Studiul Asupra Utilizarii Carburii de Siliciu la Elaborarea Fontelor, cu Aplicare In Proiectarea Tehnologica

Cuprins

Cuprins………………………………………………………………………….pag.2

Introducere………………………………………………………………………pag.5

Rezumat…………………………………………………………………………pag.6

Summary…………………………………………………………………………pag.7

Capitolul I. Studiu privind utilizarea carburii de siliciu la elaborarea

fontelor…….…………………………………………………………………….pag.8

Carbura de siliciu metalurgica valorificata la elaborarea fontelor in cuptoare electrice

si in cubilou. Generalitati……..…………………………………………………pag.8

Proprietati……………………………………………………………………….pag.11

Utilizarea carburii de siliciu metalurgice la elaborarea fontelor………………..pag.15

Utilizarea carburii de siliciu in cuptoare electrice………………………………pag.17

Utilizarea carburii de siliciu in cubilou…………………………………………pag.20

Calitatea fontelor la utilizarea carburii de siliciu metalurgice………………….pag.23

Stabilirea tehnologiei de elaborare a aliajului…………………………………..pag.26

Comportarea carburii de siliciu la elaborarea fontelor…………………………pag.28

Proprietatile de dezoxidant ale SiC……………………………………………..pag.30

Efectele secundare specifice carburii de siliciu………………………………….pag.30

Mecanismul de actiune a SiC……………………………………………………pag.32

Capitolul II. Calcule tehnologice.……………………………………………..pag.36

Folosirea metodei Tundish-Cover la elaborarea fontei cu grafit nodular………pag.36

Oala de nodulizare Tundish-Cover…………………………………………….pag.38

Tratamentul folosit la oala (comparativ)……………………………………….pag.39

Stabilirea procesului de proiectare……………………………………………..pag.41

Studiul comparativ al diferitelor procedee tehnologice posibile de aplicare

pentru obtinerea prin turnare a piesei date……………………………………pag.41

Elementele procesului tehnologic adoptat,utilajul tehnologic folosit, masini

si utilaje folosite la formare, dezbatere, utilaje folosite la elaborare si

turnare…………………………………………………………………………pag.42

Proiectarea elementelor tehnologice ale garniturii de model………………….pag.43

Stabilirea suprafetelor de separatie……………………………………………pag.44

Stabilirea inclinarilor la formare………………………………………………pag.44

Stabilirea adaosurilor tehnologice……………………………………………..pag.45

Stabilirea adaosurilor de contractie…………………………………………..pag.46

Stabilirea adaosurilor de prelucrare…………………………………………..pag.47

Stabilirea marcilor si a dimensiunilor lor…………………………………….pag.48

Stabilirea locului de amplasare a maselotelor, stabilirea formei si dimensiunilor

acestora………………………………………………………………………pag.48

Stabilirea retelei de alimentare, calculul de dimensionare a acesteia……….pag.49

Confectionarea garniturii de model………………………………………….pag.52

Executarea garniturii de model metalice……………………………………..pag.53

Confectionarea formei si miezurilor…………………………………………pag.55

Elaborarea fontei Fgn 420-12………………………………………………..pag.58

Incarcarea…………………………………………………………………….pag.61

Nodulizarea…………………………………………………………………..pag.62

Bilantul final de siliciu……………………………………………………….pag.64

Turnarea, Dezbaterea si Curatirea……………………………………………pag.65

Dezbaterea pieselor turnate din forma.Evacuarea miezurilor ………………pag.66

Controlul tehnic de calitate si remedierea defectelor………………………..pag.66

Defecte de turnare, metode de remediere indicate…………………………..pag.67

Capitolul III. Probleme economice…..…………………………………….pag.68

Stabilirea pretului de cost……………………………………………………pag.69

Calculul pretului de cost……………………………………………………..pag.69

Calculul consumului si costului de materiale directe

ce revine la o bucata de piesa turnata………………………………………..pag.70

Capitolul IV. Norme de tehnica securitatii si protectia muncii…………….pag.71

Instructiuni de protectie a muncii la prepararea amestecului de

formare si de miez……………………………………………………………pag.72

Instructiuni de protectie a muncii la elaborare-turnare in

cuptorul cu inductie…………………………………………………………pag.72

Tehnica securitatii muncii privind amplasarea utilajelor,

masinilor si instalatiilor……………………………………………………..pag.73

Bibliografie……………………………………………………………………………………….pag.74

OPIS…………………………………………………………………………pag.76

Introducere

Dezvoltarea impetuasa a diverselor ramuri industriale a necesitat cresterea considerabila a consumului de materiale metalice, atat deformate plastic prin laminare sau forjare, cat si turnate in piese. O dovada concludenta o constituie faptul ca productia de piese turnate in tara noastra a depasit cifra de 300000-350000 tone pe an, ceea ce situeaza Romania in randul tarilor cu o industrie de piese turnate puternic dezvoltata. S-au asimilat tehnologii moderne de elaborare si turnare in piese a aliajelor feroase si neferoase de calitate superioara cum sunt elaborarea in atmosfera controlata sau in vid.

