Titlu

Curs 11. Bazele teoretice ale turnrii.

5.2. Formarea retasurii n pereii pieselor turnateRetasurile reprezint goluri (caviti) care apar n anumite zone ale pereilor pieselor turnate n timpul solidificrii aliajelor.

Pentru analiza mecanismului formrii retasurii se studiaz procesul de solidificare a unei piese simple de tipul lingoului invers conic (fig. 10.4).

Figura 10.4. Procesul de solidificare a aliajului dintr-un lingou i modul de formare a retasurii: a nceputul solidificrii; b sfritul solidificrii; c variaia temperaturii pe seciunea lingoului n diferite momente ale solidificrii.

La nceput , forma este umplut cu aliaj lichid la temperatura de turnare (Tt) pn la nivelul a a (fig. 10.4-a). Sub aciunea de rcire a pereilor formei, n aliaj ia natere un gradient de temperatur de la centru spre perei.

Cnd stratul de aliaj n contact cu pereii formei s-a rcit pn la temperatura curbei lichidus (TL), n interiorul peretelui piesei temperatura aliajului lichid (Tm) va fi mai nalt, ns inferioar temperaturii de turnare (fig.10.4-c, curba 1). Scderii temperaturii de la Tt la Tm (pentru axa termic) sau scderii temperaturii de la Tt la TL (pentru suprafaa peretelui) i corespunde o contracie a volumului aliajului lichid, astfel nct nivelul lui scade de la a-a la b-b (fig.10.4-a).

Prin continuarea procesului de rcire a aliajului de la suprafaa peretelui piesei, se va solidifica, pn la un moment dat, un strat de lichid cu grosimea x (linia punctat). Volumul ocupat de stratul solidificat este mai mic dect al lichidului din care provine. Grosimea stratului solidificat va fi deci x dx.

Notnd cu A suprafaa de contact lichid-strat solidificat la momentul considerat, micorarea de volum va fi:

.

Rezult, nivelul lichidului va scdea cu o cantitate (h, de la b-b la c-c (fig.10.4-a). Notndu-se cu S suprafaa superioar a lingoului, rezult:

.

n aceste condiii, scderea de nivel va fi:

.

n momentul urmtor se solidific un nou strat i nivelul scade din nou cu (h, i aa mai departe, procesul de solidificare se desfoar pn n centru piesei (pn la axa termic A.T.).

Straturile succesive solidificate n poziiile corespunztoare ale nivelului lichidului sunt prezentate n fig. 10.4-b. Acestea arat modul de apariie la partea superioar a lingoului a retasurii (golul de solidificare), limitat de suprafaa cu profilul bcb.

Prin definiie, sunt izoterme de solidificare liniile de-a lungul crora temperatura este peste tot aceeai i egal cu temperatura de solidificare. Cu ajutorul acestor izoterme se poate identifica locul unde va aprea retasura n peretele piesei turnate (metoda izotermelor, fig.10.5).

Figura 10.5. Formarea retasurii n lingouri normal conice (a) i lingouri cilindrice (b).

Modul de formare a retasurii i de ndeprtare a acesteia din pies cu ajutorul maselotei este prezentat n fig.10.6.

Figura 10.6. Modul de formare a retasurii (a, b, c, d) i de ndeprtare din pies cu ajutorul maselotei (e).

Maselotele sunt (rezervoare( suplimentare de aliaj lichid, sub form de adaosuri. Acestea au scopul de a evita formarea cavitilor de dimensiuni mari formate, n general, la suprafaa piesei, numite goluri de solidificare sau retasuri, prin alimentarea cu aliaj lichid suplimentar, n timpul solidificrii (pe msura formrii lor). Faza lichid din maselot se deplaseaz n peretele piesei turnate, sub aciunea forelor gravitaionale, i compenseaz golul cauzat de contracia la solidificare. Astfel, retasura se formeaz n maselot.

Volumul de retasur este dependent de valoarea celor trei tipuri de contracii (contracia n stare lichid (vl determin creterea volumului de retasur, iar contracia la solidificare (vk i contracia n stare solid (vs pot mri sau micora volumul de retasur):

Vr = f((vl, ( (vk, ( (vs).

Un deosebit interes n practic prezint volumul i poziia retasurii n peretele piesei turnate, pentru calculul volumului retasurii inndu-se cont de necesitatea obinerii unei piese turnate compacte (fr goluri).

