Principalele defecte de suprafa, cauzate de interaciunea dintre oel i form (miez), sunt urmtoarele: excrescenele metalice, rugozitatea, aderenele, suflurile exogene, incluziunile nemetalice, compoziia i structura metalografic necorespunztoare a pereilor piesei turnate. Defectele de suprafa constituie sursa principal a abaterilor dimensionale i de mas a pieselor turnate. Importana cunoaterii tendinei de formare a acestor defecte se explic prin aceea c ele reprezint frecvent pn la 70% din totalul defectelor, implic consumuri mari de energie pentru ndeprtarea prin remaniere i prelucrare mecanic (costul acestor operaii fiind adesea mai mare dect cel al piesei turnare). n afar de aceasta, ndeprtarea aderenelor i excrescenelor metalice n sectorul de curire al turntoriilor se realizeaz n condiii grele de microclimat. La piesele turnate din oel, n comparaie cu alte aliaje, intervin urmtoarele particulariti, n ceea ce privete interaciunea metal-form, i deci apariia defectelor de suprafa: temperatura de turnare ridicat (15001650oC); prezena oxigenului dizolvat n aliaj; prezena unor oxizi nedizolvai n oel; tendina mare de oxidare a unor elemente de aliere; presiune metalostatic mare (n general dimensiuni i mase mari ale pieselor turnate, durate mai mari de solidificare a aliajului); viteze mari de turnare (nlimi mari ale jetului de aliaj n cazul folosirii oalelor cu orificiu). Instabilitatea proprietilor fizico-mecanice i chimice ale pereilor formei la temperaturile de turnare a oelurilor determin apariia a 4070% din defectele pieselor.Influena factorilor tehnologici n tendina de formare a excrescenelor metaliceFactorii tehnologici care influeneaz formarea excrescenelor metalice sunt : natura formei, natura oelului, geometria piesei i condiiile de turnare.a) Influena naturii formeiLa obinerea pieselor din oel se folosesc cu precdere urmtoarele tipuri de forme:

forme crude i uscate din amestecuri cu argil i bentonit;

forme din amestecuri cu rini, silicat de sodiu, metalofosfai;

forme cruste (ceramice) cu silicat de etil.

Componenta refractar poate fi nisipul cuaros (SiO2), cel de zirconiu (ZrO2; ZrSiO4) sau cromitul (FeO-Cr2O3); olivin (Mg2SiO4 + Fe2SiO4); cromomagnezit (MgO-Fe2O3-Al2O3-SiO2); magnezit (MgO); corund (Al2O3); oxid de zirconiu (ZrO2); cuar amorf (SiO2); distensilimanit, magnezit. Proprietile termofizice, exprimate prin coeficientul de acumulare a cldurii (bf) sunt foarte diferite (bf este cuprins ntre 1260 i 2240 Ws1/2/m2oC) ceea ce determin valori diferite ale temperaturii i duratei de contact la interfaa oel lichid-form (v. tabelul 1). Cu ct durata de contact ntre oelul lichid i form este mai mare, cu att i temperatura de contact Tc va fi mai ridicat i deci schimbrile structurale din amestecuri vor fi mai pronunate. n prezena lianilor, formele posed valori mai ridicate ale coeficientului bf, iar n cazul prezenei materialelor termoizolante valori mai sczute ( v. tabelul 2).

Tabelul 1

Influena coeficientului de acumulare a cldurii (bf) asupra duratei de contact a oelului lichid cu peretele fomeiTipul nisipuluibf

Ws1/2/m2oCDurata de contact (n secunde ) pentru grosimi (n mm) ale pereilor piesei de:

50150300600

Cuaros126043141442-

Disten-silimanit147034115306972

Zircon18202683199594

Metil19602368159472

Cromomagnezit21001958142391

Cromit224092557135

Tabelul 2

Valorile coeficientului de acumulare a cldurii bf pentru unele amestecuri de formare

Tipul amesteculuibf, Ws1/2/m2oC

(pentru 20 ... 1550oC)

Nisip cuaros1400...1750

Idem + 20% pulbere de azbest840...1050

Idem + 30% marsalit2100...2450

Nisip de cromomagnezit + silicat de sodiu 6%3500...3850

Nisip de zirconiu + silicat de sodiu 6%2660...3500

Nisip cuaros + silicat de sodiu 6%2070

Nisip cuaros + silicat de sodiu 6% + fin de lemn 2%1170...1585

La nclzire, nisipul cuaros prezint transformri structurale nsoite de importante creteri de volum:

tridimitcristobalit

O importan deosebit pentru forme o are trasformarea SiO2 n SiO2 la 575oC. Aadar, nisipul cuaros prezint valori ridicate ale coeficientului de dilatare ( peste 25010-7/oC). Celelalte tipuri de nisip posed valori mult mai sczute (astfel: MgO- = 14010-7/oC; ZrO2- = 11010-7/oC; cuarul amorf topit = 5,410-7/oC). (fig. 1)

Fig. 1 Curbele de dilatare ale granulelor de diferite nisipuri refractare:

1 cuarit; 2 olivin; 3 cromit; 4 zircon; 5 cuar amorf.