Industria de piese turnate asigura astazi obtinerea celor mai complexe produse necesare domeniilor de varf ale constructiei de masini. O pondere importanta in cazul productiei de piese turnate ocupa piesele din fonta care prin complexitatea lor constructiva si functionala, ridica probleme deosebite in procesul de fabricatie.

O problema centrala a intregii industrii este infaptuirea unei cotituri radicale in domeniul calitatii produselor, al imbunatatirii performantelor tehnice.

Trebuie sa se asigure perfectionarea standardelor in pas cu noile tendinte ale progresului tehnic, dotarea unitatilor cu echipamente de masura si testare, intarirea controlului tehnic pe toate fazele procesului de productie.

Calitatea, ca problema de prima importanta a tuturor producatorilor de bunuri materiale, capata astazi o pondere din ce in ce mai mare, in strategia generala a unitatilor economice.

Rezumat

Principalele scopuri pentru dezvoltarea in domeniul turnarii (elaborarea aliajelor) sunt in special indreptate catre imbunatatirea calitatii si largirea gamei de sortimente a produselor din aliaje diferite. Acest lucru este strans legat de adaptarea noilor procese si tehnologii in domeniu, totodata si de modernizarea acestora. Aceasta chestiune poate fi facuta de catre specialisti in domeniu, care cunosc aceste probleme, adica teoria proceselor si care stiu sa modeleze si sa efectueze calculele proceselor prin larga folosire a computerelor.

Scopul acestei lucrari este acela de a realiza fundamentarea tehnico-economica a realizarii proiectului privind implementarea tehnologiei de turnare la un nivel destul de ridicat care sa conduca la reducerea consumurilor de energie, materii prime, combustibil si alte materiale auxiliare folosite, acest lucru necesita utilizarea unor tehnologii performante.

Aceasta lucrare este structurata in patru capitole dupa cum urmeaza:

Studiul privind utilizarea carburii de siliciu la elaborarea fontelor;

Calcule tehnologice;

Probleme economice;

Norme de tehnica securitatii si protectie a muncii.

Summary

The main purposes for the development in the area of casting (alloys elaboration) are pointed especially to the quality improvement and the widen of assortment scale of products from different alloys.

This mater is tightly connected to the adaptation of the new processes and technologies in the area and at the same time to their modernization. This issue can be made by specialists in the area who are aquainted with these problems that is the process theory and who know how to model and to perform the process calculus through the fully employment of computers.

The purpose of this work is that to achieve the technical-economic substantion of the project acomplishment concerning the implementation of the casting technology to a pretty raised level which leads to the consumptions decreas of energy, raw materials, fuel and other auxiliary materials that are used and this mater requires the utilization of performant technologies.

This issue is structured in four chapters, thus:

The study concerning the utilization of black silicon carbide to the cast iron melting

Technological calculations

Economical problems

Labour safety technique and labour protection norms

I. Studiu privind utilizarea carburii de siliciu la elaborarea fontelor

Carbura de siliciu metalurgica valorificata la elaborarea

fontelor in cuptoare electrice si in cubilou

Generalitati

Carbura de siliciu este un material sintetic, cu formula chimica SiC obtinut prin reactia chimica dintre nisipul cuartos (peste 98% SiO2) cu carbonul continut in cocsul de petrol, la temperaturi ridicate (1600-2300C), conform reactiei generale:

SiO2+3CSiC+2CO—618,5 kJ

Producerea acestui material sintetic se realizeaza in cuptoare electrice de constructie speciala, cu rezistenta, la obtinerea caruia se inregistreaza mari consumuri de energie electrica (9000-11000kWh/t), durata de obtinere a unei sarje (10-12 t) fiind pe un ciclu complet de 240h.

In figura 1. este prezentata schema sectiunii incarcaturii rezultate intr-un cuptor, dupa reactia chimica dintre nisipul cuartos si cocsul petrol, iar in figura 2. se reprezinta schema fluxului tehnologic, de la intreprinderea de Produse Refractare „9 Mai” Turda, de obtinere a carburii de siliciu metalurgice.

Cuptorul se incarca cu amestecul de nisip cuartos si cocs de petrol in proportii stabilite si prin incalzirea cu ajutorul rezistentei electrice are loc reactia chimica a componentilor, rezultand (fig. 2) mai multe tipuri de carbura se siliciu, functie de pozitia fata de rezistenta electrica (respectiv de temperatura). Astfel, la partea interioara, mai puternic incalzita (2100-2300 ºC) se obtine o carbura de siliciu cristalizata hexagonal si romboedric, cu cristale mari, orientate (carbura de siliciu forma α), in timp ce in stratele exterioare, cu temperaturi mai scazute (1600-2000 ºC) se obtine o varietate de carbura de siliciu cristalizata cubic, cu cristale fine (carbura de siliciu forma β).

Fig.2. Schema fluxului tehnologic de obtinere a carburii de siliciu metalurgice:

SiC-G, stare granulara; SiC-B, brichete speciale de SiC pentru cuptoare electrice; SiC-BC, brichete speciale de SiC pentru cubilou.

