubić i usunąć nadmiar masy, a później nakłuć masę w skrzynce szpilką odlewniczą. Ważnie aby nie dostać się do formy (umożliwia lepsze odprowadzenie gazów, które powstają podczas procesu odlewania).
Oczekiwanie na utwardzenie - masa formierska musi utwardzić się, co zwykle zajmuje kilka godzin.
Gotowość do odlewania - po usunięciu formy odlew jest gotowy do odlewu metalu.

Regeneracja mas formierskich

Regeneracja mas formierskich polega na przywróceniu ich właściwości użytkowych po użyciu. W trakcie procesu odlewniczego masa formierska ulega rozgrzaniu, a następnie ochłodzeniu, co powoduje jej degradację. Ponadto, w trakcie odlewu w masie formierskiej pozostają zanieczyszczenia, takie jak drobiny metali i ich odlewów, spaliny i półprodukty procesu odlewniczego, które wpływają negatywnie na jej jakość. Aby przywrócić masie formierskiej jej właściwości, stosuje się proces regeneracji. Polega on na odzyskaniu właściwego surowca ze zużytej masy formierskiej, a następnie jego przetworzeniu i dodaniu do nowo wyprodukowanej masy. W ten sposób, z zużytej masy formierskiej powstaje nowa masa o podobnych właściwościach i jakości. Dzięki temu można ponowne wykorzystać ją w procesie odlewniczym. W przypadku niektórych mas formierskich (np. bentonitowych) możliwy jest recykling nawet 90% masy formierskiej.

Kiedy mowa o organicznych masach formierskich, regeneracja polega na dodaniu nowych substancji wiążących oraz utwardzaczy. Dzięki temu masa odzyskuje swoją konsystencję i właściwości. Z kolei w przypadku mas nieorganicznych, np. z gliny, regeneracja polega na wymieszaniu zużytej masy z nową. Taki zabieg pozwala na odzyskanie właściwości.

Proces regeneracji ma pozytywny wpływ nie tylko ze względu na koszt produkcji i zmniejszenie kosztu utylizacji, ale także na zmniejszenie ilości odpadów, a więc na środowisko.

Masy formierskie a najnowsze technologie

W dzisiejszych czasach, ze względu na zmieniające się klimatyczne i środowiskowe wymagania, coraz większy nacisk kładzie się na poszukiwanie proekologicznych rozwiązań w różnych branżach, w tym również w odlewnictwie. W ostatnim czasie pojawiło się wiele innowacyjnych i zrównoważonych pomysłów w dziedzinie odlewnictwa.

Jednym z takich pomysłów jest wykorzystanie nowych materiałów do produkcji mas formierskich. Obecnie na rynku dostępne są już masy formierskie wykonane z naturalnych materiałów, takich jak skrobia kukurydziana, glina, czy mąka ryżowa. Są one bardziej przyjazne dla środowiska i mogą być poddane recyklingowi, co ogranicza ilość odpadów generowanych w procesie odlewniczym.

Poszukuje się też rozwiązań ulepszających obecnie stosowane, wydajne masy formierskie, które po zamianie pyłu węglowego okazują się być wysoce ekologiczne. O jednym z takich odkryć, opracowanych przez zespół z AGH w Krakowie, pisaliśmy w artykule o masach bentonitowych w odlewnictwie.

Innym ciekawym rozwiązaniem jest wykorzystanie druku 3D do produkcji form odlewniczych. Technologia ta pozwala na szybsze i bardziej precyzyjne wytwarzanie form. To z kolei zwiększa wydajność procesu odlewniczego i zmniejsza ilość odpadów. Druk 3D pozwala również na wykorzystanie odnawialnych surowców do produkcji form, co przyczynia się do ochrony środowiska.

Masz pytania? Skontaktuj się z nami i nie zapomnij sprawdzić naszej oferty.

Masy bentonitowe w odlewnictwie - właściwości, aspekt ekologiczny i praktyczne zastosowanie

Czym są masy bentonitowe?

Odlewy, ze względu na funkcje, które pełnią, muszą być wykonane z niezwykłą precyzją. Tym, co wpływa na ich kształt i wykonanie pojedynczych elementów są specjalne formy, wykonane z mas formierskich. Jednymi z najpowszechniej wykorzystywanych mas są masy bentonitowe, których cechy i zastosowanie omówimy w poniższym tekście.

W przeszłości pisaliśmy dla Państwa między innymi o masach furanowych (furfulowych) stosowanych w odlewnictwie, będących inną dynamicznie rozwijającą się gałęzią rynku odlewniczego.

Z tego artykułu dowiesz się:

czym jest masa formierska,
jakie zastosowanie w odlewnictwie znajdują masy bentonitowe,
jakie są wady mas bentonitowych,
jak ich zastosowanie ma się do ekologii.

Co to masa formierska?

Masy formierskie to materiały służące do wytwarzania form i rdzeni odlewniczych. Stały się podstawowym materiałem wyjściowym w odlewnictwie, pozwalającym na usystematyzowanie, przyśpieszenie i zwiększenie jakości procesów produkcji.

Zasadniczymi materiałami formierskimi są piasek i glina o odpowiedniej zawartości wody oraz inne dodatki formierskie, dobrane w odpowiednich proporcjach i przerobione, w celu uzyskania właściwości niezbędnych do wykonania w warunkach produkcyjnych określonych form i odlewów

W odlewnictwie stosuje się kilka rodzajów mas na formy i rdzenie odlewnicze. Są to między innymi:

masy z bentonitem,
ciekłe masy ceramiczne dla odlewnictwa precyzyjnego,
masy ze spoiwami biopolimerowym,
masy ze spoiwami organicznymi i nieorganicznymi.

Masy bentonitowe w odlewnictwie

W wysoce uprzemysłowionych krajach 60 - 85% odlewów ze stopów żelaza wytwarza się w masach formierskich wiązanych bentonitem. Jednym z rodzajów glin formierskich, będących spoiwami osnowy (czyli formierskiego piasku kwarcowego 1K➗4K), są gliny montmorylonitowe, a więc bentonity. To właśnie te gliny mają szerokie zastosowanie w wykonaniu mas formierskich na drobne i średnie odlewy, szczególnie kiedy mowa o odlewniach zmechanizowanych i zautomatyzowanych.