Impuritile nisipurilor cuaroase (oxizi de Fe, Mn, Si, Ni, P, Co, feldspai etc.) favorizeaz transformarea cuarului n cristobalit la una i aceeai temperatur de nclzire a formei. O influen similar o are prezena bentonitei, argilei i a adaosurilor carbonice. Impuritile se gsesc n nisip sub form de particule cu dimensiunile de sub 100 m. n consecin, la turnarea oelurilor n cavitatea tehnologic a formelor pe baz de nisip cuaros se desfoar practic toate transformrile fazice ale cuarului nsoite de mari creteri de volum. Formele cu liani anorganici naturali (argil i bentonit) avnd la baz caolinitul (Al2O32SiO22H2O) sau montorilonitul sunt folosite pe scar larg la producerea pieselor turnate din oel. Formele pot fi neuscate (crude) sau uscate. Tensiunile n formele crude din amestecuri pe baz de nisip cuaros i argile (bentonite) sunt provocate, la nclzirea lor, de urmtoarele procese:

dilatarea granulelor de cuar;

contracia datorit deshidratrii peliculelor de liant (argil, bentonit), indicat de curbele termice ( fig. 2); peliculele de liant au grosimi de pn la 10 m;

amotizarea (coalitizarea) peliculelor de liant; de exemplu n cazul argilei au loc la nclzire transformrile:

la 400-600oC:

Fig. 2 Curbele termice diferenialeale diferitelor tipuri de materiale refractare:

1 caolinit; 2 pirofilit; 3 talc; 4 zirconAadar, la temperaturi ridicate ale pereilor formelor (de peste 1250oC) argila se transform treptat n silimonit, mullit, cuar liber i alumin, ceea ce reprezint procesul de amotizare, nsoit de micorarea valorii densitii peliculei la refolosirea argilei la mai mult cicluri de fabricaie; evaporarea apei din straturile superficiale ale formei i condensarea n zone mai ndeprtate, deci formarea zonei de condensare.

La folosirea repetat a amestecurilor cu argil pe peliculele amotizate de argil se depun noi straturi, proces care se numete colitizare. Ca urmare, la turnarea oelului n cavitatea tehnologic a formelor crude au loc dou procese distincte: dilatarea granulelor de nisip cuaros i contracia argilei i bentonitei, procese care conduc la apariia tensiunilor maxime la temperaturi de 575oC (formarea cuarului ) i 1250-1450 oC (formarea cristobalitei ).

La suprafaa formelor (mai ales la semiformele superioare) i ale miezurilor apar astfel de tensiuni de ntindere (), iar n condiiile n care > t (t rezistena la ntindere la temperaturi ridicare de peste 1250 oC ale formei), apar fisuri i exfolieri n cavitile crora penetreaz oelul lichid i n acest mod apar surplusurile metalice de tip creast (penetrarea n fisur) i crust (penetrarea n alveolele provocate de exfolieri). Aadar, factorii principali de influen asupra excrescenelor (TFE) metalice sunt (n sensul creterii valorii lor; tabelul 3) :

Tabelul 3

Influena principalilor factori tehnologici privind natura formei asupra tendinei de formare a excrescenelor (TFE) metaliceFactori tehnologicidutcRt1

TFE+-++-+

coeficientul de acumulare a cldurii (bf), micoreaz TFE ntruct se reduce temperatura de contact i gradientul de temperatur pe seciunea peretelui formei, crete stabilitatea termic a formei, deci durata de contact a oelului lichid cu forma este mai mic dect durata de stabilitate termic a formei solicitat termic i mecanic; gradul de rotunjire a granulelor de nisip, mrete TFE deoarece se micoreaz volumul de pori din form;

coeficientul de dilatare a granulelor de nisip mrete TFE ;

contracia 1 a peliculelor de liant mrete TFE;

dimensiunile granulelor (d) de nisip micoreaz TFE, ca urmare a volumului mai mare de pori i deci a posibilitii de micorare a valorii tensiunilor prin redistribuirea i deplasarea granulelor;