Zona periferica, ce a atins temperaturi joase (1400-1700 ºC) contine un amestec de carbura forma β cu material nereactionat (SiO2), cu caracter poros, numit siloxicon. Carbura de siliciu de inalta temperatura (forma α ) se utilizeaza in industria abrazivilor si refractarelor, iar carbura de siliciu de temperatura joasa (forma β) se utilizeaza la obtinerea fontei si otelului, fiind denumita carbura de siliciu metalurgica.

Date recente evidentiaza faptul ca in prezent capacitatea de productie pe plan mondial a carburii de siliciu este de cca 700.000 de tone pe an (tabelul 1), utilizarea sa fiind structurata pe trei domenii principale:

industria produselor abrazive;

industria produselor refractare;

industria metalurgica, la obtinerea fontei si otelului (figura 3); carbura de siliciu metalurgica se utilizeaza la dezoxidarea si alierea fontei si otelului, precum si pentru modificarea fontei.

Tabelul 1. Capacitati de productie actuale de SiC pe plan mondial

Cele doua forme de cristalizare α si β se separa initial de siloxicon, apoi manual are loc diferentierea pe calitati – carbura de siliciu cristalizata hexagonal de cea cristalizata cubic. In timpul separarii, se urmareste limitarea impurificarii primului sortiment, a carui calitate este inrautatita in mod deosebit in cazul amestecarii cu forma de cristalizare cubica (β).

Fig.3. Domenii de utilizare ale carburii de siliciu pe plan mondial.

Proprietati

Carbura de siliciu α, de inalta temperatura este caracterizata (tabelul 2) prin puritate mare (96-98% SiC), duritate mare (0,4 pe scara Mohs), conductivitate termica mare (de peste 10 ori mai mare comparativ cu produsele silica sau samota), un coeficient de dilatare liniara redus (5×10-6 ºK) si o reprezentare mecanica relativ mare. Carbura de siliciu α se comporta diferit, in functie de tensiunea aplicata: este dielectric la tensiuni medii si mici si bun conducator de electricitate la valori mari ale tensiunii, valoarea fiind si in functie de puritatea cristalelor.

Carbura de siliciu β, de joasa temperatura, prezinta un grad mai mare de impurice si in cubilou

Generalitati

Carbura de siliciu este un material sintetic, cu formula chimica SiC obtinut prin reactia chimica dintre nisipul cuartos (peste 98% SiO2) cu carbonul continut in cocsul de petrol, la temperaturi ridicate (1600-2300C), conform reactiei generale:

SiO2+3CSiC+2CO—618,5 kJ

Producerea acestui material sintetic se realizeaza in cuptoare electrice de constructie speciala, cu rezistenta, la obtinerea caruia se inregistreaza mari consumuri de energie electrica (9000-11000kWh/t), durata de obtinere a unei sarje (10-12 t) fiind pe un ciclu complet de 240h.

In figura 1. este prezentata schema sectiunii incarcaturii rezultate intr-un cuptor, dupa reactia chimica dintre nisipul cuartos si cocsul petrol, iar in figura 2. se reprezinta schema fluxului tehnologic, de la intreprinderea de Produse Refractare „9 Mai” Turda, de obtinere a carburii de siliciu metalurgice.

Cuptorul se incarca cu amestecul de nisip cuartos si cocs de petrol in proportii stabilite si prin incalzirea cu ajutorul rezistentei electrice are loc reactia chimica a componentilor, rezultand (fig. 2) mai multe tipuri de carbura se siliciu, functie de pozitia fata de rezistenta electrica (respectiv de temperatura). Astfel, la partea interioara, mai puternic incalzita (2100-2300 ºC) se obtine o carbura de siliciu cristalizata hexagonal si romboedric, cu cristale mari, orientate (carbura de siliciu forma α), in timp ce in stratele exterioare, cu temperaturi mai scazute (1600-2000 ºC) se obtine o varietate de carbura de siliciu cristalizata cubic, cu cristale fine (carbura de siliciu forma β).

Fig.2. Schema fluxului tehnologic de obtinere a carburii de siliciu metalurgice:

SiC-G, stare granulara; SiC-B, brichete speciale de SiC pentru cuptoare electrice; SiC-BC, brichete speciale de SiC pentru cubilou.

Zona periferica, ce a atins temperaturi joase (1400-1700 ºC) contine un amestec de carbura forma β cu material nereactionat (SiO2), cu caracter poros, numit siloxicon. Carbura de siliciu de inalta temperatura (forma α ) se utilizeaza in industria abrazivilor si refractarelor, iar carbura de siliciu de temperatura joasa (forma β) se utilizeaza la obtinerea fontei si otelului, fiind denumita carbura de siliciu metalurgica.

Date recente evidentiaza faptul ca in prezent capacitatea de productie pe plan mondial a carburii de siliciu este de cca 700.000 de tone pe an (tabelul 1), utilizarea sa fiind structurata pe trei domenii principale:

industria produselor abrazive;

industria produselor refractare;

industria metalurgica, la obtinerea fontei si otelului (figura 3); carbura de siliciu metalurgica se utilizeaza la dezoxidarea si alierea fontei si otelului, precum si pentru modificarea fontei.

