FLORIN DIACONESCU

GELU BARBU

IULIAN IONI

LUCRRI PRACTICE

2002 Cuprins

pagina Capitolul 1. Teoria solidificrii metalelor 1.1. Determinarea fluiditii metalelor i aliajelor de turntorie 1.2. Determinarea contraciei n stare solid (contracia liniar) 1.3. Determinarea volumului de retasur 1.4. Determinarea tensiunilor ce apar la rcirea pieselor turnate 1.5. Determinarea tendinei de formare a crpturilor n piesele turnate 1.6. Determinarea tendinei de deformare a pieselor turnate.. 1.7. Determinarea cmpului de temperatur n peretele formei de turnare. 1.8. Studiul procesului se solidificare cu ajutorul modelului fizic.. 1.9. Influena configuraiei formei asupra izotermelor de solidificare 1.10. Studiul (cu ajutorul modelului fizic) variaiei vitezei de umplere a cavitii formei n funcie de configuraia canalului de alimentare, la turnarea indirect ... 1.11. Modelarea fizic a distribuiei aliajului lichid n alimentatoarele reelei de turnare.. 1.12. Modelarea fizic a procesului de reinere a incluziunilor nemetalice ntr-un canal colector zimat Capitolul 2. Tehnologia formrii 2.1. Colectarea, pregtirea i cntrirea materialului de analizat 2.2. Determinarea umiditii nisipurilor i a amestecurilor de formare.. 2.3. Determinarea componentei levigabile.. 2.4. Analize granulometrice ale nisipurilor de turntorie 2.5. Executarea epruvetelor pentru ncercarea amestecurilor de formare... 2.6. Determinarea permeabilitii amestecurilor de formare crude i uscate.. 2.7. Determinarea proprietilor mecanice ale amestecurilor de formare... 2.8. Determinarea rezistenelor mecanice ale amestecurilor de formare n stare crud 2.9. Determinarea rezistenei dinamice i a indicelui de sfrmare ale amestecurilor de formare 2.10. Determinarea gradului de ndesare i a duritii superficiale a formelor i miezurilor 2.11. Determinarea rezistenei superficiale a suprafeei formelor i miezurilor. 2.12. Determinarea proprietilor plastice ale amestecurilor de formare 2.13. Formarea manual n dou rame cu model secionat i cutie de miez... 2.14. Formarea manual cu model nesecionat 2.15. Formarea manual n trei sau mai multe rame de formare. 2.16. Formarea manual n miezuri. 2.17. Formarea manual cu abloane de rotaie.. 2.18. Formarea manual cu abloane de translaie.. 2.19. Formarea manual cu model schelet... 2.20. Formarea manual cu utilizarea miezurilor pastil. 2.21. Formarea manual cu model prevzut cu pri demontabile.. 2.22. Executarea formelor coji cu modele fuzibile.. 2.23. Executarea formelor coji cu suprafa de separaie din amestecuri termoreactive

2.24. Executarea formelor coji din amestec cu silicat de sodiu ntrit cu dioxid de carbon... 2.25.Executarea formelor cu ajutorul modelelor volatile. Capitolul 3. Procedee speciale de turnare 3.1. Tendina de formare a crpturilor la aliajele turnate n forme metalice . 3.2. Contracia aliajelor turnate n forme metalice... 3.3. Turnarea n forme metalice 3.4. Utilizarea vibraiilor la turnarea aliajelor metalice 3.5. Turnarea n forme din alice de font sau oel solidizate magnetic 3.6. Turnarea centrifug