umiditatea pereilor formei (u) n zona de condensaie mrete TFE, ca urmare a micorrii rezistenei la compresiune a peretelui formei, c; de asemenea uscarea formelor micoreaz TFE;

temperatura de contact (tc) mrete TFE, ca urmare a intensificrii proceselor de temperatur structural a componentelor amestecului i a creterii gradientului de temperatur n peretele formei;

rezistena (Rt) micoreaz TFE;

adaosurile organice, ca de exemplu substanele carbonice, n proporie de 2 8%, fina de lemn (micoreaz TFE, deoarece prin arderea lor determin creterea volumului de pori);

gradul de ndesare a amestecului de formare (mrete TFE, datorit micorrii volumului de pori; acest fapt se constat mai ales n cazul formelor obinute din amestecuri ndesate la presiuni ridicare);

adaosurile de oxid de fier n proporie de 2 4% (micoreaz TFE datorit formrii fazei lichide din sistemul FeOSiO2, care dup solidificare creeaz un schelet rigid n jurul granulelor de nisip i deci mrete rezistena la cald (Rt);

cantitatea de liant (micoreaz TFE, datorit creterii rezistenei la rupere adeziv i coeziv i deci a rezistenei la temperatur (Rt).

Formele din sistemul cuaros-argil (bentonit) la nceput se dilat spre interiorul cavitii (deformare pozitiv), dimensiunilor acestora se micoreaz pentru ca, dup un oarecare timp, sensul deformrii s se schimbe n sensul creterii dimensiunilor cavitii (deformare negativ) (fig. 3, a i b).

Fig. 3 Deformarea pereilor formei crude (a) i uscate (b) n cazul turnrii oelului cu 0,3% C.

Deformarea i deci dimensiunile umflturilor la suprafaa pieselor sunt cu att mai pronunate cu ct temperatura de contact (la interfa), umiditatea n amestec i presiunea metalostatic sunt mai mari (fig. 3).

Formele cu liani organici sintetici i naturali pot fi mprite n trei clase, n funcie de natura lianilor:

clasa 1 heteroatomice (O, N) i cu lanuri carbonice saturate (de exemplu dextrina, leia sulfitic, rini ureo-aldehidice, polivinilacetatul, polivinilbutirolul etc.), caracterizate printr-o stabilitate termic scazut ; clasa 2 cu lanuri carbonice nesaturate i cu proces de polimerizare cu structura carbonului tridimensional, caracterizate prin rezisten termic mare (de exemplu: uleiul de in, bachelita, rinile furanice; cu temperatura de nceput de distrugere la 542 600oC;

clasa 3 combinaii organo-metalice ale Si, Ti, Zr (de exemplu, silicatul de etil), care prezint o rezisten termic ridicat.

La nclzire lianii din clasa 1 se descompun prin volatilizare la temperaturi de 200 - 300oC, procese nsoite de creterea temperaturii i pierderea greutii. Pierderea de greutate poate ajunge pn la 90%. Vrfurile endoterme constatate la liani: rini uleo-aldehinice i polivinilacetat se explic prin degajarea amoniacului i a vaporilor de ap (n primul caz) i a volatilizrii grupelor acetilenice (n cazul al doilea). Cea mai mare parte din produsele crbunoase posed o structur poroas i se oxideaz repede la nclzirea ulterioar a liantului.

Lianii din clasa 2 la nclzire formeaz structuri -C-C noi tridimensionale, ceea ce se reflect pe curbele termice prin efecte exotermice la temperaturi de 200 400oC. Cu creterea temperaturii se formeaz compui carbonici cu tendin mare de oxidare (n cantitate de 50% din cea de liant), care se depun pe suprafa granulelor de cuar i n porii formei.

Schema proceselor de descompunere a lianilor organici din clasa 1 i 2 este urmtoarea:

Lianii din clasa 3 prezint un proces de descompunere termic a radicalilor organici n intervalul de temperatur 300 500oC, asigurnd ns la temperaturi ridicate un liant de tip gel (structura oxidic) cu rezisten termic ridicat.