Bentonity cieszą się popularnością ze względu na swoje właściwości, pozwalające na ich szerokie zastosowanie. Do cech bentonitów należą między innymi:

temperatura topnienia 1580 ํC,
duża zdolność wchłaniania wody i pęcznienia,
wysokie zdolności wiążące - zasadniczo największe spośród wszystkich rodzajów glin.

Dzięki temu masy bentonitowe są:

ekonomiczne: ich koszt jest stosunkowo niski,
wydajne i łatwe w regeneracji: jedynie 10-15% masy materiałów formierskich ulega degeneracji podczas użycia – pozostałe 85-90% można wykorzystywać ponownie po odpowiedniej obróbce,
jakościowe: dzięki nowoczesnym metodom formowania proces wykonania form z mas bentonitowych jest szybki, a odlewy wysokiej jakości. Mają one też małą wrażliwość na zmianę parametrów w procesie produkcyjnym,
stosunkowo ekologiczne, ale o tym opowiemy poniżej

Czy masy bentonitowe są ekologiczne?

Można spotkać się z poglądem jakoby masy bentonitowe nie były ekologiczne. Jest to jednak pogląd niezupełnie zgodny z rzeczywistością. Dlaczego?

Do stworzenia mas formierskich, poza osnową (piaskiem kwarcowym) i substancją wiążącą (czyli np. bentonitami), wykorzystuje się dodatki specjalne. Przez długi czas powszechnie stosowanym dodatkiem był pył węglowy, z którego pod wpływem temperatury wydziela się węgiel pirolityczny. Ten z kolei tworzy na ziarnach osnowy warstwę niezwilżalną przez ciekły metal. Pozwala to uzyskać mniejsza chropowatość powierzchni oraz zapobiec przypaleniu masy. W tym procesie dochodzi jednak do emisji substancji szkodliwych. Te z kolei pochodzą z rozkładu pyłu węglowego, a ich skład zależy od temperatury stopu odlewniczego.

Dowiedziono jednak, że gdyby całkowicie wyeliminować dodatek pyłu węglowego z mas z bentonitem, stałyby się one najbardziej ekologicznymi w branży odlewniczej. W końcu świetnie nadają się do odświeżania i wykorzystywania w kolejnych obiegach. Co więcej, dzięki ich wydajności zostaje wyeliminowana potrzeba stosowania zbiorników magazynujących masę. Co więcej, zużyta masa formierska z bentonitem jest łatwa do zagospodarowania poza odlewnictwem.

Z tego powodu obecnie zamiast pyłu węglowego stosowane są często zamienniki, jak masa bentonitowa zawierająca nośniki węgla.

Interesujący wydatek opracowały naukowczynie i naukowcy z Centrum Transferu Technologii AGH w Krakowie. Jak mówią:

Przedmiotem wynalazku jest masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym w postaci szungitu, przeznaczona do stosowania w przemyśle odlewniczym, do wytwarzania form i rdzeni, wykorzystywanych następnie do produkcji pełnojakościowych odlewów żeliwnych. Istotą innowacyjności otrzymanej masy jest spełnienie pożądanych przez odlewnie właściwości: otrzymanie pełnowartościowego odlewu, a przy tym cały proces technologiczny, w tym wysokotemperaturowy proces wykonywania odlewu jest przyjazny dla środowiska.

Wg. dr. hab. inż. Artura Bobrowskiego te odkrycie wpływa pozytywnie nie tylko na środowisko i bezpieczeństwo pracy, ale także na ciągłość produkcji odlewów, eliminację wad, ograniczenie nakładów energetycznych na obróbkę wykończeniową i minimalizację strat.

Wady mas bentonitowych

Wadę mas bentonitowych z pewnością stanowi fakt, że temperatura wlewana do wnęki formy ciekłego stopu odlewniczego prowadzi do dezaktywacji bentonitu. Zmniejsza to jej zdolność wiązania i zwiększa osypliwość masy. Bentonit ma stosunkowo niską odporność termiczną, co oznacza, że może ulec rozkładowi w wysokich temperaturach. W przypadku odlewania metali o wysokiej temperaturze, takich jak stal czy żeliwo, może to prowadzić do powstawania wad w odlewach.

W przypadku mas z pyłem węglowym dochodzi również do wspomnianego wcześniej uwalniania zanieczyszczeń, w postaci WWA (wielopierścieniowych wodorów aromatycznych), do atmosfery.

Co więcej, masy bentonitowe cechują się wysoką zawartością wilgoci. Bentonit jest materiałem higroskopijnym, co oznacza, że łatwo absorbuje wilgoć z powietrza. Wysoka zawartość wilgoci w masie bentonitowej może prowadzić do powstawania wad powierzchniowych na odlewach, takich jak pęcherze czy wytrącenia.

Warto też pamiętać, że masy bentonitowe mają niską wytrzymałość mechaniczną, co oznacza, że mogą ulec odkształceniom podczas procesu formowania odlewu.

Masy bentonitowe - podsumowanie

Masy bentonitowe nie bez powodu są jednymi z najczęściej stosowanych w odlewnictwie żeliwa mas formierskich. W końcu są wydajne i ekonomiczne, a wykonane z ich wykorzystaniem formy precyzyjne i solidne. Chociaż aspekt ekologiczny zdecydowanie pozostawiał przez długi czas wiele do życzenia, obecnie dąży się do całkowitej neutralizacji skutków ubocznych wykorzystywania tych mas formierskich.

Obróbka cieplna staliwa - wszystko co musisz wiedzieć

Obróbka cieplna staliwa

Obróbka cieplna jest zespołem zabiegów technologicznych, których proces polega kolejno na: nagrzaniu przedmiotu do pożądanej temperatury, utrzymaniu go w niej przez wymagany czas, aby ostatecznie chłodzić go z zadaną prędkością. Dzięki temu można uzyskać odpowiednie właściwości obiektu podlegającego obróbce cieplnej. Nas natomiast, w dzisiejszym tekście, interesować będzie obróbka cieplna staliwa.