CAPITOLUL 1. TEORIA SOLIDIFICRII METALELOR 1.1. DETERMINAREA FLUIDITII METALELOR I ALIAJELOR DE TURNTORIE 1. Consideraii teoretice Prin fluiditate nelegem capacitatea de curgere a metalului sau a aliajului lichid i de umplere corect a formei, cu redarea celor mai fine detalii ale configuraiei cavitii propriu-zise. Ea prezint importan deosebit i sub alte aspecte dect acelea de a umple forma. O fluiditate ridicat uureaz ieirea la suprafaa bii metalice a aerului i gazelor antrenate de jetul de metal lichid la turnare obinndu-se astfel piese lipsite de incluziuni gazoase (sufluri) sau incluziuni de zgur ori nisip erodat din pereii formei. Totodat, aliajele cu fluiditate ridicat se solidific cu o structur compact i o retasur concentrat (gol de solidificare), care poate fi uor ndeprtat prin maselotare sau reumplere chiar n timpul solidificrii. Aliajele cu fluiditate redus au tendina de a forma structuri puin dense (rare), cu retasuri dispersate n masa aliajului (pori), mai greu de ndeprtat cu mijloace obinuite. Fluiditatea definit n sensul de curgere uoar i umplere corect a formei, depinde de urmtorii factori: -proprietile intrinseci ale aliajului: viscozitate, tensiune superficial, conductivitate termic, cldur i greutate specific a aliajului, interval de solidificare, cldur latent de solidificare, grad de impurificare, tendin de oxidare, compoziia chimic; -proprietile formei de turnare: conductivitatea materialului formei, coeficientul de difuzivitate termic, calitatea suprafeelor n contact cu aliajul turnat, temperatura iniial a formei; -tehnologia de turnare: dimensiunile i tipul reelei de turnare, temperatura de supranclzire i cea de turnare, presiunea hidrostatic, eventual presiunea exterioar aplicat la turnare, (care determin viteza de umplere a formei). a. Influena proprietilor aliajului asupra fluiditii. Dintre proprietile mai sus enunate, influena cea mai mare o are viscozitatea. Putem aciona asupra vscozitii, pentru scderea ei, att prin ridicarea temperaturii de nclzire a aliajului topit, ct i prin modificarea compoziiei sale chimice. Ridicarea temperaturii este un mijloc relativ simplu de care turntorul poate dispune ntotdeauna, dar schimbarea compoziiei chimice n scopul obinerii unei fluiditi ridicate influeneaz n majoritatea cazurilor negativ structura i proprietile mecanice astfel c obinerea unei piese bine turnate nu mai este posibil n acest caz. Numai dac proprietile mecanice joac un rol secundar i se toarn piese cu perei subiri (2-10 mm) se poate aciona asupra compoziiei chimice a aliajului pentru mrirea corespunztoare a fluiditii. n general, pentru a asigura fluiditatea necesar, aliajul lichid se supranclzete cu 50-100C deasupra liniei lichidus. n timpul transportului, la curgerea prin reeaua de turnare i prin cavitatea formei, temperatura aliajului scade i viscozitatea lui crete micornd fluiditatea. Aliajul nu-i pierde complet fluiditatea cnd temperatura lui coboar pn la linia lichidus, ci pstreaz proprietatea tehnologic de curgere i dup apariia fazei solide, sub form de cristale ce plutesc n masa lichid, sau sub form de cristale aderente la pereii formei. Fluiditatea dispare complet atunci cnd faza solid ajunge s reprezinte un procent mai ridicat din greutatea aliajului (20% la oeluri sau 30% la fonte), deci la o temperatur situat sub linia lichidus. La un sistem de aliaje cu doi sau mai muli componeni, definim linia temperaturilor de fluiditate nul ori fluiditatea zero totalitatea punctelor de temperatur pentru care fluiditatea este nul la fiecare aliaj din sistem. Aceast linie este cuprins ntre linia lichidus i solidus (Figura nr.1.1). Dup modul de supranclzire a aliajelor n scopul obinerii unei fluiditi ct mai bune pentru turnare, deosebim urmtoarele trei tipuri de fluiditi: real (a), practic (b) i teoretic (c), Figura nr.1.1. Prin fluiditate real se nelege acea fluiditate care s-a determinat la o temperatur constant deasupra fluiditii nule i n acest caz se obin diferite valori ale temperaturii de turnare, Figura nr.1.1a. Prin fluiditate practic se nelege acea fluiditate care se determin la o temperatur de turnare constant, deci se pot obine diferite supranclziri deasupra temperaturii fluiditii nule, Figura nr.1.1b. Prin fluiditate teoretic se nelege acea fluiditate care se obine prin supranclzirea aliajului cu acelai numr de grade deasupra liniei lichidus, Figura nr.1.1.c. n practic linia de fluiditate nul este foarte greu de stabilit i de aceea de multe ori se folosete linia de fluiditate teoretic.

1

a b cFigura nr, 1.1. Fluiditatea aliajelor: a-real; b-practic; cteoretic.

n afar de temperatur, un alt factor cu o influen hotrtoare asupra fluiditii este intervalul de solidificare. Aliajul cu interval mare de solidificare are fluiditate mic, pe cnd cel cu interval mic de solidificare are o fluiditate ridicat. Cea mai mare fluiditate o au aliajele eutectice i metalele pure, Figura nr.1.2. n cazul metalelor pure i aliajelor eutectice, care se solidific la temperatur constant, cristalele au aceleai dimensiuni n toate direciile (cristale echiaxiale), dar la aliajele care se solidific ntr-un interval de temperatur, cristalele cresc de preferin ntr-o anumit direcie (cristale dendritice). n primul caz, faza solid plutete sub form de suspensii fr legtur n faza lichid, iar dac cristalele ader la pereii formei, las la interior un canal cu pereii aproape netezi, Figura nr.1.3.a, n timp ce cristalele dendritice ajung uor n contact unele cu altele, formnd o faz solid continu, iar dac ader la perei las n interior un canal cu perei rugoi, cu unele cristale dezvoltate mult spre axul seciunii piesei, frnnd capacitatea de curgere, Figura nr. 1.3b. Fluiditatea mai redus a aliajelor cu interval mare de solidificare poate fi compensat la turnare printro supranclzire mai mare deasupra liniei lichidus.

Figura nr.1.2. Fluiditatea aliajelor n funcie de intervalul de solidificare.

