Caracteristicile tehnologice de turnare - Cercetarea fluiditatii

Caracteristicile tehnologice de turnare

Cercetarea fluiditatii

A.   Scopul si obiectul lucrarii

Detalierea principalelor aspecte si aprofundarea notiunilor referitoare la una din cea mai importanta proprietati tehnologice ale topiturilor metalice destinate turnarii pieselor . Fluiditata determina in mod hotarator calitatea pieselor turnate si contribuie la evitarea unor defecte de turnare tipice de tipul partilor neumplute , cruste , aderente , reprize , rugozitati ridicate ale suprafetelor si influenteaza chiar procesul de solidificare si fenomenele de contractie la racire .

B.   Date generale. Teoria si principiul metodei experimentale .

Fluiditatea topiturilor metalice turnate in forme este caracteristica prin capacitatea acestora de a curge si de a lua forma cavitatii respective . Curgerea se realizeaza in forma , prin canalele retelei de turnare . Are loc deci umplerea amprentei din forma si simultan redarea , copierea . dupa solidificare a tuturor detaliilor de forma si rugozitate din suprafetele active ale miezurilor ( formand interiorul piesei turnate ) si formelor ( realizand astfel exteriorul reperului respectiv , obtinut prin turnare ) .

Topitura metalica - cu temperatura egala cu Tturnare incalzeste forma de turnare - cu temperatura initiala egala cu mediul ambiant Tforma T sau egala cu temperatura de pre-- incalzire ( in cazul formelor metalice , numite uzual cochilii ) si pe masura racirii sale , fluiditatea se micsoreaza si vascozitatea ei creste . Fluiditatea nu trebuie privita insa numai ca proprietatea opusa vascozitatii , ci include o serie de elemente legate in principal de urmatoarele grupe de parametrii tehnologici :

a. - Caracteristicile aliajului turnat proprietati termofizice - temperatura de topire sau

solidificare , caldura masica specifica , conductibilitate termica ;

proprietati metalurgice - interval de solidificare ,

caldura latenta de solidificare , nivelul palierelor eutectice si eutectoide ;

proprietati fizice ale fazei metalice lichida ( topitura ) si solida ( piesa propriu - zisa ) - densitate , tensiune superficiala , reactivitate chimica , oxidabilitate , vascozitate .

b. - Proprietatile materialului formei si miezurilor caracteristicile termofizice - temp. de vitrifiere , rezistenta minima sub sarcina la incalzire si contactul direct cu topitura , caldura masica specifica , conductibilitatea termica ;

In aceasta categorie intra si coeficientii termofizici sintetici , cumulari ai proprietatilor singulare enumerate si anume :

a.      - coeficientul global de acumulare a caldurii de catre forma , bf :

bf

unde lf este coeficientul de conductibilitate termica al materialului formei , in W/m.grd ;

cpf -- caldura masica specifica , in J/Kg.grd ;

df densitatea amestecului de formare indesat , in Kg/m³ .

Pentru topitura care se raceste , intra in discutie coeficientul de difuzibilitate termica a ; deci :

b - coeficientul de difuzibilitate termica a aliajului ( topiturii ) aa

aa

unde la este coeficientul de conductibilitate termica al aliajului ( topiturii ) , in W/m.grd ;

pa - caldura masica specifica , in J/Kg-grd

da - densitatea aliajului lichid turnat , Kg/m

roprietatile tehnologice ale formei de turnare ( gradul de indesare , continutul de umiditate , rugozitatea suprafetelor active ale formei si miezurilor , natura liantului marimea adaosurilor carbonice , organice si combustibile - generatoare de atmosfera reducatoare si " carbune lucios - negru de fum " depus pe granulele de cuart , temperatura initiala sau de preincalzire -in cazul formelor metalice , utilizarea vopselelor refractare de protectie a suprafetelor active , refractarizarea amestecului de formare respectiv ) ;

b.     - parametrii procesului de turnare : deosebit de importanta este temperatura de turnare si de supraincalzire a topiturii , viteza de turnare ( debitul specific ) , presiunea metalestatica si inaltimea de turnare in raport cu forma .

Pentru canalele retelei de turnare intra in discutie coeficientii hidraulici locali de rezistenta , care duc la pierdere de energie ( viteza ) : rugozitatea peretelui format , schimbarea directiei de curgere , modificarea sectiunii transversale a canalului prin care se realizeaza curgerea , lungimea parcursului de curgere - umplere prin : sifon , direct sau cu alimentare laterala , e.t.c.

Cu alte cuvinte , despre notiunea de fluiditate a topiturilor metalice destinate turnarii se discuta numai in corelatia concreta cu forma de turnare si parametrii procesului de turnare , concomitent cu natura aliajului ( feros , neferos si marca acestuia )

La racirea topiturii , in forma de turnare , fliditatea cat si curgerea au de suferit , viteza de umplere scazand vizibil la marimea suspensiilor de faza solida in jetul de topitura .

In momentul opririi curgerii , ca rezultat al raciriitopiturii si cresterii - peste un continut critic , al fazei solide , fluiditatea dispare complet si se obtine asa numita FLUIDITATE NULA . Pentru o famile de aliaje , de tipul solutiilor ( lichide si solide , linia de fluiditate nula este un loc geometric cuprins intre linia lichidus -Tl si solidus -Ts

Alte categorii de materiale metalice utilizate pentru turnarea pieselor , pe langa solutiile solide ( fonte , oteluri , aliaje neferoase ) le constitue : metalele pure si aliajele de compozitie eutectica ( amestecuri mecanice , deci cazul a doua faze metalice nemiscibile in stare solida ) ( fig. 2) .

Din punct de vedere al mecanismului de solidificare se deosebesc :

a.      - topituri metalice cu solidificarea cu zona bifazica ( front de inceput de modificare si front de sfarsit de solidificare ) si deci cu interval de solidificare ; este cazul solutiilor (cs) a caror solidificare , cu ponderea fazelor ( lichida si solida ) si variatia concentratiei fazelor prezentate in figura 3 ;

b.     - topituri metalice cu solidificarea fara zona bifazica si fara interval de solidificare de tipul metalelor pure ( MP ) si aliajelor de compozitie eutectica (ACE ) ;

Indiferent de natura materialului metalic ( grupa a - cs si grupa b - MP si ACE ) , cantitatea de faza solida , produsa in unitatea de timp la racirea aliajuluio lichid turnat este dependenta atat de tipul aliajului , cat si de tipul formei in care s-a realizat turnarea , dupa o lege exponentiala :

Xcs

unde Xcs este grosimea de crusta solidificata in unitatea de timp , in cm ;

K - constanta de solidificare , in cm s

t_r -- timpul de racire , in sec .

Caracterul dual al solidificarii , depinde atat de natura aliajului , cat si a formei , este evidentiat de valorile concrete stabilite pentru constanta de solidificare K (tabel 1)

Daca ne referim la tipul materialului metalic turnat , corelatia intre fluiditate si marimea intervalului de solidificare , pentru cazul unei familii de aliaje de neferoase din sistemul AlSi - siluminuri , este indicata calitativ in fig 4 .