Chcesz dowiedzieć się więcej o staliwie? Zajrzyj do naszej Bazy Wiedzy, gdzie znajdziesz artykuły opisujące różne gatunki staliwa, różnice pomiędzy staliwem a żeliwem i wiele więcej.

Z tego artykułu dowiesz się:

czym jest na czym polega obróbka cieplna staliwa,
jakie są cele obróbki cieplnej staliwa,
jak, pokrótce, klasyfikuje się zabiegi obróbki cieplnej,
w jaki sposób faktycznie poprawia się strukturę odlewu.

Obróbka cieplna staliwa - cele

Technologia obróbki cieplnej staliwa stanowi skuteczny sposób na poprawę właściwości użytkowych odlewów, a dzięki temu wytworzenie struktury gwarantującej określone właściwości mechaniczne lub korektę wadliwej struktury otrzymanej na różnych etapach procesu technologicznego. Dzięki temu poddane obróbce cieplnej odlewy są idealnie kompatybilne z zastosowaniem zgodnym z bardzo konkretnymi wymaganiami dotyczącymi ich użytkowania.

W czasie krzepnięcia odlewów staliwnych może dojść do pewnych, niekorzystnych zjawisk, takich jak:

1. nierównomierna wielkość powstających ziaren na przekroju odlewy, a najbardziej gruboziarnista struktura znajduje się w środku ścianki,
2. nierównomierna zawartość pierwiastków wchodzących w skład staliwa, tak wewnątrz kryształów (mikrosegregacja) jak i na przekroju odlewu (makrosegregacja),
3. wydzielenia na granicach ziaren,
4. duże naprężenie odlewnicze.

Dlatego też obróbka cieplna jest niezbędną operacją technologiczną w procesie produkcji odlewów staliwnych, ponieważ przyczynia się do poprawy struktury krystalicznej, zmniejszania segregacji dendrytycznej, obniżenia naprężeń wewnętrznych, podwyższenia właściwości fizykomechanicznych.

Odlewnictwo współczesne. Poradnik odlewnika, Tom I, wyd. Stowarzyszenia Technicznego Odlewników Polskich, 2013, s. 413

Obróbka cieplna staliwa - klasyfikacja

Jakie są podstawowe metody obróbki cieplnej odlewów staliwnych? To:

wyżarzanie ujednorodniające (homogenizacja, wyżarzanie dyfuzyjne),
wyżarzanie zupełne,
normalizacja,
normalizacja+odpuszczanie,
podwójna normalizacja z dwoma bądź jednym końcowym odpuszczaniem lub bez odpuszczania,
wyżarzanie zmiękczające,
ulepszanie cieplne (hartowanie + wysokie odpuszczanie),
podwójne hartowanie z dwoma lub jednym końcowym odpuszczaniem,
hartowanie powierzchniowe + niskie odpuszczanie,
obróbka cieplno-chemiczna.

Metody obróbki cieplnej staliwa i poprawy struktury odlewu

Istotną i dominującą grupę procesów obróbki cieplnej odlewów staliwnych stanowią różne rodzaje wyżarzania. Poszczególne rodzaje tego procesu różnią się między sobą przede wszystkim zakresem wygrzewania i sposobem chłodzenia. Zdarza się również często, że wyżarzanie jest jedynie wstępną obróbką cieplną lub, w przypadku wyżarzania normalizującego (zarówno z odpuszczeniem, jak i bez), końcową obróbką cieplną odlewu staliwnego.

Poniżej pokrótce opiszemy charakterystykę procesów wyżarzania i hartowania.

Obróbka cieplna staliwa - wyżarzanie

Obróbka cieplna staliwa przez wyżarzanie polega na kolejno:

nagrzaniu materiału do określonej temperatury,
przytrzymaniu go przy tej temperaturze,
powolnym studzeniu.

Celem takiej obróbki cieplnej staliwa jest możliwie najbardziej precyzyjne przybliżenie stanu materiału do warunków równowagi.

- wyżarzanie ujednoradniające (homogenizacja): polega na nagrzewaniu odlewu do bardzo wysokiej temperatury, długotrwałym wygrzewaniu go w tej temperaturze i ochładzaniu – jest to typowy proces dyfuzyjny, dzięki któremu usuwane są wydzieliny znajdujące się na granicach ziaren i nie dochodzi do mikro- i makrosegregacji składu chemicznego. Ma ono jednak również wady – wysoka temperatura i długi czas wygrzewania sprzyjają bowiem odwęglaniu i rozrostowi ziaren. Z tego powodu po tym procesie należy zastosować inny rodzaj wyżarzania, który sprzyja rozdrabnianiu ziaren (np. normalizacja). Ze względu na wysoki koszt, stosuje się go głównie w przypadku dużych odlewów ze staliw stopowych.

wyżarzanie normalizujące (normalizacja): polega na nagrzaniu staliwa do temperatury ok.30-50℃ powyżej temperatury Acз (temperatura w której ferryt całkowicie przemienia się w austenit), wygrzaniu go w tej temperaturze i chłodzeniu w powietrzu. Dzięki temu rodzajowi wyżarzania uzyskuje się jednolitą, drobnoziarnistą strukturę, zmniejsza się ilość naprężeń i podwyższa właściwości mechaniczne.

wyżarzanie zupełne od normalizującego różni się jedynie sposobem chłodzenia – w ramach wyżarzania zupełnego chłodzi się odlew wraz z chłodzeniem pieca.

wyżarzanie zmiękczające (nazywane również wyżarzaniem sferoidyzującym): polega na nagrzaniu odlewów do temperatury nieco (ok. 10-15℃) poniżej lub powyżej Ac₁ (co oznacza punkt przemiany eutektoidalnej, czyli temperatury, w której struktura zaczyna zmieniać się w austenit), a następnie bardzo powolnym chłodzeniu, z szybkością 10➗20℃/h. Warto zaznaczyć, że przez sferoidyzację rozumiemy zmianę postaci cementu z płytkowego na kulkowy, dzięki czemu uzyskuje się zmniejszenie twardości.
wyżarzanie odprężające: ma na celu usunięcie naprężeń własnych, starając się nie wprowadzać zmian strukturalnych. Ten sposób wyżarzania odlewów stosuje się np. po naprawach odlewów przez spawanie.