Figura nr.1.3. Influena formei cristalelor asupra fluiditii: a-cristale echiaxiale; b-cristale dendritice

2

b. Influena materialului formei asupra fluiditii. n timpul curgerii prin canalele reelei de turnare i prin cavitatea formei, aliajul lichid i micoreaz temperatura i fluiditatea. Cedarea de cldur este proporional cu coeficientul de transmitere a cldurii i cu diferena de temperatur ntre aliaj i form, relaia 1.1:

Q = a S (Tm - T f ) t

(1.1)

n care: Q reprezint cantitatea de cldur cedat n timpul t; a -coeficientul de transmitere a cldurii; Ssuprafaa de transmitere a cldurii; T m -temperatura aliajului topit; t-timpul pentru cedarea cantitii de cldur Q; Tf-temperatura de prenclzire a formei. Cldura cedat de aliaj determin o scdere a temperaturii (T), care poate fi obinut din relaia 1.2:

Q = m c p DT

(1.2)

n care: m este masa metalului care particip la cedarea cldurii; c p -cldura specific la presiune constant pentru domeniul lichid; D T-scderea temperaturii aliajului. O parte din cldura primit de peretele formei servete la ridicarea temperaturii acestuia, deci la micorarea diferenei Tm - T f , iar o alt parte este transmis prin peretele formei spre exterior. n cazul cnd conductivitatea termic a formei este mare (cazul formelor metalice), cantitatea de cldur transmis prin perei este mare , deci creterea temperaturii peretelui este mic, diferena Tm - T f se menine mare, aliajul pierde mult cldur i fluiditatea lui scade repede. De aceea, la turnarea n forme metalice, pentru a asigura o capacitate de curgere i umplere a formei acceptabile, formele se nclzesc nainte de turnare la 250-300C, pentru a micora diferena Tm - T f , iar la interior se acoper cu o vopsea refractar din materiale ru conductoare de cldur. n cazul turnrii n forme metalice a pieselor mici cu perei subiri se aplic metoda injectrii aliajului n form cu presiune mare (turnare sub presiune), pentru a asigura o vitez mare de umplere i o durat minim de contact ntre aliajul lichid i pereii formei. Formele din amestec de formare au o conductivitate termic mai redus i cantitatea de cldur transmis prin perete este mai redus. Un aliaj cu aceeai temperatur iniial turnat n forme din amestec de formare are o capacitate de umplere (fluiditate) mai mare dect n cazul formelor metalice. Frecarea aliajului lichid de pereii formei influeneaz curgerea, deoarece pereii rugoi frneaz acest proces. Dac n contact cu aliajul lichid, n pereii formei se formeaz gaze, filmul de gaze creat reduce frecarea de perei i aliajul i menine fluiditatea la un nivel optim. Un astfel de nveli de gaze se formeaz la turnarea n forme crude, prin evaporarea umiditii, iar n cazul amestecurilor de formare cu adaos de crbune se formeaz gaze i prin distilarea crbunelui. Piesele de font i oel cu perei subiri se pot turna n condiii mai bune de umplere n forme crude, atunci cnd fluiditatea permite aceasta. c. nfluena condiiilor de turnare asupra fluiditii. Fluiditatea este mai mare, cu ct supranclzirea aliajului deasupra liniei de fluiditate nul, respectiv deasupra liniei lichidus, este mai mare i deci, viscozitatea este mai mic. De asemenea, cu ct viteza de umplere a formei este mai mare, cu att pierderea de cldur prin pereii formei va fi mai mic i cu att se menine mai ridicat temperatura aliajului i fluiditatea lui. Viteza de umplere este determinat de viteza liniar a lichidului n seciunea de intrare a aliajului n cavitatea formei, precum i de seciunea alimentatorului (ori alimentatorilor) 2. Metode de determinare Aceste metode pot fi directe sau indirecte, primele fiind cele mai utilizate. Metodele directe se mpart n trei grupe:

3

a. Metoda bazat pe ncetarea curgerii aliajului datorit cristalizrii ntr-un canal cu seciune variabil. Mrimea fluiditii se determin prin msurarea dimensiunii liniare a seciunii prii frontale solidificate a probei. ncetarea curgerii se datorete att cristalizrii ct i influenei tensiunii superficiale a aliajului n stare lichid. n cadrul acestei metode se folosete: -proba tip pan, Figura nr.1.4 a, la care se msoar grosimea prii ascuite a penei; -proba sferic, Figura nr.1.4 b, la care se msoar orificiul format de sfer. Se folosete n cazul aliajelor cu tensiune superficial mare.

Figura nr.1.4a. Proba tip pan: 1-plnie; 2-picior; 3-alimentator tip fant; 4-cavitatea propriu-zis; 5semiform; 6-sistem nchidere; 7prob; 8-suport; 9-rigl.

b. Metoda bazat pe ncetarea curgerii datorit cristalizrii aliajului ntr-un canal de ieire scurt i cu diametru mic. Valoarea fluiditii se determin dup greutatea aliajului care a nit de la nceputul ncercrii i pn la ncetarea curgerii (obturarea canalului). c. Metoda bazat pe curgerea aliajului ntr-un canal lung, cu seciune constant, datorit rcirii i cristalizrii aliajului. Valoarea fluiditii se determin prin msurarea lungimii probei solidificate. n cadrul acestei metode se folosesc:

Figura nr.1.4b. Proba sferic:1-semiform; 2-bil; 3-pan; 4-alimentator; 5-cavitate propriu-zis; 6-sistem nchidere; 7plnie turnare.