Tabelul 1. Capacitati de productie actuale de SiC pe plan mondial

Cele doua forme de cristalizare α si β se separa initial de siloxicon, apoi manual are loc diferentierea pe calitati – carbura de siliciu cristalizata hexagonal de cea cristalizata cubic. In timpul separarii, se urmareste limitarea impurificarii primului sortiment, a carui calitate este inrautatita in mod deosebit in cazul amestecarii cu forma de cristalizare cubica (β).

Fig.3. Domenii de utilizare ale carburii de siliciu pe plan mondial.

Proprietati

Carbura de siliciu α, de inalta temperatura este caracterizata (tabelul 2) prin puritate mare (96-98% SiC), duritate mare (0,4 pe scara Mohs), conductivitate termica mare (de peste 10 ori mai mare comparativ cu produsele silica sau samota), un coeficient de dilatare liniara redus (5×10-6 ºK) si o reprezentare mecanica relativ mare. Carbura de siliciu α se comporta diferit, in functie de tensiunea aplicata: este dielectric la tensiuni medii si mici si bun conducator de electricitate la valori mari ale tensiunii, valoarea fiind si in functie de puritatea cristalelor.

Carbura de siliciu β, de joasa temperatura, prezinta un grad mai mare de impurificare si neomogenitate (tabelul 3) dar dispune de o serie de calitati ce o recomanda ca pe un material deosebit la elaborarea aliajelor feroase.

Compozitia chimica de baza, deci cca 90% SiC (cu un continut de 70% Si si 30% C), alaturi de care sunt elementele insotitoare pure, carbonul liber (provenit din cocsul de petrol nereactionat) si siliciu liber (nereactionat cu carbonul) si o serie de oxizi, ponderea cea mai mare avand-o SiO2, Fe2O3 si Al2O3 provenite din nisipul cuartos si cocsul de petrol.

Un fapt remarcabil la carbura de siliciu metalurgica este continutul de sulf, fosfor si gaze in comparatie cu principalele materiale carbonice utilizate in procesul de carburare a fontei (tabelul 4).

Tabelul 2. Caracteristicile carburii de siliciu cristalizata hexagonal si romboedric

Datorita rezistentei sale la umiditate, carbura de siliciu poate fi inmagazinata timp nelimitat, spre deosebire de feroaliaje, ca de exemplu Si-Mn, care la o granulatie fina acumuleaza hidrogen.

Granulatia carburii de siliciu metalurgice este in general cuprinsa in domeniul 0…20mm, ponderea maxima fiind la valorile sub 10mm.

Tabelul 3. Compozitia chimica complexa a carburii de siliciu metalurgice

* ca Fe2O3; ** plus Si liber

Densitatea SiC (tabelul 5) este de acelasi ordin de masura cu densitatea FeSi 75, respectiv cu cca 20% mai scazuta fata de a FeSi 60.

Capacitatea de oxidare (reactivitate) a carburii de siliciu este scazuta, chiar in cazul in care incalzirea a avut loc in mediu de oxigen (fig.4). La suprafata granulelor se formeaza un strat protector de SiO2 (cristobalit), astfel ca in mediu de oxigen pur la 1500ºC, la o granulatie de 63 μm (suprafata specifica foarte mare), dupa 9 h doar 6% din carbura a fost oxidata.

Tabelul 4. Continutul de S, N, H, in SiC comparativ cu a unor materiale carbonice

La incalzire, carbura de siliciu practic nu se topeste la presiune normala. La temperaturi ridicate (2760˚C) se descompune in siliciu vapori si grafit solid (fig.5).

Tabelul 5. Densitatea SiC comparativ cu a altor materiale

Totusi, prin incalzire indelungata se inregistreaza un proces de descompunere cu punere in libertate a carbonului si a siliciului, fenomen ce are loc la peste 1000˚C in mediu oxidant si la peste 2000˚C in mediu reducator.

Fig.4. Gradul de oxidare a carburii de siliciu pure cu granulatia de 63 μm, in mediu de oxigen.

Capacitatea de dizolvare a carburii de siliciu in fonta creste o data cu marirea tempetaturii, dar scade la micsorarea granulatiei, fenomen datorat peliculei de SiO2 ce acopera fiecare granula de SiC.

Fig.5. Diagrama de echilibru SiC.
Comparand viteza de dizolvare in fonta a carburii de siliciu cu a altor materiale carbonice, lucrarea remarca faptul ca in cazul carburii de siliciu aceasta are valori mai scazute (0,022-0,034% carbon echivalent/min) fata de cea inregistrata de grafitul sintetic (0,04-0,098% CE/min), grafitul natural (0,03-0,072% CE/min), cocsul de petrol calcinat (0,06-0,065% CE/min), cocsul metalurgic (0,043% CE/min). Aceasta situatie este pusa pe seama faptului ca particulele de carbura de siliciu sunt invelite intr-o pelicula „protectoare” de SiO2, care le mareste stabilitatea, ramanand astfel disponibile in fonta lichida o perioada mai mare de timp.

Utilizarea carburii de siliciu metalurgice la elaborarea fontelor

Carbura de siliciu metalurgica se utilizeaza de mai mult timp la elaborarea fontelor, fiind tot mai prezenta la obtinerea fontelor de inalta calitate, in toate agregatele de elaborare (cubilou, cuptoare electrice), precum si in procesele de modificare.