Astfel, dup solidificare, cavitatea formei cu volumul V trebuie s fie umplut cu aliaj solid, cu densitatea (s (volumul specific Vs corespunztor temperaturii de sfrit de solidificare fig.11.3-b-curs 11).

Rezult, masa aliajului ce trebuie introdus n pies trebuie s fie:

n realitate, piesa (cavitatea formei) se umple cu aliaj lichid cu volumul specific Vt (corespunztor temperaturii de turnare) Tt. Masa aliajului turnat efectiv n pies este:

.

Deoarece Vt > Vs ( Mt < Ms i, deci, din piesa solidificat lipsete cantitatea de aliaj:

Dar, ,

n care (V este volumul aliajului care lipsete, respectiv volumul retasurii (golului de solidificare).

Determinarea volumului retasurii se face cu relaia:

Din ultima relaie rezult c volumul retasurii este influenat de:

contracia de solidificare (diferena de volum Vl Vs);

temperatura de supranclzire (diferena de volum ntre Vt Vl);

masa i deci volumul piesei turnate.

Cu ct aceste valori sunt mai mari, cu att volumul retasurii este mai mare. Fa de volumul iniial ocupat de aliajul lichid, rezult urmtoarele valori pentru:

oeluri: Vr = 310%

fonte cenuii: Vr = 1,52,5%

fonte modificate: Vr = 23,5%

fonte albe: Vr = 2,56%

fonte cu grafit nodular: Vr = 013%

5.3. Clasificarea retasurilor i mijloace de prevenire a lorRetasura se localizeaz n acele zone ale peretelui piesei turnate n care aliajul lichid se solidific ultimul i izolat. Aceste zone se caracterizeaz prin absena izotermelor de solidificare. Din punct de vedere al dimensiunilor, formei i poziiei, retasurile se clasific astfel:

Macroretasur (retasur concentrat) deschis (exterioar)-superioar

-lateral

Retasura nchis (interioar)-principal

-secundar-noduri termice axiale

Microretasur (porozitate) zonal-n axa termic (axiale)

-n noduri termice

-n zona alimentatorului

-interdendritic

dispersat

n figura 10.7. este prezentat o clasificare a retasurilor n piesele turnate.

Figura 10.7. Clasificarea retasurii n piesele turnate: a retasur deschis (zona haurat); b retasur deschis i lateral; c, d retasur nchis format din mai multe goluri; d retasur principal i secundar n nodul termic; e retasur principal i secundar axial (n axa termic); f retasur axial.

Macroretasura const din una sau mai multe caviti concentrate n zone vizibil delimitate. Se mai numesc retasuri concentrate. Stratul de aliaj solid care izoleaz retasurile ntre ele i le acoper n partea superioar se numesc puni.

Retasura principal se gsete n partea superioar a piesei fa de poziia de turnare iar microretasurile secundare, n partea inferioar sau n nodurile termice n zona axei termice.

Microretasura reprezint totalitatea cavitilor mici, vizibile cu ochiul liber, care se formeaz prin solidificarea unor volume mici de aliaj, izolate n procesul de solidificare.

Volumul total al retasurii este:

Vr = VMR + Vm rn care:

VMR este volumul macroretasurii

Vm r volumul microretasurilor.

Factorii care influeneaz retasura sunt:

natura aliajului (compoziie chimic, coninutul diferit de gaze, procesele de grafitizare, proprietile termofizice);

natura formei (compresibilitatea pereilor formei, dilatarea formei, rezistena i proprietile termofizice ale formei, tehnica formrii);

geometria piesei turnate (rigiditatea pereilor piesei, grosimea pereilor piesei);

condiiile de turnare (temperatura de turnare, locul de alimentare cu aliaj lichid).

Evitarea procesului de apariie a retasurii este imposibil, dar dirijarea procesului de contracie n vederea obinerii unor retasuri cu volumul ct mai mic posibil i cu o repartizare optim n peretele piesei este posibil.

n vederea prevenirii formrii retasurii este important s se ia msuri ca retasura s se formeze ca o retasur concentrat (macroretasur) la partea superioar a piesei. Dac acest lucru se poate realiza, atunci retasurile de la partea superioar pot fi uor compensate cu ajutorul unor rezervoare suplimentare de aliaj lichid sub form de prelungiri ale piesei, denumite maselote.