Obróbka cieplna staliwa - hartowanie

Hartowanie służy do nadawania elementom szczególnych właściwości mechanicznych w celu zapewnienia, że nadają się do wykorzystania w ramach pożądanego zastosowania. Hartowanie polega na:

nagrzaniu staliwa do temperatury austenityzacji, która zależy od zawartości węgla,
wygrzaniu w tej temperaturze w czasie ok. 2,4 min/1mm grubości ścianki odlewu,
oziębieniu w takich ośrodkach, które pozwolą na otrzymanie struktury martenzytycznej, bainitycznej lub mieszanej, nie powodując przy tym pęknięć i deformacji odlewu.

Wyróżniamy dwie metody hartowania: hartowanie objętościowe i powierzchniowe, a w ich ramach poszczególne grupy.

Hartowanie objętościowe (na wskroś)	Hartowanie powierzchniowe
Zwykłe	Indukcyjne
Przerywane	Płomieniowe
Stopniowe
Z przemianą izotermiczną

Na czym polegają?

Metody hartowania objętościowego:

- zwykłe – najczęściej stosowana metoda, polegająca na oziębianiu ciągłym w jednym ośrodku,

przerywane – polegające na oziębianiu ciągłym w dwóch ośrodkach, np. wodzie i oleju,
stopniowe – polega na oziębianiu w dwóch ośrodkach: w pierwszym do utrzymania struktury austenitycznej i w drugim w celu przekształcenia austenitu w martenzyt.

Metody hartowania powierzchniowego:

indukcyjnie – w ramach którego z pomocą prądów wirowych, wzbudzanych zmiennym polem magnetycznym występującym we wzbudniku, przez który przepływa prąd zmienny, szybko nagrzewa się warstwę powierzchniową odlewu, a następnie szybko oziębia się tę warstwę.
płomieniowe – czyli takie, do którego stosuje się miedziane końcówki palników konstrukcji dostosowanej do kształtu hartowanej powierzchni. W ramach hartowania płomieniowego ilość ciepła doprowadzonego do powierzchni odlewu musi być znacznie wyższa niż ilość ciepła, która przenika w głąb materiału przez przewodnictwo.

Chłodzenie przy hartowaniu

Po austenizacji, aby otrzymać pożądaną mikrostrukturę staliwa, należy schłodzić odlew z określoną szybkością w ośrodkach charakteryzujących się wymaganymi właściwościami termokinetycznymi, tj. zapewniającymi takie przechłodzenie austenitu, aby mikrostruktura staliwa po po hartowaniu składała się z martenzytu lub bainitu.

Potrzebujesz pomocy w wycenie odlewów i doborze materiałów odlewniczych? Napisz do nas.

Chcesz zlecić wykonanie odlewów profesjonalistom? W tym przypadku sprawdź naszą ofertę.

Obróbka cieplna żeliwa - wszystko co musisz wiedzieć

Obróbka cieplna żeliwa

Obróbka cieplna to zespół zabiegów technologicznych, których proces polega kolejno na nagrzaniu przedmiotu do pożądanej temperatury, utrzymaniu go w niej przez wymagany czas, aby ostatecznie chłodzić go z zadaną prędkością. Dzięki temu można uzyskać odpowiednie właściwości obiektu podlegającego obróbce cieplnej. Nas natomiast, w dzisiejszym tekście, interesować będzie obróbka cieplna żeliwa – stopu żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, w którym zawartość węgla wynosi od 2%, maksymalnie do 3,8% - 6,7%.

Chcesz dowiedzieć się więcej o żeliwie? Zajrzyj do naszej Bazy Wiedzy, gdzie opisujemy różne gatunki żeliwa, różnice pomiędzy staliwem a żeliwem i wiele więcej.

Z tego artykułu dowiesz się

czym konkretnie jest obróbka cieplna żeliwa,
jakie są cele obróbki cieplnej żeliwa,
jak, pokrótce, klasyfikuje się zabiegi obróbki cieplnej,
w jaki sposób faktycznie poprawia się strukturę odlewu.

Obróbka cieplna żeliwa - cele

Technologia obróbki cieplnej żeliwa jest skutecznym sposobem na poprawę właściwości użytkowych odlewów, a przez to wytworzenie struktury gwarantującej określone właściwości mechanicznych lub korektę wadliwej struktury otrzymanej na różnych etapach procesu technologicznego.

Dzięki temu poddane obróbce cieplnej odlewy są idealnie kompatybilne z zastosowaniem zgodnym z potrzebami klienta.

Obróbka cieplna żeliwa stosowana jest zarówno w przypadku odlewów z żeliwa stopowego i niestopowego. Co więcej, szczególnie ważną rolę spełnia w procesie odlewów z żeliwa sferoidalnego. Wynika to przede wszystkim z oddziaływania osnowy na właściwości mechaniczne odlewów, znacznie silniejszego niż niż w porównaniu do chociażby żeliwa szarego z grafitem płytkowym.

Obróbka cieplna żeliwa - klasyfikacja

Zabiegi obróbki cieplnej możemy podzielić na trzy kategorie, a mianowicie: wyżarzanie, ulepszanie cieplne i, wreszcie, umacnianie wydzieleniowe. Ich klasyfikację przedstawimy w tabeli poniżej.

Obróbka cieplna żeliwa - klasyfikacja
Wyżarzanie	Ulepszanie cieplne	Umacnianie wydzieleniowe
Ujednorodnianie	Hartowanie	Przesycanie
Normalizowanie	Odpuszczanie	Starzenie
Wyżarzanie	Wymrażanie
Zmiękczanie
Perlityzowanie
Przegrzewanie
Odprężanie
Stabilizowanie

Metody obróbki cieplnej żeliwa i poprawy struktury odlewu

Obróbka cieplna żeliwa, ze względu na pożądane parametry, może podlegać różnym metodom i technikom. Dla przykładu i w uogólnieniu, należą do nich:

1. wyżarzanie i odprężanie stosowane w celu ograniczenia lub usunięcia naprężeń odlewniczych bez zmiany mikrostruktury i właściwości mechanicznych,
2. wyżarzanie zmiękczające ferrytyzujące lub grafityzujące, stosowane w celu zmniejszenia twardości i zwiększenia skrawalności , ale też dla poprawy właściwości plastycznych,
3. wyżarzanie normalizujące stosowane w celu ujednorodnienia mikrostruktury i poprawy właściwości wytrzymałościowych,
4. hartowanie i ulepszanie cieplne stosowane w celu poprawy odporności na zużycie ścierne oraz zwiększenia właściwości mechanicznych,
5. hartowanie z przemianą izotermiczną, stosowane głównie w technologii żeliwa sferoidalnego ADI oraz żeliwa szarego z grafitem płatkowym AGI i z grafitem wermikularnym AVCI,
6. hartowanie powierzchniowe stosowane w celu zwiększenia twardości i odporności na zużycie ścierne warstwy wierzchniej odlewu.