Pe plan mondial, se estimeaza ca 90% din productia de 500.000 tone carbura de siliciu/an se utilizeaza in industria metalurgica, la obtinerea fontei si otelului.

Firmele producatoare de carbura de siliciu metalurgica o livreaza in stare granulara (0-20 mm) pentru cuptoare electice si sub forma de brichete, pentru cuptoare electrice si cubilou (tabelul 6).

In tara noastra Intreprinderea de Produse Refracatare „ 9 Mai” Turda produce carbura de siliciu destinata fabricarii abrazivilor si refractarelor, precum si carbura de siliciu metalurgica. Carbura produsa pentru metalurgie este in stare granulara (SI-C) si brichete (SIC-B pentru cuptoare electrice si SIC-BC pentru cubilouri). Alaturi de carbura de siliciu proriu-zisa produsa de I.P.R. „9 Mai” Turda (cu compozitie chimica prezentata in tabelul 7) se mai utilizeaza o serie de adaosuri active, ce contribuie la intensificarea actiunii acestui material in cuptoarele electrice, facand de asemenea posibila folosirea lor in cubilou (brichetele speciale SiC-BC).

Tabelul 6. Sortimente de carbura de siliciu metalurgica, utilizate pe plan mondial

Utilizarea carburii de siliciu in cuptoare electrice

La elaborarea fontei, carbura de siliciu este utilizata de regula in doua scopuri:

pentru dezoxidarea incarcaturii;

ca sursa de siliciu si carbon pentru fonta.

Dezoxidarea incarcaturii metalice. Incarcatura metalica a cuptoarelor electrice este (si trebuie sa fie) formata preponderent din deseuri, indeosebi din fier vechi, motiv pentru care se introduc in cuptor cantitati mari de oxizi (indeosebi de fier), ce afecteaza negativ atat durabilitatea captuselii cat si pierderile prin ardere.

Tabelul 7. Carbura de siliciu metalurgica fabricata de I.P.R. „9 Mai” Turda pentru cuptoare electrice.

Astfel, in cazul cuptoarelor cu inductie cu creuzet, cu captuseala acida, cresterea ponderii deseurilor de otel oxidate in incarcatura determina micsorarea accentuata a duratei de exploatare a captuselii refractare pe baza de cuartita (fig.6) ca urmare a interactiunilor unor oxizi (FeO, Fe2O3, MnO) ai incarcaturii cu SiO2 din captuseala.

Aceasta situatie poate fi preintampinata in cazul in care o data cu incarcatura metalica se introduce in cuptor si carbura de siliciu metalurgica, aceasta participand la reducerea oxizilor capabili sa interactioneze cu captuseala. Ca urmare (fig.7a), compozitia chimica a zgurii se schimba, cantitatea de oxizi de fier micsorandu-se cu peste 70%. Actiunea SiC este mai puternica decat cea a carbonului (deseuri de electrozi) si de aceea aceasta este utilizata in mod curent pentru reducerea gradului de oxidare a incarcaturii. Puterea de actiune marita a SiC se explica prin aceea ca in masa de fonta topita carbonul si siliciul sunt regasite in stare „nascanda” imediat dupa reactia de descompunere si ca urmare, afinitatea acestor elemente pentru oxigen este mult marita fata de a elementelor stabile aflate in carbonul provenit din electrozi, grafit sau cocs.

Fig.6. Influenta ponderii fierului vechi oxidat in incarcatura cuptorului cu inductie cu captusala acida asupra durabilitatii acesteia.

Prin adaugarea la SiC metalurgica, de adaosuri active, se mareste si mai mult puterea de dezoxidare. In toate cazurile, cresterea temperaturii fontei favorizeaza micsorarea continutului de oxizi de fier in baie (fig.7b). Adaosul de SiC scade pierderea prin ardere si continutul de gaze al fontei (Tabelul 8), contribuind la imbunatatirea acesteia ca si la reducerea costului de fabricatie.

Fig.7. Micsorarea gradului de oxidare a zgurii in cuptorul cu inductie cu creuzet cu captusala acida sub actiunea SiC (a) si comparativ sub actiunea diferitelor adaosuri (b):

1-C; 2-SiC; 3-SiC+adaos de material

3.1.2 Cresterea continutului de C si Si ale fontei

Concomitent cu efectul de dezoxidare, adaosul de SiC participa si la

imbogatirea in siliciu si carbon a fontei (fig. 8). Aportul in C si Si a carburii de siliciu metalurgice depinde de o serie de factori, precum:

-compozitia chimica a carburii de siliciu;

-gradul de oxidare si compozitia chimica a incarcaturii metalice;

-modul de introducere a SiC in cuptor;

-temperatura fontei lichide;

-durata de contact fonta lichida-SiC;

In general, gradul de asimilare a celor doua elemente este de ordinul a 70-95%.