Astfel, maselota este un adaos tehnologic n care aliajul lichid se rcete cu o vitez mai mic dect peretele piesei i poate alimenta, prin curgere, retasura n curs de formare n pies.

a). Clasificarea maselotelor - se poate face dup mai multe criterii:

poziia fa de pies:- maselote directe sau frontale

- maselote laterale

poziia fa de alimentator: - alturate alimentatorului

- ndeprtate de alimentator

n funcie de form: - deschis

- nchis (oarb)

n funcie de regimul de presiune realizat deasupra coloanei de aliaj lichid:

cu depresiune

cu presiune atmosferic

cu presiune ridicat cauzat de gaze

n funcie de regimul termic al aliajului din maselot:

cu rcire normal n contact cu aerul

cu izolare termic (maselote termoizolante)

cu nclzire (maselote exoterme sau maselote nclzite cu arc electric).

b). Locul de amplasare a maselotelor trebuie s in cont de urmtoarele precizri:

Maselotele se vor amplasa pe prile cele mai nalte i mai groase ale pieselor i se vor lua msuri pentru accelerarea solidificrii nodurilor termice din zonele inferioare ale pieselor.

n cazul n care maselotele sunt plasate la nivele diferite se iau msuri pentru accelerarea solidificrii pereilor care unesc prile de sub maselot

Maselotele nu trebuie amplasate n locuile cu tensiuni maxime determinate de frnarea contraciei de ctre form, deoarece aceasta favorizeaz formarea crpturilor

Maselotele se vor amplasa pe acele pri ale pieselor turnate pentru care se prevede o prelucrare mecanic (altfel, va fi necesar o curare minuioas a locului de sub maselot)

Maselotele nu trebuie amplasate n jurul alimentatoarelor, deoarece metalul lichid nclzete mai mult amestecul de formare n zona respectiv i se ncetinete solidificarea

Maselotele trebuie amplasate astfel nct s nu frneze contracia pieselor turnate i s nu creeze noduri termice suplimentare n pies

Locul de amplasare a maselotelor se alege astfel nct s permit o formare i o dezbatere uoar a piesei turnate

Maselota se amplaseaz astfel nct s alimenteze cteva zone ale piesei sau cteva piese separat

Maselotele trebuie s fie nchise i nu deschise.

Aplicarea maselotelor nchise prezint urmtoarele avantaje:

maselota se umple cu cantitatea de metal necesar (nu exist nici lips, nici surplus de metal);

n perioada de ateptare a formei, nu este posibil ptrunderea unor resturi de amestec de formare n cavitatea formei;

este posibil aplicarea presiunii gazelor sau atmosferice pentru mbuntirea alimentrii.

c). Forma maselotelor se stabilete n funcie de suprafaa pe care se amplaseaz (rotund, ptrat, dreptunghiular). Forma cea mai convenabil este accea care asigur raportul minim ntre suprafa i volum (pierderi minime de cldur), adic forma sferic, care sunt ns mai dificil de realizat, urmeaz apoi maselote cilindrice i ptrate.

d). Zona de influen a maselotelorNumrul maselotelor care se aplic n cazul turnrii unei piese este funcie de numrul de noduri termice. Dac se aplic mai multe maselote, fiecreia i se atribuie pentru alimentare o anumit zon a piesei, numit zon de influen.

Zona de influen a maselotelor depinde de grosimea peretelui piesei, astfel:

- pn la 20 mm, zona de influen est 200300 mm;

- 2040 mm, zona de influen est 300400 mm;

- ( 50 mm, zona de influen est 350450 mm.

Zona de influen a maselotelor este prezentat n fig. 10.8, s reprezentnd grosimea plcii.

Figura 10.8. Zona de influen a maselotelor: a maselote dispuse n centru plcii; b, c - maselote dispuse la captul plcii.

n concluzie, rezult urmtoarele:

pe distana de la margine plcile sunt sntoase, datorit efectului de capt (schimbul de cldur este mai intens la muchii i coluri);

plcile sunt sntoase pe o ntindere de , adic zona de influen a maselotei este dublul grosimii piesei turnate (2s);

dac piesele nu depesc lungimea de , piesele se obin sntoase pe toat lungimea lor;

dac piesele au lungimea mai mare de i se amplaseaz o singur maselot (fig.10.8-c), rezult o zon de ntindere lo cu poroziti axiale. Rezult c distana dintre maselote trebuie s fie aproximativ de pentru a se obine piese fr defecte.