Odlewnictwo współczesne. Poradnik odlewnika, Tom I, wyd. Stowarzyszenia Technicznego Odlewników Polskich, 2013, s. 290

Na czym polegają poszczególne kategorie metod obróbki cieplnej żeliwa?

Wyżarzanie

Wyżarzanie jest metodą obróbki cieplnej metali, która - krótko mówiąc - polega na nagrzaniu materiału do określonej temperatury, utrzymaniu go w tej temperaturze, a następnie powolnym studzeniu. Celem obróbki żeliwa przez wyżarzanie jest przybliżenie w ten sposób stanu materiału do warunków równowagi.

Rozróżniamy wyżarzanie:

ujednorodniające,
zupełne,
normalizujące,
zmiękczające (sferoidacja),
ferrytyzujące,
grafityzujące,
odprężające.

Ulepszanie cieplne

Ulepszanie cieplne to grupa technik obróbki żeliwa, które mają za zadanie zwiększenie własności mechanicznych, szczególnie wytrzymałościowych, żeliwa. Polega ono na obróbce cieplnej prowadzonej w warunkach nierównowagowych, szczególnie w przypadku chłodzenia, które jest na tyle szybkie, że ogranicza lub uniemożliwia procesy dyfuzyjne (samorzutne mieszanie się substancji).

Do zabiegów ulepszania cieplnego należeć będą więc:

odpuszczanie (niskie, średnie i wysokie),
wymrażanie, prowadzone w temperaturze 80➗150℃ poniżej zera, dzięki czemu odlew zyskuje jednolitą mikrostrukturę i bardzo dobrą wytrzymałość.
hartowanie.

Temu ostatniemu warto jednak poświęcić osobny punkt.

Hartowanie

Hartowanie jest zabiegiem polegającym na szybkim chłodzeniu mającym na celu otrzymanie przesyconego roztworu stałego w Fe∝, czyli tzw. martenzytu, którego sieć krystalograficzna jest inna niż sieć fazy, z której powstał.

Tłumacząc więc pokrótce, hartowanie, które stosuje się aby zwiększyć wytrzymałość odlewów polega na:

nagrzaniu odlewu do temperatury austenityzowania (hartowania), czyli takiej, która jest wyższa o 30-50˙C od temperatury początku przemiany (A1),
wygrzaniu odlewu w tej temperaturze,
a na koniec chłodzeniu z szybkością większą od krytycznej.

Wyróżniamy hartowanie:

izotermiczno-bainityczne,
powierzchniowe.

Umacnianie wydzieleniowe i dyspersyjne

To metoda obróbki cieplnej metali, a konkretnie sposób na zwiększenie ich wytrzymałości mechanicznej oraz granicy plastyczności, szczególnie w przypadku materiałów ciągliwych. Na stosowane w tym celu metody umacniania wydzieleniowego i dyspersyjnego składają się:

przesycanie, czyli szybkie chłodzenie stopu celem uzyskania przesyconego roztworu stałego, poprzedzone wyżarzaniem w podwyższonej temperaturze,
starzenie, podczas którego dochodzi do wydzielania się z roztworu składnika przesycającego w postaci drobnych faz o określonym stopniu dyspersji; tym samym wyróżnia się starzenie naturalne, odbywające się w temperaturze pokojowej i sztuczne, czyli takie, które następuje w skutek wygrzewania materiału przez określony czas w wymaganej temperaturze.

Obróbka cieplna żeliwa - efekty

Końcowy efekt obróbki cieplnej jest wynikową wielu parametrów, w tym, między innymi:

szybkości nagrzewania,
temperatury,
czasu wygrzewania w określonej temperaturze (niezbędnego do wyrównania temperatury w całej objętości odlewu oraz całkowitego przebiegu wymaganych przemian albo zjawisk, chociażby dyfuzyjnych),
szybkości chłodzenia (to bądź co bądź najistotniejszy element obróbki cieplnej odlewów).

Podsumowując, wybrane metody i cele obróbki cieplnej zestawiliśmy w tabeli poniżej, jako przykład podając ulepszania cieplnego odlewów przez hartowanie.

Tworzywo	Cel obróbki cieplnej	Warunki hartowania		Warunki odpuszczania
		Temperatura i czas austenityzowania	Chłodzenie
Żeliwo szare zwykłe	Uzyskanie maksymalnej twardości	Podgrzewanie wstępne do 650˙C, austenityzowane w 850˙C/1h na 25mm grubości ścianki	Kąpiel olejowa	200˙C/1h, chłodzenie na wolnym powietrzu
	Uzyskanie optymalnych właściwości wytrzymałościowych i plastycznych			400˙C/1h, chłodzenie na wolnym powietrzu
Żeliwo szare sferoidalne EN-GJS-900-2	Uzyskanie wymaganych właściwości mechanicznych	900˙C/1h na 25mm grubości ścianki		480˙C/2h, chłodzenie z piecem do 340˙C i następnie chłodzenie na wolnym powietrzu
Żeliwo szare sferoidalne EN-GJS-800-2				565˙C/2h, chłodzenie z piecem do 340˙C i następnie chłodzenie na wolnym powietrzu

Tabela za Odlewnictwo współczesne. Poradnik odlewnika, Tom I, wyd. Stowarzyszenia Technicznego Odlewników Polskich, 2013, s. 297

Potrzebujesz pomocy w wycenie odlewów i doborze materiałów odlewniczych? Napisz do nas.