4

-proba spiral, Figura nr. 1.4 c. Se folosete pentru determinarea fluiditii oelurilor, fontelor i aliajelor neferoase ea fiind cea mai utilizat prob. Fluiditatea se determin prin msurarea lungimii prii de spiral care s-a umplut cu aliaj. Spirala are lungimea de 1500 mm i seciunea de form trapezoidal (50 mm 2 pentru font, 70 mm 2 pentru oel, 40-60 mm 2 pentru aliaje neferoase). Pentru a se uura citirea lungimii probei turnate, pe modelul spiralei sunt prevzute 30 proeminene la distana de 50 mm una de alta; -proba dreapt, Figura nr.1.4 d, se folosete pentru determinarea fluiditii aliajelor neferoase uoare. Proba are diametrul de 5 mm i lungimea de 500 mm; -proba n form de U (Nehendzi i Samarin), Figura nr.1.4 e. Proba n form de U se toarn ntr-o form metalic i face parte din grupa probelor cu profil complicat. Proba are o poriune iniial descendent (vertical) cu diametrul de 9 mm, iar poriunea final (vertical) ascendent cu 6 mm. Bazinul de turnare se execut din font sau amestec de miez, care asigur condiii mai bune de lucru. Temperatura formei metalice trebuie s fie aceeai la fiecare turnare. Proba n form de U se folosete la determinarea fluiditii oelului i are avantajul unui consum redus de aliaj pentru prob;

Figura nr.1.4c. Proba spiral:1-plnie; 2picior; 3-canal spiral; 4-proeminene; 5filtru.

Figura nr.1.4d. Proba dreapt: 1-plnie; 2-dop de obturare; 3-orificiu plnie;4-alimentator;5-cavitate propriu-zis

5

-proba harf, Figura nr. 1.4 f. Metoda se bazeaz pe umplerea concomitent a mai multor canale de diametre diferite, iar fluiditatea se determin numai pentru un interval limitat al temperaturii de turnare, cruia i corespunde un diametru determinat al piciorului sau nlimea diferit a probei. Spre deosebire de celelalte probe, la turnarea probei harf presiunea metalostatic nu rmne constant n timpul turnrii, ci se micoreaz pe msura ridicrii nivelului aliajului n canalele verticale. nlimea la care se ridic aliajul turnat este determinat de nlimea piciorului, care nu trebuie s fie prea mare. Pentru a se obine o gradaie dorit a nlimii la care se ridic aliajul n canale, n funcie de natura aliajului se alege diametrul corespunztor al piciorului: 25 mm pentru oel, 20 mm pentru font i 16,5 mm pentru plumb. Cu ajutorul probei harf se pot determina corelaiile dintre fluiditate i grosimea piesei turnate precum i variaia structurii n funcie de viteza de rcire.

Figura nr.1.4e. Proba n form de U cu tendin de spumare: a-mic (1plnie; 2-canal descendent; 3-canal ascendent; 4-semiform); b-mare

Figura nr.1.4f. Proba harf: a-prob (1-plnie; 2-picior; 3-distribuitor; 4-prob); b-form asamblat.

3. Modul de lucru. Pentru determinarea fluiditii se vor realiza diverse probe, la turnare respectndu-se urmtoarele reguli: -turnarea s se realizeze de la aceeai nlime; -etaneitatea formelor s fie perfect; -temperatura de turnare s se msoare cu exactitate (cu termocuplu de imersie); -se se asigure reinerea zgurei; -s se msoare temperatura de prenclzire a formelor (cu termocuple de contact); -s se cunoasc natura aliajului turnat.

6

1.2.DETERMINAREA CONTRACIEI N STARE SOLID (CONTRACIA LINIAR) 1.Consideraii teoretice Contracia de volum n stare solid ncepe la temperatura eutectic i se termin la temperatura ambiant. Ea reprezint micorarea dimensiunilor volumice sau liniare (contracia liniar) ale pieselor turnate, prin rcirea pn la temperatura ambiant. Cunoaterea contraciei liniare a aliajului este de mare importan practic, cci toate dimensiunile modelului folosit la executarea formei trebuie s fie mai mari dect cele ale piesei turnate, cu valoarea corespunztoare a contraciei. Contracia liniar are influen nu numai asupra dimensiunilor corecte ale pieselor turnate, dar i asupra formrii tensiunilor interne i deci asupra tendinei de formare a crpturilor la cald i la rece. Pentru metalele pure i aliajele eutectice, efectul maxim al contraciei se manifest ncepnd cu temperatura de solidificare, respectiv, temperatura eutectic. n cazul aliajelor cu interval de solidificare, contracia liniar ncepe la temperaturi aflate ntre lichidus i solidus n zona bifazic, din momentul cnd faza solid ncepe s fie preponderent fa de lichidul matc rmas i cnd se formeaz un schelet de cristale suficient de rezistent fa de presiunea metalului. Contracia aliajelor este de dou feluri: liber i frnat. Contracia liniar liber este contracia care are loc n cazul rcirii uniforme (omogene) a aliajului, fr nici o piedic n calea contraciei. Contracia liniar frnat este contracia care are loc n condiiile aciunii unor factori interni (grosimea neuniform a pereilor, eliminarea gazelor, tensiuni interne etc.) i factori externi (pereii formei, miezurile, rcitori etc.). Teoretic contracia liniar se exprim cu relaia:

e s = a s (Ts - T0 ) 100

(%)