La temperaturi ridicate ale formei (peste 1100oC, cazul turnrii oelului) viteza de carbonizare este mai mare dect cea de degajare a volatilelor. Rezult o precipitare intens de compui carbonici (crbune lucios). Atomii de H i de N din liant se degaj sub form molecular (H2 i N2), iar O i S sub form de compui (CO i SO2). Carbonul lucios se depune sub form de pelicule pe granulele de cuar, are o structur cristalin similar grafitului i posed o valoare ridicat a densitii i conductivitii termice ( = 1,9 2,2 g/cm3; pn la 70 kcal/mhgrad fa de = 1,5 1,6 g/cm3; = 0,8 2 kcal/mhgrad pentru carbonul amorf), precum i o rezisten de 3 - 5 ori mai mare la oxidare fa de carbonul amorf. Temperatura de descompunere termic cu formare de carbon lucios depinde de natura liantului organic: ea este mai mic pentru compuii aromatici nesaturai i cei furanici n comparaie cu substanele alifatice saturate. Aadar, procesul de carbonizare nu depinde de cantitatea total de gaze degajate la nclzire, ci de coninutul compuilor cu structura nesaturat, cu precdere aromatic. n condiii de temperaturi ridicate aproape toi lianii degaj carbon lucios n proporie apropiat de cea teoretic.

Rezult c formele cu rini posed o rezisten termic foarte sczut n intervalul de temperatur 1200 - 1600oC. Cu toate acestea n cazul folosirii lor la turnarea oelului se constat o tendin mai mic de formare a excrescenelor la suprafaa pieselor turnate. Explicaia const n aceea c prin descompunerea total a lianilor organici crete substanial volumul de pori ceea ce determin micorarea dilatrii i a valorii tensiunilor n comparaie cu formele din amestec cu argil. Ca urmare, scade tendina de fisurare i exfoliere. n amestecurile cu rini se folosesc ntritori de tipul acidului ortofosforic, care la temperaturi ridicate conduce la formarea anhidridei fosforice P2O5 care nu se descompune, ci joac rol de liant.

Formele realizate din amestecuri pe baz de nisip cuaros i liani anorganici sintetici (silicat de sodiu, ciment, metalofosfai) sunt folosite pe scar larg la turnarea oelului. La nclzire, n aceste forme au loc urmtoarele procese fizico-chimice mai importante:

dilatatea granulelor de nisip cuaros;

contracia peliculelor de liant datorit deshidratrii i datorit disocierii carbonailor rezultai la ntrirea cu CO2.

Curba rezultant pentru amestecuri este de tipul celei prezentate n figura 4.

a b

Fig. 4 Curbele de dilatare i contracie a amestecurilor cu silicat de sodiu n condiiile nclzirii la diferite temperaturi:

c

a deformarea n condiiile aplicrii sarcinilor de 0,1 MPa (curba 1) i de 0,4 MPa (curba 2); b viteza de deformare la formele neuscate (curba 3) i uscate (curba 4);

c dilatarea i contracia amestesurilor pe baz de cromomagnezit la 1350C, la presiuni de 0,1 MPa pentru fracii de dimensiuni mari (curba 5) i medii (curba 6) i fracii mici (curba 7).

Rezult c n final amestecurile se contract similar amestecurilor cu argil, ns ntr-o mai mic msur. Odat cu mrirea presiunii metalostatice crete dilatarea i viteza de dilatare (fig. 4, a i b). Adaosurile de argil micoreaz dilatarea. Ca urmare, formele pe baz de silicat de sodiu prezint o mare tendin de fisurare i deci de formare a excrescenelor metalice. Procesul de deformare la aceste amestecuri este puternic influenat de dimensiunile granulelor de nisip: rezistena la deformare scade odat cu micorarea fraciilor mici (pulberi) (fig. 4, c), ceea ce se explic prin creterea volumului de pori. La nclzirea amestecului din cuar amorf i silicat de sodiu (Na2SiO26H2O) n intervalul 20 230oC cristalele de hidrosilicai se topesc.

Fig. 5 Curba termodiferenial (a) i cea de ntrire dinamic (b) a amestecului de silicat de sodiu i silice amorf.

Topirea este nsoit de deshidratare i expandarea masei, datorit creia volumul porilor n pelicule de liant crete de 10 - 15 ori (vezi efectul endoterm pe curba termodiferenial la temperatura de 140oC, fig. 5). n acest interval de temperatur se ndeprteaz cca 80% din apa de cristalizare.

La temperaturi de pn la 400oC procesul de deshidratare se micoreaz. La 400oC pierderea de greutate a probei este de 30%. Ca urmare a formrii structurii poroase, rezistena amestecului scade brusc (fig. 6).

Fig. 6 Variaia rezistenei amestecului de silicat de sodiu n funcie de temperatur:

1 amestecuri ntrite cu CO2; 2 amestecuri intrite prin uscare la 200C.