5.4. Contracia pieselor turnate dup solidificare

Procesul de contracie debuteaz de la turnarea aliajului n cavitatea formei, existnd trei tipuri de contracii:

n stare lichid

la solidificare

n stare solid

Coeficientul de contracie n volum a aliajului lichid caracterizeaz micorarea volumului la rcirea cu un grad, adic:

n care:

Vt reprezint volumul ocupat de aliajul lichid la temperatura de turnare, Tt;

Vl - volumul ocupat de aliajul lichid la temperatura lichidus, Tl.Rezult, contracia total relativ, de la temperatura de turnare i pn la temperatura lichidus este:

n care (l este valoarea medie a coeficientului de contracie ntre temperatura de turnare i cea lichidus.

Coeficientul de contracie n volum la solidificare ((vk) a aliajului eutectic sau a metalului pur, caracterizeaz micorarea relativ de volum (adic coeficientul de contracie coincide cu contracia volumic):

.

n cazul aliajelor care se solidific ntr-un interval de temperatur, coeficientul de contracie termic efectiv ((vk ef) pentru temperaturile ntre Tl i Ts se determin cu relaia:

iar contracia la solidificare va fi:

.

Deci, contracia liniar n stare solid a fiecrui element a piesei turnate ((ls) pn n momentul rcirii va fi:

n care:

Li.c. este dimensiunea iniial a piesei turnate n momentul atingerii temperaturii de nceput de contracie, Ti.c.;

(s coeficient mediu de contracie termic n stare solid n intervalul Ti.c.- T0.

n cazul metalelor pure care nu posed transformri alotropice, lungimea piesei L la temperatura T, se determin cu relaia:

,

relaie n care coeficienii a, b, c sunt tabelai.

Contracia liniar este influenat de mai muli factori (natura aliajului, natura formei, geometria piesei turnate, tehnologia de turnare) i poate fi:

liber ((l l ) contracia care nu este frnat de factori exteriori (form, miezuri, armturi); corespunde coeficientului de contracie termic n volum a aliajului;

frnat ((lf ) contracia care, n afar de natura aliajului, este influenat i de factori externi (form, condiii de turnare, geometria piesei turnate);

total ((tot );

contracia de turnare ((t)

5.5. Tensiuni n pereii pieselor turnate

Datorit procesului de contracie liniar, n timpul rcirii pieselor turnate pot s apar deformaii n pereii pieselor (deformaii plastice). Dac aceast tendin de deformare frnat, atunci apar tensiuni. n cazul n care tensiunile ating valoarea limitei de rupere, atunci apar crpturi.

Tensiunile din pereii pieselor turnate, n funcie de durata de existen, pot fi de dou tipuri:

temporare determin n aliaj numai deformaii elastice care, dup rcirea piesei i uniformizarea temperaturilor, se anuleaz complet;

remanente ntr-un anumit interval de temperatur determin deformaii plastice n peretele piesei turnate i, deci, dup rcire i uniformizarea temperaturii ele nu pot fi ndeprtate; au, de regul, semn opus comparativ cu cele temporare.

n funcie de cauza apariiei tensiunilor n pereii pieselor turnate exist:

tensiuni mecanice

tensiuni termice

tensiuni fazice.

a). Tensiunile mecanice sunt cauzate de frnarea mecanic a contraciei libere a aliajelor la temperaturi ridicate. Frnarea poate fi provocat de forme i miezuri sau de elementele reelei de turnare.

Ca urmare a procesului de de frnare a contraciei de ctre form n pereii pieselor turnate apar tensiuni de ntindere (denumite tensiuni mecanice).

n cazul turnrii aliajelor n forme metalice, tensiunile mecanice pot avea valori foarte ridicate (contracia liniar liber este frnat).

Tensiunile se pot determina cu ajutorul relaiei:

n care:

(t reprezint valoarea coeficientului n stare solid;

E modul de elasticitate;

TE temperatura de trecere a aliajului din stare plastic n stare elastic;

T0 temperatura pn la care se rcete piesa.