Chcesz zlecić wykonanie odlewów profesjonalistom? W tym przypadku sprawdź naszą ofertę.

Staliwo stopowe - właściwości, cechy i zastosowanie

Staliwo stopowe - jakie są jego właściwości, cechy i zastosowanie?

Staliwa są jednymi z najważniejszych, jak również najpopularniejszych materiałów wykorzystywanych w odlewnictwie. Charakteryzują się wyjątkową wytrzymałością i odpornością na zużycie, co sprawia, że są niezastąpione zarówno w produkcji wielu elementów maszynowych, jak i narzędzi. W tym artykule na tapetę weźmiemy staliwo stopowe.

Chcesz poznać właściwości stopów wykorzystywanych w odlewnictwie? Sprawdź naszą Bazę Wiedzy.

Z tego artykułu dowiesz się:

czym jest staliwo stopowe i jak się je wytwarza,
jakie są najpopularniejsze dodatki do staliw stopowych,
jakie są typy staliwa stopowego,
gdzie znajduje się zastosowanie dla tego typu staliw.

Staliwo stopowe

Staliwa stopowe, podobnie jak w przypadku żeliw stopowych, o których pisaliśmy tydzień temu, to takie staliwa, do których wprowadza się pierwiastki stopowe, aby nadać im pożądane własności odpowiednie dla konkretnych zastosowań odlewów. Przeważnie stosowane są staliwa, które zawierają kilka składników stopowych, w tym głównie:

nikiel,
chrom,
krzem,
mangan,
molibden,
wanad,
wolfram,
tytan,
niob,
kobalt,
bor,
i inne.

Staliwo stopowe - wytwarzanie

Jak wytwarza się staliwo stopowe?Staliwo obecnie otrzymuje się w piecach łukowych lub indukcyjnych. W przypadku staliwa stopowego, oprócz dodatku węgla, którego zawartość nie przekracza 1,5%, wprowadza się do staliwa dodatkowo domieszki stopowe.

Typy staliw stopowych

Staliwa stopowe można podzielić na podtypy ze względu na zawartość dodatków stopowych i ze względu na zastosowania.

Staliwo stopowe - podział ze względu na zawartość dodatków stopowych

Staliwa stopowe dzieli się na trzy podtypy, zależne od zawartości dodatków stopowych.

staliwo niskostopowe, czyli takie, w którym łącznie stężenie dodatków nie przekracza 2,5%. W tej grupie staliw znajduje się między innymi staliwo stopowe do pracy w podwyższonej temperaturze i staliwo stopowe konstrukcyjne średnioweglowe.

staliwo średniostopowe, z dodatkami zawartymi w przedziale 2,5-5%, zależnie od ich ilości i składu posiadające pożądane cechy staliw niskostopowych i wysokostopowych.
staliwo wysokostopowe, z dodatkami o stężeniu powyżej 5%. Staliwo wysokostopowe to na przykład staliwo odporne na ścieranie i narzędziowe oraz o właściwościach specjalnych.

Staliwo stopowe - podział ze względu na zastosowanie

Staliwa stopowe można podzielić również ze względu na właściwości. W tym przypadku wyróżniamy:

staliwo odporne na korozję, a więc takie, które jest odporne na utlenianie podczas pracy w ośrodkach wodnych, czy na przykład przy ekspozycji na środki chemiczne,

staliwo żaroodporne i żarowytrzymałe, będące tworzywem o zdolności pracy w temperaturze powyżej 650˙C, odporne na destrukcyjne działanie rozgrzanych gazów,

konstrukcyjne i maszynowe, w skład którego wchodzi staliwo stopowe ogólnego przeznaczenia, staliwo do pracy pod ciśnieniem zarówno w niskiej, jak i pokojowej i podwyższonej temperaturze, staliwa odporne na ścieranie,

narzędziowe, a więc znajdujące zastosowanie w produkcji narzędzi o specyficznych właściwościach, takich jak chociażby kule miażdżące i pierścienie bieżne do młynów węglowych.

Skład chemiczny staliwa stopowego - dodatki

Swoje poszczególne zastosowania staliwo stopowe zawdzięcza określonym pierwiastkom stopowym, które wykorzystane w odpowiedniej ilości i proporcji zapewniają optymalne własności i właściwości.

Pierwiastki stopowe oddziałują na mikrostrukturę staliwa identycznie jak w stalach, jednak w przypadku staliwa należy uwzględnić ich wpływ na własności technologiczne (odlewnicze), zwłaszcza przy większej zawartości.
Odlewnictwo, wyd. Naukowo-Techniczne

Poniżej opiszemy niektóre z dodatków wykorzystywanych w produkcji staliw stopowych i ich właściwości.

Mangan

zapewnia dobrą lejność,
zmniejsza skurcz odlewniczy,
12➗14% zawartość sprawia, że staliwo umacnia się pod wpływem zgniotu,
zwiększa wytrzymałość na uderzanie, ścieranie i rozciąganie.

Chrom

przyczynia się do zwiększenia gęstopłynności staliwa,
zwiększa wrażliwość na wtrącenia niemetaliczne (będące częstym powodem pęknięć w odlewach,
zwiększa odporność na działanie rozgrzanych gazów,
gwarantuje żaroodporność i żarowytrzymałość,
zwiększa odporność na korozję.

Krzem:

zwiększa gęstopłynność staliwa,
zwiększa kruchość,

Nikiel

zwiększa odporność na korozję,
obniża prędkość hartowania (przez co ułatwia proces hartowania),
rozpuszczony w ferrycie zwiększa odporność na uderzenia.

Staliwo stopowe - zastosowanie

Dokładne zastosowanie staliwa stopowego wynika bezpośrednio z właściwości konkretnego stopu. I tak też znajduje ono zastosowanie np. konstrukcyjne, mechaniczne, maszynowe w projektach o szerokim spektrum potrzeb.

Potrzebujesz pomocy w wycenie odlewów i doborze materiałów odlewniczych? Napisz do nas.

Chcesz zlecić wykonanie odlewów profesjonalistom? W tym przypadku sprawdź naszą ofertę.