Posibiliti de mrire a rezistenei termice a formelor sunt multiple. n vederea micorrii tendinei de formare a excrescenelor metalice se impune reducerea valorilor tensiunilor i creterea rezistenei termice a amestecului Rt; n condiiile n care < Rt formarea excrescenelor este eliminat. Principalele msuri sunt urmtoarele:

folosirea nisipurilor refractare cu coeficient de dilatare cu valoare mai mic i coeficient mai mare de acumulare a cldurii (de exemplu nisipul de zirconiu, cromitul, distensilimonitul, corindonul etc.);

folosirea n cazul amestecurilor cu argil a activatorilor chimici (de exemplu 5% tripolifosfat de sodiu); a bentonitei activate (n raport 1:1 cu argil) i a argilelor sub form de suspensie;

creterea temperaturii de topire a compuilor din sistemul Na2O SiO2 n cazul amestecurilor cu silicat de sodiu prin introducerea adaosurilor de acizi organici (H2SO4, HCl, H3PO4), se formeaz astfel sruri Na2SO4; NaCl; Na3PO4 cu temperaturi de topire mai ridicate: 890 900oC i repectiv 1340oC fa de 700oC; de asemenea, acizii favorizeaz transformarea cuarului n cristobalit la temperaturi mai joase;

eliminarea zonei de condensare n formele crude prin vidarea lor;

mpregnarea suprafeei active a formelor i miezurilor pe o adncime de 5 10 mm cu vopsele penetrante pe baz de liani anorganici: soluii de silice coloidal, soluii de metalofosfai sau de combinaii organo-metalice care conduc la obinerea de rezistene ridicate la temperaturi nalte;folosirea vopselelor refractare pe baz de ZrO2, Al2O3, MgO, SiO2 topit, grafit, care posed un raport Tsint/Ttop 0.4 fa de Tsint/Ttop = 0.25 la SiO2 (Tsint = temperatura de sinterizare; Ttop = temperatura de topire); n cazul folosirii vopselelor poate s apar o zon de condensare suplimentar, fie n timpul arderii alcoolului (de exemplu izopropanolul sau metanolul n vopselele pentru formele cu silicat de sodiu, care conin puin ap), fie n timpul uscrii formelor i miezurilor vopsite;

introducerea n amestecurile de rin a adaosurilor de Fe2O3 n cantiti de 1 2%, care micoreaz dilatarea (fig. 5, c) i mresc temperatura de descompunere a rinilor (de exemplu la rainile carbonidofuranice de la 600 la 850oC); explicaia const n faptul c particulele de Fe2O3, cu dimensiuni de 1 3 m, care se repartizeaz la suprafaa granulelor de nisip i prin aceasta intensific procesele fizico-chimice fa de liani.

Componentele refractare din vopsele: MgO, Al2O3, ZrO2, grafitul au o temperatur de topire mult mai ridicat dect cuarul; n cazul utilizarii talcului (4MgO5SiO2H2O) la temperatura de 950oC (n prezena impuritilor, 800 810oC) i pierde apa de constituie, devine nestabil, ns la 1170 1200oC se transform n protoenstatit (efect exoterm) care este stabil la temperaturi mai ridicate.

Pirofilitul (Al2O34SiO2H2O) la temperaturi de 1000 1150oC se transform n mullit (3Al2O32SiO2) cu o refractaritate ridicat, ntocmai ca i n cazul caolinitului.

Alte soluii de mrire a rezistenei termice:

sinterizarea sau topirea suprafeei formei (eliminarea porilor);

pulverizarea n porii formei a materialelor refractare care determin la nclzire sinterizarea suprafeei;

acoperirea suprafeei formei cu etur refractar;

acoperirea suprafeei formei cu metal (metalizarea);

armarea suprafeei formei (cu cuie, plas refractar etc.);

folosirea lianilor cu temperatur ridicat de distribuie (de exemplu rinile cu structur ciclic, fosfaii i sulfaii, care datorit policondensrii i polimerizrii la nclzire formeaz o structur rezistent).

Ca exemplu poate fi dat, de asemenea, silicatul de etil, a crui rezisten termic poate fi explicat prin formarea scheletului din sistemul Si-O. Piesele turnate din oel, n forme cu rini prezint adesea defecte de suprafa sub form de cute. Acest defect se formeaz mai ales n cazul formelor coji (cu novolac) ca urmare a deformrilor pereilor formei cauzate de dilatarea granulelor de cuar, care nu este compensat, ca n cazul silicatului de sodiu. Pentru eliminarea defectului, n amestec se introduce 2 5% argil caolinitic, n care caz, ns, trebuie mrit i coninutul de rin.b) Influena naturii oeluluiTendina de formare a excrescenelor este influenat de: tl temperatura lichidus i deci temperatura de turnare; proprietile termofizice: cldur specific, conductivitate termic, coeficient de acumulare a cldurii; interval de solidificare i tendina de oxidare. Din punct de vedere al interaciunii metal-form, oelurile utilizate n turntorii pot fi mprite n urmtoarele grupe: oeluri carbon, slab i mediu aliate; oeluri nalt aliate cu Cr, Ni, W i oeluri nalt aliate cu mangan.