Valorile (t i E pot fi luate ca valori medii n intervalul de temperatura TE T0.

Criteriul tensiunilor mecanice l constituie comparaia dintre contracia liniar frnat i cea liber:

(l l = (l f + (defn care:

(l l reprezint contracia liniar liber;

(l f - contracia liniar frnat;

(def deformaia.

b). Tensiunile termice

Studiul tensiunilor termice se face lundu-se n considerare doi perei de seciuni diferite S1 i S2 legai solidari ntre ei i curbele lor de rcire (fig.10.9).

Figura 10.9. Sistemul celor dou bare legate solidar, cu seciuni diferite i curbele lor de rcire: S1 perete gros; S2 perete subire.

Din analiza figurii 10.9, b rezult c peretele subire se rcete mai repede (curba 2) dect peretele gros (curba 1), datorit suprafeei specifice mai mari.

Dac se noteaz cu TE intervalul de temperatur la care aliajul trece din stare plastic n stare elastic, se observ c pereii trec prin acest interval n momente diferite (t1, t2).

Pentru lungimea pe care o are piesa la o temperatur oarecare T < Ti.c. (Ti.c. reprezint temperatura de nceput de contracie liniar), rezult:

n care (s reprezint coeficientul de contracie liniar ((s = const).

Acestei lungimi i corespunde contracia liniar:

.

Pentru bara 1, deformaia elestic relativ de ntindere este:

( se poate scrie )

i tensiunea de ntindere:

,

iar tensiunea de compresiune n bara 2:

n care:

(1 reprezint deformaia barei 1;

(2 - deformaia barei 2;

E modul de elasticitate;

T1 - temperatura barei 1 n momentul trecerii n stare elastic;

T2 - temperatura barei 2 n momentul trecerii n stare elastic.

Rezult urmtoarele concluzii:

tensiunile termice sunt proporionale cu modulul de elasticitate (E), cu coeficientul de dilatare (() i cu diferena de temperatur T1T2 = (Tcr;

valoarea tensiunilor nu depinde de lungimea barelor;

n prile groase tensiunile remenente sunt de ntindere, iar n cele subiri, de compresiune;

tensiunea dintr-o bar este cu att mai mare cu ct seciunea celeilalte bare este mai mare;

diferena T1T2 = (Tcr este cu att mai mare cu ct diferena (S1 S2) este mai mare i cu ct gradul de tensionare este mai mare;

pentru (T = T1T2 = 0, rezult c n pies exist numai tensiuni remanente obinute la turnare.

c). Tensiunile fazice sunt tensiunile determinate de transformrile alotropice care au loc la rcirea aliajelor, transformri nsoite de variaia volumului specific.

Forele care determin frnarea contraciei i, deci, apariia tensiunilor pot fi:

fore pasive (forme, miezuri cu compresibilitate sczut, reele de turnare, maselote etc);

fore active, care nu sunt influenate i nu depind de deformarea plastic a materialului piesei (presiunea metalostatic a aliajului, fora centrifug, aplicarea unei fore exterioare).

Tensiunile de turnare sunt acele tensiuni care apar dup turnare i solidificare. n piesa turnat, dup rcirea complet, rmn tensiuni remanente. Acestea pot fi micorate dac piesele sunt supuse tratamentului termic. n timpul tratamentului termic pot aprea tensiuni de tratament termic.

Tensiunile remanente n pereii pieselor turnate pot fi grupate n:

tensiuni de ordinul III sau submicroscopice, care apar n volumul reelei cristaline;

tensiuni de ordinul II sau microscopice, care apar n limitele volumului unui cristal;

tensiuni de ordinul I, care apar n microvolume ale piesei turnate (pe seciunea pereilor).

1119

_1208692385.unknown

_1208782342.unknown

_1208864265.unknown

_1208864827.unknown

_1208864834.unknown

_1208864588.unknown

_1208864643.unknown

_1208864277.unknown

_1208782856.unknown

_1208860084.unknown

_1208782624.unknown

_1208781598.unknown

_1208782075.unknown

_1208782271.unknown

_1208781801.unknown

_1208781000.unknown

_1208781309.unknown

_1208780841.unknown

_1208691598.unknown

_1208692129.unknown

_1208692238.unknown

_1208691880.unknown

_1208431862.unknown

_1208431867.unknown

_1208431846.unknown