(1.3)

n care: a s este coeficientul de contracie n stare solid (C -1 ); T S -temperatura de solidificare (C); T 0 -temperatura mediului ambiant (C). Practic contracia liniar teoretic difer de cea real tocmai datorit influenei exercitate de factorii interni i externi susmenionai asupra contraciei, de unde apare i diferena ntre noiunile de contracia aliajelor n general i contracia pieselor turnate. n mod uzual, se spune c avem contracia liber cnd valoarea acesteia se apropie de cea a aliajului pur, iar cnd difer mult avem contracie frnat. n cazul aliajelor fier-carbon, relaia contraciei n stare solid se compune din urmtorii termeni:

s=i+ap-+pp

(1.4)

n care: i este dilatarea iniial (apare numai n cazul fontelor datorit procesului de grafitizare i se ia cu semnul minus); ap-contracia anteperlitic (are loc ntre temperatura de solidificare i temperatura de transformare perlitic); -dilatarea perlitic (are loc la temperatura de transformare perlitic i se ia cu semnul minus); pp-contracia postperlitic (are loc sub temperatura de transformare perlitic). n cazul oelurilor i fontelor albe, termenul i este zero. n Figura nr.1.5 este reprezentat forma curbei de contracie liniar n funcie de timp.

Figura nr.1.5. Curba de variaie a dimensiunilor liniare, nregistrat prin metoda dinamic, la turnarea unei probe din font cenuie, n cazul contraciei liniare libere n timp.

7

Valoarea contraciei liniare se determin n mod practic cu relaia:

el =dup rcire.

l f - lp lf

100

(1.5)

n care: l f este lungimea cavitii formei (aproximativ lungimea modelului); l p -lungimea piesei turnate

n atelierele pentru confecionarea garniturilor de model, msurtorile se fac direct cu ajutorul unui metru special, numit metru de contracie, specific pentru aliajele ce trebuie turnate n piese. Relaia dintre metrul de contracie i metrul normal este:

1m.contractie 100 = (1.6) 1m.normal 100 - e t n care: e t este contracia aliajului dat n condiii determinate de turnare.Prin urmare, lungimea unei dimensiuni pe model se calculeaz cu relaia:

lm = l p

100 100 - e t

(1.7)

n care l m -lungimea modelului; l p -lungimea piesei turnate. Literatura de specialitate recomand valoarea contraciei liniare pentru fonta cenuie de circa 1%, iar pentru oel i fonte maleabile o contracie dubl de 1,8-2,0%. Pentru materialele metalice neferoase valoarea medie a contraciei este de 2,25%. n Tabelul nr.1.1 sunt prezentate valorile recomandate pentru coeficientul de contracie al principalelor aliaje care se toarn n piese, n funcie de mrimea acestora. Valorile minime corespund contraciei frnate, iar cele maxime contraciei liniare, deoarece o eroare de numai 0,5% la stabilirea coeficientului de contracie pentru o pies turnat cu lungimea de 1 m, conduce la o abatere de la lungime, n final cu 5mm. n practic valorile din Tabelul 1.1 se corecteaz de la caz la caz n funcie de experiena acumulat. Trebuie s se aib n vedere c orice calcul pentru stabilirea contraciei nu poate s in cont de toate influenele. De aceea n producia de serie se impune ca dup lotul de prob s se verifice dimensiunile piesei, aducndu-se coreciile necesare modelului. 2.Metode de determinare a.Determinarea static n acest caz se disting dou variante: -metoda contraciei libere (cu probe fr flane), Figura nr. 1.6; -metoda contraciei frnate (cu probe cu flane la capete), Figura nr. 1.7

Figura nr.1.6. Modelul probei (a) i scoaba (b) fr flane.

Figura nr.1.7. Form din amestec de pentru proba cu flane

8

Tabelul nr. 1.1 Contracia liniar a aliajelor de turntorie Aliajul turnat Mrimea pieselor Font feritic Mici Font maleabil i perlitic Mici Font cenuie Mici Mijlocii Mari Font feritic Mici Font nodular i perlitic Mici Font alb diferite Oel carbon Mici Mijlocii Mari Oel manganos (12-14%Mn) diferite Bronz cu staniu Mici Mijlocii Mari Bronz cu aluminiu Mici Mijlocii Mari Aliaje de cupru Mici Mijlocii Mari Aliaje de magneziu diferite Aliaje de zinc diferite Silumin diferite Alam diferite

Contracia liniar 0,75-1,00 1,5-1,75 0,80-1,20 0,60-1,00 0,20-0,80 0,50-1,00 0,75-1,10 1,20-1,80 1,80-2,20 1,40-1,18 1,60-2,00 2,20-2,60 1,40-1,60 1,00-1,40 0,80-1,20 1,50-3,00 1,20-1,60 1,00-1,50 1,50-2,00 1,00-1,50 0,80-1,20 1,20-1,40 1,20-1,80 1,00-1,20 1,00-1,80

b. Determinarea dinamic Pentru aceast determinare se folosete aparatul din Figura nr. 1.8, care se bazeaz pe principiul deplasrii libere a unui capt al probei, deplasare care se nregistreaz prin citire la un cadran comparator de precizie 0,01mm.

Figura nr. 1.8. Aparat pentru determinarea dinamic a contraciei liniare libere: 1-comparator; 2-tij; 3- crucioare; 4-roat; 5urub prindere; 6-boluri; 7-rigl de control; 8tij filetat; 9-piuli de reglare; 10-piuli fixare; 11-cutie aluminiu; 12-prob turnat; 13-ram de formare; 14-suport tij comparator.