De o importanta mare, tinand cont ca in general ceilalti factori sus mentionati sunt cunoscuti, respectiv fixati tehnologic, este durata de contact fonta topita-SiC, care este strans legata de modul de introducere a carburii de siliciu metalurgice in cuptor, existand multiple posibilitati:

Fig.8. Dezoxidarea zgurii si cresterea continutului de C si prin adaosul de 0,5% SiC in cazul fontei maleabile produse in cuptorul cu inductie.

a) Adaosul de carbura metalurgica o data cu materialele metalice (in incarcatura cuptorului), recomandandu-se ca la inceput sa se incarce SiC si fierul vechi, cele doua materiale intr-un contact cat mai strans si apoi deseurile de fonta si fonta noua. In aceste conditii se asigura o reducere avansata a gradului de oxidare a incarcaturii, cu efectele favorabile amintite. Aceasta metoda se recomanda cand incarcatura e puternic oxidata si eliminarea oxizilor prioritar al adosului de SiC.

b) SiC se poate adauga dupa topirea incarcaturii, cand gradul de oxidare a acesteia este scazut, in care caz scopul principal il costituie alierea cu siliciu si carbon. In aceasta situatie un rol hotarator il are gradul de supraincalzire al fontei. Analizand aceasta problema in lucrare se remarca faptul ca gradul de asimilare a SiC a crescut de la 50%, in cazul in care adaosul a fost efectuat in cuptorul plin (brasaj scazut), la 80-94% atunci cand gradul de umplere a fost doar de 40-70% (brasaj ridicat). Temperatura fontei trebuie sa depaseasca 1400˚C, brasajul peste 10%, durata de asimilare a SiC fiind, functie de granulatie, de ordinul 5-15 min.

c) Introducerea partiala a SiC in incarcatura (pentru dezoxidare) si in fonta lichida (pentru aliere) constituie o solutie larg utilizata la elaborarea fontelor, in conditiile realizarii unui control eficient al compozitiei acestora.

In acest sens la I.P.R. „9 Mai” Turda se produc sortimente cu continut diferit de carbura de siliciu granulara (SiC-G tip I si tip II) care asigura un contact suficient de intim incarcatura-carbura.In cazul dorintei de a nu se produce praf la introducerea carburii, fapt ce conduce si la pierderi de material de aliere-dezoxidare, s-au produs brichete SiC-B cu o rezistenta mecanica suficienta pentru asigurarea unei manipulari comode, dar care, la temperatura ridicata, datorita liantului utilizat, asigura dezmembrarea rapida in particule, asigurandu-se astfel usor contactul incarcatura-carbura.

Utilizarea carburii de siliciu in cubilou

Conditiile de functionare a cubiloului, respectiv atmosfera gazoasa cu un grad ridicat de oxidare, presiunea si viteza mare de circulatie a gazelor, greutatea coloanei de incarcatura etc. nu permit utilizarea carburii de siliciu granulare (SiC-G) sau a brichetelor cu rezistenta mecanica scazuta (SiC-B), utilizabile in cuptoarele electrice, asa cum sunt cele prezentate in tabelul 5 de provenienta I.P.R. „9 Mai” Turda.

Tabelul 8. Influenta SiC asupra pierderilor prin ardere si continutului de gaze in fontele elaborate in cuptoarele cu inductie acide.

Pentru acest agregat de elaborare se realizeaza brichete speciale din carbura de siliciu metalurgica, la care, ca liant se utilizeaza cu ciment avand si diferite generatoare de zgura, de obicei din sistemul CaO-Al2O3-SiO2, la un continut ridicat de 35-75% SiC (tabelul 6). Aceste brichete poseda o rezistenta mecanica ridicata, ce le permite sa ajunga in zona de topire, adaosuri din compozitia lor protejand carbura de oxidare. Prin descompunerea in zona de topire, se asigura interactiunea SiC cu o serie de oxizi, chiar in timpul de formare a zgurii. Un asemenea sortiment, brichetele SiC-BC, destinat utilizarii in cubilouri, se produce la I.P.R. „9 Mai” Turda. Utilizarea acestor tipuri de brichete de carbura de siliciu metalurgica in cubilou are o actiune complexa, atat asupra functionarii acestui agregat de elaborare cat si asupra calitatii fontei.

Fig.9. Actiunea de dezoxidare si desulfurare a carburii de siliciu in cubiloul acid

Reducerea continutului de oxizi de fier din zgura si scaderea consumului de captusala refractara. Interactiunea SiC- pusa in libertate de brichete in zona de topire, cu oxizi de fier ai incarcaturii, determina nu numai micsorarea pierderilor prin ardere in cubilou, respectiv cresterea de valorificare a metalului, dar si limitarea capacitatii de interactiune a zgurii cu captusala acida. Scaderea accentuata a continutului de FeO din zgura (fig.9) micsoreaza capacitatea de a eroda captusala, ceea ce favorizeaza nu numai reducerea consumului de materiale refractare, dar si marimea duratei de functionare a cubiloului. Se reaminteste faptul ca zgura primara puternic oxidata, cu un continut ridicat de FeO, este cauza principala a consumului de captusala refractara.