Żeliwo stopowe - rodzaje, właściwości i zastosowania

Żeliwo stopowe - jakie są jego rodzaje, właściwości i zastosowania?

Dziś omówimy szerzej żeliwo stopowe, jego rodzaje, właściwości, skład oraz zastosowania. Żeliwo, jak wiemy z tekstu Czym różni się staliwo od żeliwa?, to najliczniej reprezentowana grupa wysokowęglowych, odlewniczych stopów żelaza (Fe). Konkretniej, są to stopy żelaza z węglem, w których zawartość węgla wynosi powyżej 2%, z maksymalną zawartością wahającą się w przedziale od 3,8% do 6,7%.

Węgiel może występować w żeliwie w postaci grafitu, albo być związany z żelazem pod postacią węglika żelaza (Fe3C), czyli cementytu, którego twardość oscyluje pomiędzy twardością korundu i diamentu. Występowanie konkretnej fazy węgla zależy od szybkości chłodzenia i składu chemicznego stopu.

Z tego artykułu dowiesz się:

czym jest żeliwo stopowe i jak się je wytwarza,
jaki jest skład chemiczny i popularne dodatki do żeliw stopowych,
jakie są typy i właściwości żeliw stopowych oraz ich poszczególne zastosowania,
gdzie wykorzystuje się żeliwo stopowe

Żeliwo stopowe

Żeliwo stopowe jest żeliwem wzbogaconym o dodatki stopowe, dzięki którym wzrasta odporność żeliwa na działanie czynników atmosferycznych, chemikaliów, wysokich temperatur, ścieranie, itp.

Dodatki w postaci krzemu, niklu, chromu, molibdenu, aluminium i innych pierwiastków, pozwalają na modyfikację właściwości chemicznych i fizycznych konkretnych stopów, a tym samym dostosowanie ich do specyficznych wymagań stawianych przez odbiorców odlewów.

Liczba gatunków żeliwa stopowego jest bardzo duża i można klasyfikować je w różny sposób:

ze względu na zawartość dodatków stopowych (niskostopowe < 3% i wysokostopowe > 3%),
ze względu na rodzaj dominującego pierwiastka (np. krzemowe, niklowe, chromowe, manganowe),
ze względu na właściwości (np. odporne na ścieranie, odporne na korozję, żaroodporne).

Żeliwo stopowe - wytwarzanie

Żeliwo otrzymuje się przetapiając surówkę z dodatkami złomu stalowego lub żeliwnego w piecach zwanych żeliwiakami.

Do żeliw stopowych wprowadzane są dodatki stopowe, występujące niezależnie od domieszek. Wspomniane wyżej pierwiastki są dodawane w celu polepszenia właściwości użytkowych żeliw, takich jak:

właściwości mechaniczne,
właściwości fizyczne,
odporność na ścieranie,
odporność na działanie korozji elektrochemicznej i gazowej,
odporność na czynniki atmosferyczne.

Ich skład chemiczny jest dobierany w sposób, który pozwala na zachowanie odpowiedniej struktury i właściwości. Z tego powodu należy ze szczególną uwagą dobierać dodatki o działaniu grafityzującym i zabielającym.

Skład chemiczny żeliwa stopowego - dodatki

Konkretne żeliwo stopowe, zależnie od składu i warunków pracy, może uzyskać odpowiednie właściwości dzięki poszczególnym dodatkom stopowym.

Ze względu na dużą liczbę żeliw stopowych, włączając te znormalizowane, nie sposób omówić je całościowo. Zamiast tego posłużymy się przykładami. Na wybranych, najpopularniejszych pierwiastkach stopowych, omówimy ich wpływ i zastosowania.

Krzem

zwiększa odporność na korozję,
polepsza właściwości w pracy w wysokiej temperaturze (w ilości 4,5 ➗ 8%), ponieważ zmniejsza skłonność do łuszczenia warstwy powierzchniowej,
zwiększa odporność na działanie kwasów (w ilości 14 ➗ 17%, z dodatkiem 5% Chromu i 1% Molibdenu): azotowego, fosforowego, octowego i w szczególności siarkowego (uwaga! podlega łatwo korozji w kwasie solnym i ługach).

Chrom

poprawia odporność na kruszenie i pękanie,
zwiększa odporność na korozję,
zwiększa odporność na wysoką temperaturę,
wykonane z jego domieszką żeliwa są żaroodporne i żarowytrzymałe.

Nikiel

zapewnia optymalną żaroodporność,
zwiększa odporność na korozję.

Molibden

zwiększa odporność na korozję,
zwiększa żarowytrzymałość.

Mangan

wiąże się z siarką usuwając jej niekorzystny wpływ w żeliwie.

Aluminium

odlewy z jego dodatkiem są odporne na działanie środowiska gazowego tlenu, węgla oraz siarki,
zwiększa odporność na wysoką temperaturę.

Typy żeliw stopowych

Jak już wspomniano, najbardziej rozpowszechnionym podziałem żeliw stopowych jest ten, którego kryterium jest określone przez właściwości odlewu. Zgodnie z PN-88/H-83144 dzieli się je więc na żeliwo odporne na korozję, żeliwo odporne na ścieranie i żeliwo żaroodporne.

Żeliwo odporne na korozję

To grupa żeliw, odpornych na niszczenie materiałów w ramach ekspozycji na zewnętrzne czynniki. Ten typ żeliw jest zdominowany przez żeliwa wysokochromowe i chromowo-niklowe. W jego ramach wyróżniamy też żeliwa z dodatkiem niklu i molibdenu stabilizujące odporny na korozję austenit poprzez dodatek krzemu, chromu lub aluminium, tworzących odporną na korozję warstwę na powierzchni odlewu.

Żeliwo o podwyższonej odporności na ścieranie

Ten typ żeliw stopowych jest odporny na ubytek masy, objętości lub grubości na skutek ścierania wierzchniej warstwy elementów, które ze sobą współpracują. Takie właściwości mają na przykład żeliwa niklowe, wysokochromowe i wysokomanganowe.

Żeliwo żaroodporne i żarowytrzymałe

Chociażby niestopowe żeliwo szare odznacza się niewielką żaroodpornością, na której polepszenie wpływa dodatek stopowy, na przykład w formie chromu lub krzemu.