Aparatul se compune din cutia de aluminiu (11), pe care se fixeaz la un capt comparatorul (1) cu diviziuni de 0,01 mm. n cutia (11) se aeaz rama de formare (13) n care se va turna proba (12) cu dimensiunile 20x20/22x300 mm. Deasupra ramei de turnare se gsesc dou crucioare (3), unul mobil i altul fix. Cel mobil (3a) vine n contact prin tija (2) cu axul palpator al comparatorului (1), n timp ce cellalt crucior (3b) este fixat de peretele cutiei (11) cu ajutorul tijei filetate (8) i al piulielor de reglare i fixare (9)9

i (10). n fiecare din aceste crucioare se aaz bolurile (6) care intr n form pe o adncime de 13-15mm. Distana dintre centrele bolurilor este de 200 mm i se fixeaz cu ajutorul riglei de control (7), care se introduce pe capetele superioare ale bolurilor (6) cu o precizie de 0,1 mm. nainte de scoaterea riglei de control de pe boluri , aparatul se pune n poziie iniial cu tija comparatorului ncrcat cu 5-6 rotaii. n aceast poziie se fixeaz cruciorul (3b) cu piuliele (9) i (10). Cruciorul (3a) pentru a nu fi mpins napoi de resortul comparatorului, se fixeaz cu dou cuie nfipte n forma de turnare (13), cuie care n momentul formrii crustei solidificate de aliaj, se ndeprteaz pentru a elimina fenomenul de contracie frnat. Aparatul pentru determinarea dinamic a contraciei libere (Figura nr.1.8) trebuie s stea permanent n poziie orizontal. Practic aparatul ncepe nregistrarea fenomenului de contracie, n momentul n care crusta solidificat nu mai este zgriat de un vrf metalic. 3.Modul de lucru Contracia aliajului se va determina la nivelul laboratorului att prin metoda static (liber i frnat) ct i prin metoda dinamic. n cazul metodei statice se va proceda n felul urmtor: -se vor executa forme din amestec de formare pentru probele din Figurile nr. 1.6 i 1.7; -se msoar lungimile cavitilor propriu-zise ale formelor, dintre flcile scoabei i respectiv dintre flane; -se toarn probele mosurnd n prealabil temperaturile de turnare; -se dezbat probele turnate (dup solidificare i rcire) i se cur; -se msoar lungimile probelor solidificate. n cazul metodei dinamice se lucreaz n felul urmtor: -se execut forma pentru obinerea probei cu seciune trapezoidal (20x20/22x300 mm) din amestec de formare; -dup instalarea formei n aparat, n cutia (11), Figura nr. 1.8, se fixeaz crucioarele (3a i b), i comparatorul (1) ncrcat cu 5-6 rotaii; -se toarn n form aliajul i dup formarea crustei solidificate, se scot cuiele ce fixeaz cruciorul (3a), pentru nregistrarea n continuare a contraciei libere; -se citesc diviziunile de pe cadranul comparatorului de patru ori pe minut pn la rcirea complet a probei. Rezultatele obinute vor fi nregistrate sub form tabelar i, n msura numrului de experiene efectuate, se vor trasa grafice reprezentative pentru variaia contraciei n timp (ori funcie de natura aliajului turnat).

10

1.3. DETERMINAREA VOLUMULUI DE RETASUR 1. Consideraii teoretice Retasura reprezint o grup concentrat de caviti (sau o singur cavitate) n corpul piesei turnate, care se formeaz ca rezultat al micorrii volumului aliajului la rcire n stare lichid i n timpul solidificrii. Retasura este deci una din consecinele directe ale contraciei. Astfel, contracia n stare lichid i n intervalul de solidificare duce la formarea retasurii i la fixarea ei ntr-un anumit loc, pe cnd contracia n stare solid d retasurii dimensiunile definitive. S-a constatat c volumul retasurii depinde de urmtorii factori: -natura aliajului (compoziia chimic, coninutul de gaze, existena procesului de grafitizare, proprietile termofizice etc); -natura formei (compresibilitatea pereilor formei, dilatarea formei, rezistena etc); -geometria piesei turnate (rigiditatea piesei turnate, rigiditatea pereilor piesei, grosimea pereilor piesei etc); -condiiile de turnare (temperatura de turnare, locul de alimentare a piesei etc). Din punct de vedere al dimensiunilor, formei i poziiei, retasurile se clasific astfel: -macroretasur - deschis -superioar principal -lateral principal -nchis -principal -secundar -microretasur -zonal -dispersat. Microretasurile sunt specifice aliajelor cu interval mare de solidificare, mecanismul de formare fiind prezentat n Figura nr.1.9. Cristalele dendritice cu axele lor orientate arbitrar, nchid ntre ele, la creterea lor, poriuni izolate de lichid nc nesolidificat din centrul peretelui. La solidificarea acestor poriuni izolate de lichid se formeaz microretasurile. Microretasurile sunt defecte importante ale pieselor turnate, care conduc la o scdere pronunat a rezistenei i n special a alungirii i striciunii, precum i la pierderea etaneitii. La aliajele la care o parte din retasur apare sub form de microretasuri, retasura concentrat apare corespunztor mai redus. n Figura nr.1.10 este artat corelaia ntre volumul total al retasurii, repartiia acestuia sub form de retasuri concentrate i microretasuri pe diagrama de echilibru a aliajelor.