Micsorarea continutului de sulf al fontei. Reactia principala de desulfurare a fontei in cubilou este cea dintre CaO din zgura si FeS din fonta

(CaO)+[FeS]→(CaS)+(FeO)

In aceste conditii micsorarea activitatii oxigenului in zgura constituie un factor esential al favorizarii procesului de desulfurare, fapt posibil de realizat in cazul in care se apeleaza la brichete din carbura de siliciu metalurgica ( fig.9). Se remarca faptul ca exista o stransa corelatie intre efectul de dezoxidare a SiC in cubilou si gradul de desulfurare a fontei. Mai mult decat atat , exista semnalari ca a fost posibila marirea bazicitatii zgurei, in cubilou acid, pana la B=1,45, fara sa se inregistreze erodari avansate ale captuselii, datorita continutului scazut in FeO din zgura. O astfel de zgura are o capacitate deosebita de desulfurare.

Efectul de dezoxidare a SiC in cubilou are deci actiune si asupra celui de desulfurare, care are loc, astfel:

CaO+FeS→CaS+FeO

FeO+SiC→Fe+Si+CO

CaO+FeS+SiC→CaS+Fe+Si+CO

Consideram ca apelarea la brichete de carbura de siliciu metalurgica de tipul SiC-BC, produse la I.P.R. „9 Mai” Turda, ar putea constitui o solutie de micsorare a continutului de sulf al fontelor destul de ridicat in conditiile cocsului de turnatorie, bogat in sulf.

Efectul de aliere cu siliciu si carbon. In afara actiunii de dezoxidare si in cubilou carbura de siliciu metalurgica poate constitui o sursa, indeosebi de siliciu. Pierderile de siliciu prin ardere sunt relativ scazute (25-30%), doar in mica masura mai mari fata de cele determinate la ferosiliciul FeSi 25, unde s-au determinat valori de cca 15%, dar sunt net inferioare fata de FeSi 60-75, la utilizarea caruia ating valori de 30-50%. Prin utilizarea carburii de siliciu metalurgice, nu numai siliciul poate fi marit, ci si carbonul, concomitent cu cresterea temperaturii fontei (fig.10).

Fig.10. Cresterea temperaturii fontei (a) si a continutului de carbon (b) la utilizarea brichetelor de SiC in cubilou.

In prezent se considera ca utilizarea unor cantitati mari de fier vechi in cubilouri cu aer cald, in proportie de 50-60% sau chiar 60-75% implica, obligatoriu, un adaos de carbura de siliciu metalurgica. Recenta tehnologie de elaborare a fontelor in cubilouri cu plasma, considerate a fi agregate de elaborare a viitorului, se bazeaza de asemenea pe utilizarea in incarcatura a brichetelor de carbura de siliciu.

Calitatea fontelor la utilizarea carburii de siliciu metalurgice

Actiunea de modificare grafitizanta

Carbura se siliciu metalurgica este un material utilizat tot mai mult la modificarea grafitizanta a fontelor, inlocuind cu succes indeosebi ferosiliciul. A fost aratat faptul ca in cazul utilizarii SiC, aportul de aluminiu este foarte scazut, ceea ce constituie un avantaj deosebit in raport cu Fe-Si, care creeaza tot mai multe probleme, datorita favorizarii porozitatii hidrogenului.

S-a aratat ca, fiecare granula de SiC este acoperita cu o pelicula protectoare de SiC2 care face ca acest produs sa aibă o capacitate mai scazuta de dizolvare. Acest lucru creeaza conditii favorabile pastrarii un timp mai indelungat in fonta lichida a germenilor de grafitizare creati pe aceasta cale, capabili sa supravietuiasca pana la solidificarea fontei in forma.

Aceasta comportare inedita a carburii de siliciu metalurgice denumita „preinoculare”, o deosebeste esential de FeSi, a carei actiune modificatoare se realizeaza numai in cazul in care se introduce in fonta lichida cu putin timp inainte de turnare, respectiv dupa evacuarea din cuptor.

Din acest motiv Fe-Si introdus in cuptor pentru corectarea compozitiei chimice nu manifesta efect modificator.

Tabelul 9. Compozitia chimica a mai multor materiale pe baza de siliciu utilizabile la producerea fontei.

Fig.12. Influenta materialelor silicioase asupra temperaturii de germinare a austenitei (T٭N) (a) si asupra numarului de celule eutectice (NCE) si subracirii eutectice (∆T) (b) (In cazul b, CE=4,0%).

Stabilirea tehnologiei de elaborare a aliajului

Unele aspecte privind elaborarea fontelor sintetice

cu ajutorul carburii de siliciu

Interesul pe care il prezinta carbura de siliciu (SiC) ca element de aliaj pentru elaborarea fontei este legat de posibilitatea alcatuirii unei incarcaturi metalice cu pret de cost scazut, in principal prin folosirea in procentaj ridicat a deseurilor de otel.Carbura de siliciu (SiC) nu este numai o sursa de siliciu si de carbon. Intr-o incarcatura compusa in principal din deseuri de otel, carbura de siliciu, datorita puritatii sale, are rol de agent dezoxidant si de premodificator, contribuind in felul acesta la ridicarea calitatii fontei si la reducerea rebutului.

In cazul cercetarilor legate de folosirea SiC in incarcatura cuptoarelor cu inductie in vederea obtinerii unei fonte semisintetice pentru cartere de compresoare frigorifice s-a cautat sa se elimine principalele cauze care pot provoca neetansitati datorita porozitatilor.