Tabelul 4Compoziia chimic i intervalul de cristalizare pentru oelurile slab i mediu aliateConinutul elementelor

CSiMnCrNiMoV

0.370.280.40.491.40.25-

0.260.310.471.650.190.630.28

0.150.340.331.474.15--

0.350.377.711.78.11.221.32

0.320.490.719.08.961.38-

0.120.690.7715.313.42.3-

0.090.381.014.936.7--

Tabelul 4 (continuare) Compoziia chimic i intervalul de cristalizare pentru oelurile slab i mediu aliateConinutul elementelortst1tk

CuTiWNboC

----1525148045

0.13---1525148540

0.14-0.95-1525148540

---0.3814751350125

0.42-1.380.415001375125

0.04--1.241425136560

1.3-3.28-14701370100

Temperaturile solidus i lichidus, intervalele de solidificare precum i temperaturile de turnare ale unor oeluri de turntorie sunt date n tabelele 4 i 5. Rezult c temperaturile de turnare (Tt) variaz ntre 1470 1620oC, iar intervalul de cristalizare (tk) ntre 45 i 150oC.

Tabelul 5Intervalul de solidificare i temperaturile de turnare ale oelurilor nalt aliateMarca oeluluitltstktt

oC

Cr 15 Ni 25V5Ti Al2138012701101600-1620

20Cr 25 Ni 20Si213901340501600-1620

110 Mn 13137012201501470-1490

0 Cr 12Ni Cu14801430801580-1600

As Cr 18Ni9Ti14501370801580-1600

Influena naturii oelului const n urmtoarele (v. tab. 6):

mrirea temperaturii de turnare determin creterea temperaturii de contact (tc) aa cum rezult din figura 7 (mrete TFE);

temperatura de contact este influenat de temperatura de turnare astfel:

Tabelul 6

Influena naturii aliajelor asupra TFE

FactortttkbmTOlF

TFE+-++-+--+

mrirea intervalului de solidificare determin micsorarea tc (fig. 7), deci micoreaz TFE, ceea ce se explic prin micorarea duratei de contact ntre oelul lichid i form; creterea coeficientului de cedare a cldurii bm mrete TFE.

creterea valorii bm determin mrirea tc i intensificarea TFE;

mrirea valorii cldurii latente de cristalizare (L) determin creterea tc i deci a TFE;

mrirea densitii determin creterea presiunii metalostatice i deci a TFE;

mrirea unghiului de umectare () i a tensiunii superficiale () determin micorarea procesului de penetrare a oelului lichid n porii formei i deci reducerea TFE;

Fig. 7 Dependena temperaturii suprafeei formei n funcie de temperatura de turnare i intervalul de solidificare a oelurilor (tk, C):

1 20; 2 50; 3 100; bf = 1540 Ws1/2/ m2 C.

mrirea tendinei de oxidare (To) a oelurilor n timpul curgerii n cavitatea tehnologic a formelor, determin micorarea cantitii de cldur transmis prin radiaie i deci TFE (cazul oelurilor aliate cu Ti, Al, Cr);

creterea fluiditii (F) a oelurilor intesific procesul de penetrare a lor n porii formei i deci TFE (cazul oelurilor nalt aliate cu mangan).

c) Influena geometriei piesei i a condiiilor de turnare

Influena geometriei piesei i a condiiilor de turnare se realizeaz prin urmtorii factori ( tab. 7, n sensul creterii valorilor acestora) :

Tabelul 7Influena factorilor tehnologici privind geometria piesei i condiiile de turnare asupra tendinei de formare a excrescenelor metalice (TFE)FactorR (Rech)HLRdpVT

TFE+-++++

grosimea pereilor piesei (R) sau grosimea echivalent (Rech) mrete TFE, crete durata de rcire a oelurilor n stare lichid i tc;

unghiul de racordare () la mbinarea ntre pereii piesei micoreaz TFE deoarece scade Tc;

frecvent sunt ntlnite trei tipuri de suprafee i de racorduri: convexe, concave i plane (fig. 8); suprafeele concave determin un flux convergent i din acest motiv mresc TFE, la celelalte tipuri de suprafee fluxurile de cldur sunt divergente sau paralele. Suprafaa semiformelor superioare este solicitat termic ntr-o msur mai mare (suprafaa expus radiaiei este mai mare).