Figura nr.1.9. Formarea microretasurilor

Aliajele cu interval mare de solidificare au o retasur total mai mare. Explicaia const n faptul c la aceeai supranclzire D T, metalele pure i aliajele eutectice se rcesc n stare lichid cu D T pn la solidificarea complet, n timp ce aliajele ce se solidific ntr-un interval de temperatur se rcesc n stare lichid cu D T pn la linia lichidus (nceperea solidificrii), iar aliajul nesolidificat continu s se rceasc pn la linia solidus, care se gsete la o temperatur mult mai joas. n medie, lichidul se rcete n acest caz cu:

11

DT =

Tsolidus - Tlichidus 2

(1.8)

Corespunztor acestei rciri mai mari scade volumul lichidului i crete retasura. n acelai timp, retasura apare n cea mai mare parte sub form de microretasuri. Aliajele eutectice i metalele pure au retasura total mai mic, iar retasura acestora apare ca retasur concentrat. Teoretic volumul retasurii se poate calcula cu ajutorul formulei lui I.A. Nehendzi N.G.Ghirovici:

m t (1.9) Vret = [a l (q mt - q t ) + e s - 1,5 a s (q s - q ms )] 1 2 R n care: Vret este volumul relativ al retasurii; a l -coeficientul de contracie volumic n stare lichid a aliajului; q mt -temperatura medie a aliajului la sfritul turnrii, n C; q l -temperatura lichidus, n C; e s contracia la solidificare; a s -coeficientul contraciei liniare n stare solid a aliajului; q s -temperatura solidus, nC; q ms -temperatura medie a piesei solide n momentul terminrii solidificrii, n C; m-constantade solidificare; t-durata turnrii; R-grosimea medie a piesei turnate.

Figura nr. 1.10. Corelaia dintre diagrama de echilibru i formarea retasurilor concen-trate i a microretasurilor

Expresia

m t reprezint cantitatea de metal solidificat n timpul umplerii. Formula anterioar 2R

(1.9) servete la interpretarea fenomenului de formare a retasurii, ns nu poate servi la un calcul precis al volumului retasurii, din cauza necunoaterii unora dintre termeni. Rezult c volumul retasurii este cu att mai mare, cu ct greutatea (deci volumul) piesei este mai mare, contracia la solidificare i temperatura de supranclzire sunt mai mari. Pentru condiiile obinuite de obinere a pieselor turnate din majoritatea aliajelor, expresia

m t 2R

poate fi neglijat, iar primul i ultimul termen al ecuaiei astfel obinute au o importan secundar, astfel nct formula volumului retasurii devine:

3 Vret = e s + a k 412

(1.10)

Pentru fonte, datorit procesului de grafitizare, e s i a k pot fi pozitive sau negative. n cazul fontelor cenuii, n funcie de cantitatea de grafit care cristalizeaz n timpul solidificrii direct din faza lichid, volumul retasurii poate avea valori ntre limite foarte largi. El se poate calcula pornind de la variaia de volum cauzat de grafitizare. Cantitatea total de grafit, care se separ n perioada solidificrii este de: C t - C ES =C t - 1,98 + 0,15 Si (1.11) C ES =1,98 - 0,15 Si este coninutul de carbon din austenita suprasaturat din sistemul stabil, la temperatura eutectic. ntruct prin separarea a 1% grafit, volumul se mrete cu 2%, mrirea total a volumului aliajului n timpul procesului cristalizrii eutectice dup diagrama stabil va fi: (1.12) nsemnnd cu partea de grafit care se separ direct din faza lichid a aliajului turnat, se poate determina volumul retasurii:

D V =2(C t - 1,98 + 0,15 Si)

3 Vr = e s - 2 b (Ct + 0,15Si - 1,98) + e dil +2(1- b ) (C t -1,98+0,15Si) (1.13) 4 unde e s este contracia volumic medie a aliajului n perioada solidificrii, %; e dil -dilatarea iniial a maseimetalice de baz n timpul solidificrii (fr a lua n considerare grafitizarea), %. Dilatarea iniial la sfritul solidificrii, innd seama de grafitizare va fi:

e dilg = e dil +

n care b se ia pentru fontele cenuii ntre 0,9 i 1,0 iar pentru fontele cu grafit nodular, ntre 0 i 0,5. Factorii care determin formarea retasurii sunt numeroi i din aceast cauz determinarea prin calcul a volumului de retasur se face foarte greu. Determinarea volumului retasurii este necesar pentru a aprecia corect masa aliajului necesar pentru alimentarea suplimentar a piesei. Pentru proiectarea procesului tehnologic este important s se determine nu numai volumul, dar i dimensiunile gabaritice i configuraia retasurii. Retasura principal este cea mai favorabil, aceasta putnd fi scoas n afara piesei prin utilizarea de maselote. Retasura dispersat, care se obine de obicei cnd diferitele pri ale piesei se solidific independent i nu pot fi alimentate cu metal, este cea mai defavorabil. nlturarea retasurilor din piesa turnat poate fi fcut prin: -modificarea constructiv a piesei; -maselotare; -aplicarea de rcitori n nodurile termice i maselotare. Deoarece determinarea prin calcul este dificil, volumul retasurii se determin de cele mai multe ori prin metode practice. 2. Metode de determinare Pentru determinarea retasurii se folosesc dou metode: -metoda indirect; -metoda direct. Metoda indirect se bazeaz pe compararea greutii specifice relative a piesei turnate i cea absolut a aliajului din care se toarn piesa. Aceast metod se folosete pentru determinarea volumului total al retasurii, fie ea concentrat sau dispersat, sub form de pori (macro i microretasuri, sufluri). Metoda direct se bazeaz pe msurarea cavitii retasurii prin umplerea acesteia cu ap, benzin, cear etc. Aceast metod se folosete n cazul retasurilor concentrate, deschise. n Figura nr. 1.11 sunt reprezentate dou epruvete conice folosite pentru determinarea volumului retasurii. Cea mai utilizat este epruveta din Figura nr.1.11 a, cunoscut sub denumirea de prob conic, care folosete pentru determinarea volumului total al retasurii metoda indirect. n acest caz baza conului,13