W tej kategorii na szczególną uwagę zasługują:

Silal: tworzywo przeznaczone na odlewy elementów do pracy w temperaturach dochodzących do 600–800 °C, o podniesionej zawartości manganu i krzemu. Jego wadą jest podwyższona kruchość.
Nicrosilal: tworzywo podobne do silalu, z dodatkiem 16-20% niklu. Ma ono lepsze parametry wytrzymałościowe.
Niresist: to materiał wysoce żaroodporny, a jednocześnie odporny na korozję. Zawiera 2,5% krzemu, do 2% manganu, do 16% niklu, do 4 chromu i do 8% miedzi.

Żeliwo stopowe - zastosowanie

Żeliwa stopowe zyskują zastosowanie w wielu branżach i gałęziach przemysłu, zależnie od właściwości konkretnego stopu.

Odlewy żeliwne stopowe można znaleźć na przykład:

we włazach ściekowych,
rurach,
piecach,
przemyśle chemicznym,
przemyśle farmaceutycznym,
przemyśle motoryzacyjnym,
w odlewach wykorzystywanych w warunkach podatnych na styczność z kwasami, rdzę czy wysoką temperaturę.

Staliwo węglowe - właściwości, cechy i zastosowanie

Staliwo węglowe - jakie są jego właściwości, cechy i zastosowanie?

Chcesz poznać właściwości innych stopów wykorzystywanych w odlewnictwie? Sprawdź naszą Bazę Wiedzy.

Z tego artykułu dowiesz się:

czym są staliwa węglowe,
jaki jest ich skład chemiczny i rodzaje,
jak wytwarza się staliwa węglowe,
jakie są właściwości staliw węglowych.

Staliwa węglowe

Staliwa węglowe należą do staliw niestopowych, w których minimalne zawartości pierwiastków są mniejsze niż pewne wartości graniczne (PN-EN 10020:1996). O własnościach tych staliw decyduje zawartość węgla i ich struktura krystaliczna.

Odlewy wykonane ze staliw węglowych mogą być poddawane obróbce cieplnej i cieplno-chemicznej.

Chcesz poznać ogólne informacje o staliwie i żeliwie? Sprawdź tekst Czym różni się staliwo od żeliwa?

Jaki skład chemiczny ma staliwo węglowe?

Staliwa węglowe to stopy żelaza zawierające w swoim składzie chemicznym: C, Si, Mn, P i S (czyli kolejno węgiel, krzem, mangan, fosfor i siarka). Pozostałe pojawiające się w tych stopach pierwiastki, to pozostałości pochodzące z zastosowanych materiałów wsadowych.

Jako przykład zaprezentujemy skład chemiczny staliwa węglowego o oznaczeniu 200-400:

C – max. 0,25%
Si – max.0,6%
Mn – max. 1%
P – max.0,035%
S – max.0,035%

Należy pamiętać, że mogą pojawić się także Cu, Cr, Ni (czyli kolejno miedź, chrom, nikiel), ale nie mogą przekraczać wartości określonych w normie.

Rodzaje staliw węglowych

Staliwa węglowe w zależności od zawartości węgla można podzielić na trzy kategorie:

niskowęglowe (do 0,3% C),
średniowęglowe (0,3 - 0,6% C),
wysokowęglowe (0,6 - 2,1% C).

Warto nadmienić, że wyższa zawartość węgla w staliwach węglowych powoduje, że są one bardziej kruche i trudniejsze do obróbki niż staliwa o niższej zawartości węgla.

Co więcej, według podziału na własności fizyczne, właściwości mechaniczne oraz związane z nimi możliwości praktycznego zastosowania, wyróżnia się dwie grupy staliw:

zwykłej jakości - LI,
wyższej jakości - LII.

Stosowane dawniej oznaczenie składało się z litery L (stal lana), oznaczenia grupy (I lub II) oraz liczby, która określa minimalną wytrzymałość na rozciąganie (Rm) w MPa, np.

LI400 będące staliwem zwykłej jakości o Rm = 400 MPa.

Obecni ten gatunek opisywany jest symbolem: staliwo 200-400 wg. PN-ISO 3755 1994

Skonkretyzowane rodzaje staliw można znaleźć w normach PN ISO 3755:1994 czy PN90/H83161.

Staliwa węglowe - wytwarzanie

Staliwo obecnie otrzymuje się w piecach łukowych lub indukcyjnych.

Struktura i właściwości mechaniczne staliw węglowych

Zawartość węgla ma istotny wpływ na poszczególne własności staliw:

zawartość węgla do 0,8% wpływa na występowanie charakterystycznej struktury ferrytyczno-perlitycznej,
zawartość węgla powyżej 0,8% sprawia, że w strukturze, oprócz perlitu, obecny jest również cementyt wtórny.

Zawartości węgla znacznie wpływa zarówno na własności mechaniczne oraz plastyczne, a przede wszystkim pogarsza spawalność staliwa.

Staliwo węglowe ma też wiele pożądanych właściwości mechanicznych, które zależą od jego składu chemicznego, procesu produkcji i obróbki cieplnej.

Do istotnych właściwości staliwa węglowego zalicza się na przykład:

dobrą spawalność (poniżej 0,25%C),
dobrą skrawalność,
obrabialność cieplną i cieplno-chemiczną.

Staliwo węglowe - zastosowania

Odlewy ze staliwa węglowego znajdują zastosowanie w budownictwie, motoryzacji, przemyśle maszynowym i wielu innych dziedzinach produkcji.

w przemyśle motoryzacyjnym staliwo węglowe jest stosowane do produkcji elementów silnika, skrzyń biegów i innych części.
w przemyśle okrętowym staliwo węglowe jest stosowane do produkcji wałów napędowych, kadłubów i innych części.
w przemyśle budowlanym staliwo węglowe jest wykorzystywane do produkcji elementów konstrukcyjnych.

Ogólnie rzecz biorąc, staliwo węglowe jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów odlewniczych i inżynieryjnych.

Potrzebujesz pomocy w wycenie odlewów i doborze materiałów odlewniczych? Napisz do nas.

Chcesz zlecić wykonanie odlewów profesjonalistom? W tym przypadku sprawdź naszą ofertę.