distana peretelui piesei fa de alimentatori: micoreaz TFE, ca urmare a scderii temperaturii oelului lichid i deci a tc;

nlimea piesei (H) mrete TFE deoarece crete presiunea metalostatic; n mod similar influeneaz i nlimea jetului de oel (distana dintre oala de turnare i form);

Fig. 8 Tipuri de suprafee la piesele turnate:

a convexe; b plane; c concave.

distana dintre piese n form (dp): mrete TFE, crete tc;

lungimea reelei de turnare (LR): micoreaz TFE, scade tc;

viteza de turnare (VT): mrete TFE, crete tc; cu ct durata de turnare este mai mare cu att adncimea stratului superficial al formei nclzit pn la temperaturi ridicate este mai mare (fig. 9); rezult c n cazul pieselor mari i a oelurilor cu carbon mai sczut (tt mai mare) tendina de formare a excrescenelor metalice va fi mai pronunat;

raportul dintre grosimea piesei (Rp) i cea a miezului (Rm) mrete temperatura de contact i pe seciunea miezului; la raporturi de Rp/Rm = 4, miezurile pe ntreaga seciune sunt supranclzite la temperaturi maxime (fig. 10); astfel crete TFE;

raportul dintre grosimea peretelui piesei (Rp) i a formei (Rf): mrete TFE. Acest raport poate fi exprimat mai uor prin consumul de amestec care poate varia ntre 3,5 i 17,5 t/tona de piese bune din oel.

Fig. 9 Dependena grosimii stratului superficial al formei nclzit pn la temperatura solidus a oelului n funcie de durata de turnare:

1 oel CrNi25V5TiAl2; 2 oel Cr15Ni25V6B; 3 font Fc 200 (pentru comparaie); 4 oel Cr12Ni;

6 OT 50

Fig. 10 Influena Rp/Rm asupra temperaturii maxime n miezuri:

1 substratul de vopsea; 2 la distana de 0,5Rm; 3 n centrul miezului;

a oel OT 500 cu tt = 1550C; b font cu tt = 1300C.

Bavurile reprezint excrescene (surplusuri) metalice cauzate de ptrunderile oelului lichid n interseciile din forme, precum i din semiforme i miezuri (dintre mrcile acestora).Factori tehnologici de influen a rugozitii

Factorul tehnologic care influeneaz hotrtor rugozitatea (Rz) este dimensiunea (granulaia) nisipului i gradul de ndesare, cum rezult din tabelul 8. Rugozitatea poate fi micorat prin introducerea n amestecurile de fornare a unor adaosuri crbunoase: carbonul lucios rezultat este de natur s micoreze tendina de formare a aderenelor mecanice i deci i a rugozitii. Prin alegerea componenilor amestecurilor de formare volumul de pori din forme poate varia n limite largi 27 46%. n funcie de raza efectiv a porilor (ref) se poate stabili nlimea critic a coloanei de oel minim care poate determina penetrarea lui n porii formei ( tab. 9 i tab. 10).Tabelul 8Porozitatea formelor din diferite amestecuri

Tipul amesteculuiRaza efectiv a porilor, mPorozitatea, %

Nisip cuaros i rin cu grade diferite de ndesare36-6438-46

Nisip disten-silimanit i rin30-3333

Nisip de zircon i rin30-3230.4

Nisip de cromomagnezit i rin23-2529.3

Nisip de magnezit, cromit i silicat de sodiu18-2027.0

Amestecuri fluide (nisip cuaros + silicat de sodiu + zgur de feromangan i detergent)72-7642.0

Nisip cuaros i silicat de sodiu35-3735.0

Nisip cuaros + maralit (10 - 30%)35-15

Tabelul 9Influena compoziiei amestecurilor asupra nlimii critice de penetrare (Hk)

Tipul amesteculuiRaza efectivnlimea critic

Nisip cuaros cu 6% silicat de sodiu40360

Nisip cuaros cu 10% maralit 372372

Nisip cuaros cu 20% maralit790790

Nisip cuaros cu 30% maralit151092

Nisip cuaros cu 10% argil36259

Nisip cromomagnezit + 6% silicat de sodiu16792

Amestec fluid cu = 1,3 -1,35 g/cm3 (cu silicat de sodiu)75190 - 230

Amestec cu nisip cuaros cu rin36309

Amestec cu distensilimanit34398

Amestec cu metil281440

Amestec cu zircon311175

Tabelul 10Influena granulaiei nisipului asupra nlimii critice de penetrare (Hk)