2 (1 - b )(C t + 0,15Si - 1,98) , 3

%

(1.14)

bombat, conduce la formarea unui gol de solidificare interior (nchis), care poate fi determinat cu ajutorul greutii specifice aparente i reale a aliajului solidificat. n Figura nr.1.11b se prezint proba conic utilizat pentru determinarea direct a retasurii.Figura nr. 1.11. Probe pentru determinarea volumului de retasur: aindirect; b-direct; 1-cavitate propriuzis; 2-form; 3-miez alimentare; 4picioare turnare; 5-bazin; 6-buzunar deversare.

Volumul de retasur se determin cu ajutorul relaiei:

Vret =

Vreal - Videal 100 , Vreal

(%)

(1.15)

n care Vreal este volumul real al epruvetei determinat prin diferena dintre greutatea conului cntrit n aer i greutatea conului cntrit n ap, n cm 3 , considernd greutatea specific a apei egal cu 1; V ideal -este raportul dintre greutatea conului cntrit n aer i greutatea lui specific, n cm 3 . Pentru determinarea greutii specifice se iau probe din vrful conului, unde aliajul este cel mai compact. Dimensiunile probelor pentru determinarea greutii specifice sunt 10x10 mm. Cu ct probele sunt mai mici, cu att este mai mic posibilitatea existenei unor defecte (incluziuni, mici goluri) care denatureaz valoarea greutii specifice. Greutatea specific este media a trei determinri. Probele trebuie s fie prelevate din locurile cele mai compacte i nu trebuie s prezinte defecte (incluziuni, crpturi, fisuri, sufluri). Greutatea specific se determin cu ajutorul unei balane , la care unul din talere este nlocuit cu un plutitor, ca la balana Mohr-Westphal. Pentru aliajele cunoscute, greutatea specific se poate lua din tabele. Pentru fonte, greutatea specific se ia innd cont de coninutul de grafit. Valoarea acestui coninut se apreciaz pornind de la coninutul total de carbon, dat de analiza chimic i de structur (la structura perlitic, circa 0,8% din totalul coninutului de carbon se gsete sub form legat). 3.Modul de lucru Se va determina volumul retasurii unui aliaj de aluminiu i siliciu folosind o prob conic pentru metoda indirect, Figura nr. 1.11 a. Se va lucra practic n felul urmtor: -se execut forma; -se vor turna minimum trei probe la temperaturi de turnare diferite; -se vor dezbate probele, ndeprtndu-se reelele de turnare; -se vor cntri probele n aer i ap; -se taie probe (minim trei) din vrful conului pentru determinarea greutii specifice; -se determin greutatea specific prin cntrire n aer i ap; -se calculeaz volumul retasurii. Datele experimentale obinute vor fi interpretate funcie de condiiile desfurrii lor.

14

1.4. DETERMINAREA TENSIUNILOR CE APAR LA RCIREA PIESELOR TURNATE 1.Consideraii teoretice La rcirea pieselor turnate, ca urmare a procesului de contracie n pereii pieselor pot s apar tensiuni. n funcie de durata de existen, tensiunile din pereii pieselor turnate pot fi de dou tipuri: -tensiuni temporare, care determin deformaii elastice, care dup rcirea piesei i uniformizarea temperaturilor se anuleaz complet; -tensiuni remanente, care determin deformaii plastice n peretele piesei turnate i care dup uniformizarea temperaturilor nu pot fi ndeprtate. n funcie de cauzele care provoac apariia tensiunilor interne acestea pot fi: -tensiuni termice, care apar datorit valorilor diferite ale contraciei la un moment dat, n diferite zone ale piesei ca urmare a grosimilor diferite de perete; -tensiuni mecanice, care apar ca urmare a frnrii procesului de contracie de ctre materialul de formare sau elemente ale reelei de turnare; -tensiuni fazice, datorate diferenei de timp la care au loc transformrile fazice pe seciune i n diferite pri ale piesei turnate. Studiul apariiei tensiunilor termice se poate face considernd dou bare turnate de seciuni diferite, S 1 i S2, legate solidar ntre ele, Figura nr.1.12.

Fig.1.12. Sistem de dou bare de seciuni diferite.

La rcirea aliajului, cele dou bare vor trece la momente diferite din starea plastic n starea elastic, Figura nr.1.13. Urmrind rcirea barelor se disting urmtoarele etape: -t