AmestecAliajnlimea critic pentru dimensiunea medie a granulelor de nisip, mm

0,520,360,260,180,130,08

Nisip cuaros cu silicat de sodiuOel 0,3% CFont123178247278358383

148215299336433-

Nisip cu argil 10%Oel 0,3% C

Font159203306367478-

192245369443577-

Natura oelului influeneaz prin proprietile lui de suprafa (, ), termofizice (bm, am) i chimice (Tk) ca i n cazul proceselor de formare a aderenelor. Mrirea tendinei de oxidare (formarea oxizilor de TiO2, Al2O3, Cr2O3) a oelului micoreaz rugozitatea. Temperatura de turnare i presiunea metalostatic mresc tendina de formare a aderenelor. mbuntirea calitii suprafeei turnate obinute n forme ceramice este o soluie de ridicare a calitii pieselor turnate. Porozitatea suprafeei formelor, care variaz n mod obinuit n limitele 25 55%, influeneaz ntr-o mare msur calitatea suprafeei pieselor turnate i anume: valorile rugozitii, aderenelor, suflurilor exogene etc. Porii din peretele formelor pot fi deschii, sub form de canale care comunic ntre ele sau fisuri. Pot fi folosite trei tehnologii n vederea reducerii volumului de pori de la suprafaa peretelui formei (n vederea realizrii straturilor barier cu ajutorul crora se poate dirija intensitatea proceselor de interaciune metal-form):

folosirea mpregnrii pereilor formei;

folosirea vopselelor de proectie;

folosirea formelor (a straturilor superficiale) ceramice (forme compound).

n aceste cazuri straturile superficiale ale formei, de barier, pot avea o porozitate de numai 10 25%. Astfel, de exemplu, formele ceramice pot asigura o rugozitate a pieselor din oel de Ra = 1,8 2,5 microni. Utilizate mai mult sunt formele ceramice realizate din suspensii geleificabile constituite din 70% maralit; 30% silicat de etil hidrolizat; 2,5 3,0% ntritor 25% soluie apoas de amoniac, care dup calcinare posed fisuri locale nchise (porozitate localizat). Aceste fisuri localizate mresc ns tendina de formare a suflurilor exogene i prin aceasta tendina de cretere a rugozitii, innd seama de:

n care:

h este nlimea rugozitii;

RM raza meniscului coloanei de aliaj penetrate n porii

formei;

RN raza granulei de nisip;

Pg presiunea gazelor;

Pm presiunea metalostatic;

r raza capilarului.

Fig. 10 Nomograma pentru determinarea rugozitii la piesele din oel obinute n forme ceramice:

a constant capilar; unghiul meniscului.

Alt factor cu influen major asupra rugozitii pieselor turnate este tensiunea superficial a aliajului. Interdependena dintre principalii parametri este dat de monograma prezentat n figura 10. Rezult c prezint importan att volumul de pori, ct i structura lor (continuitatea lor). n cazul formelor ceramice pe baz de silicat de etil apar fisuri n dou etape :

nainte de calcinarea formelor, datorit segregrii gravitaioanale n anumite zone a alcoolului etilic i evaporrii lui;

n timpul calcinrii formelor, datorit ndeprtrii componentelor lichide i gazoase.

Folosirea formelor ceramice de sliker (cuar topit + ap) asigur dup calcinare un volum de pori de 6 12%, fr apariia fisurilor localizate, nchise. Calcinarea la temperaturi de 1150 1200oC asigur sinterizarea granulelor de cuar i rugozitatea minim a suprafeei piesei (Ra = 1,8 2,5 microni). Un volum mic de pori (de exemplu 2%) poate fi obinut i prin topirea la temperaturi ridicate (1800 3000oC) a suprafeei formei constituit din nisip i silicat de sodiu. Se obine astfel o faz sticloas lichid care astup porii de la suprafaa formei (fig. 10).

Liani organici-polimeri

Ruperea legturilor intermoleculare

Formarea radicalilor cu multe molecule (nevolatile)

Formarea radicalilor cu molecule puine (volatile)

Polimerizarea radicalilor cu formarea unor legturi carbonice carbonice noi

Deshidratarea cu precipitarea de compui solizi carbinici

Formarea i degajarea de compui volatili n zona de nclzire

1

_1287322731.unknown

_1287382559.unknown

_1287939170.unknown

_1287322715.unknown