Principalele cauze sunt:

– calitatea materialelor din incarcatura si a celor de adaos pentru corectarea compozitiei chimice si modificare;

– influenta gazelor;

– corectitudinea procesului de modificare;

– natura masei metalice de baza si a grafitului.

In privinta calitatii materialelor de incarcatura s-a urmarit in primul rand asigurarea unor materiale de incarcatura cu un continut de fosfor scazut, deoarece acesta are un efect nefast asupra porozitatilor si trebuie limitat la max. 0,07% din incarcatura, trebuie sa contina o cantitate mai mare de otel si mai mica de fonta noua sau veche.

La elaborarea fontelor semisintetice pentru compresoarele frigorifice s-a luat de asemenea in considerare eliminarea sau limitarea gazelor care ar putea genera microporozitati in special azotul care conform determinarilor pe piese-probe preluate de la compresoarele din import, trebuie sa fie limitat intre 70-110 pmm. Pentru limitarea continutului de azot s-a preconizat limitarea deseurilor de otel si inlocuirea partiala a deseurilor de electrozi de grafit prin carbura de siliciu.

O atentie deosebita s-a acordat conditiilor de modificare deoarece printre cauzele care duc la aparitia microretasurilor si microporozitatilor este gradul de grafitizare a fontei in urma modificarii. Din incercarile facute s-a ajuns la concluzia ca se impune o limitare a cantitatii de modificator la max. 0,25-0,35%.

Analiza continutului de gaze : N,O, s-a facut comparativ cu o fonta turnata de firma Danfoss-Danemarca, rezultatele fiind prezentate in urmatorul tabel:

Tabelul 10.

Din analiza procentului de rebut s-a constatat ca acesta a scazut de la 40% la aproximativ 20% in urma folosirii fontei sintetice cu carbura de siliciu.

Concluzii:

1). In timpul dizolvarii in baia metalica a SiC se va forma o cantitate mai mare de germeni de grafit decat la folosirea FeSi75.

2).Carbura de siliciu prezinta patru caracteristici principale:

-nu se topeste;

-are un continut redus de gaze si impuritati;

-ajuta la dezoxidarea fontei;

-contribuie la efectul de modificare;

Comportarea carburii de siliciu la elaborarea fontelor

Diagrama de echilibru SiC (fig.5.), din prima parte, arata ca la presiune atmosferica, carbura de siliciu nu se topeste. Ea se descompune la 2760 C in vapori de siliciu si in grafit solid. Acest comportament explica faptul ca SiC dizolvindu-se lent in baia metalica, joaca un rol dezoxidant.

Viteza de dizolvare a carburii de siliciu in fonta lichida depinde de temperatura, de gradul de agitare a baii metalice, gradul de saturatie a baii metalice si de granulatia carburii de siliciu .

In cazul elaborarii in cuptorul de inductie, carbura de siliciu trebuie incarcata prima la baza creuzetului peste care se incarca deseurile de otel.

Acest mod de incarcare favorizeaza nu numai viteza de dizolvare a carburii de siliciu, dar in acelasi timp si dezoxidarea deseurilor de otel; se adauga apoi fonta bruta si recirculatul.

Fig.13. Timpul de dizolvare a SiC in functie de granulatie

Din figura 13 se poate vedea ca, contrar asteptarilor, timpul de dizolvare a SiC scade pe masura ce granulatia creste. Aceasta explica faptul ca fiecare particula de SiC este acoperita de un strat de SiO2 care impiedica dizolvarea in baia lichida. Daca granulatia este mai mare fig.14 acest strat de silice joaca un rol mai putin important permitand dizolvarea mai rapida a SiC.

Granulatia SiC influenteaza de asemenea timpul de injumatatire a oxigenului dizolvat in baie asa cum se vede in fig.15 existand o granulatie optima pentru ca timpul de injumatatire sa fie optim si minim.

Fig.14. Particula de SiC acoperita de un strat de SiO2

Fig.15. Influenta granulatiei carburii de siliciu la timpul de injumatatire a oxigenului.

Proprietatile de dezoxidant ale SiC

Carbura de siliciu reactioneaza intens cu oxigenul din zgura printr-o reactie exoterma. La elaborarea in cuptorul cu inductie, efectul dezoxidant se apreciaza dupa randamentul de asimilare a siliciului si a carbonului si in functie de calitatea si cantitatea de deseuri de otel. Randamentul de asimilare a SiC este apreciat in limitele 85-95%.

Carbura de siliciu joaca un rol pozitiv si asupra captuselii cuptorului cu inductie datorita utilizarii oxizilor din zgura si din baia metalica.

Efectele secundare specifice carburii de siliciu

Carbura de siliciu are doua efecte secundare mai importante asupra calitatii fontei; efect de premodificare consecinte datorita puritatii sale.

Adaugarea de carbura de siliciu in baia metalica joaca un rol de premodificare prin faptul ca micsoreaza gradul de subracire, amelioreaza forma si distributia grafitului.

Ca urmare a acestor efecte se constata o crestere a proprietatilor mecanice concomitent cu ameliorarea prelucrabilitatii pe masini unelte.

Un alt efect important este scaderea porozitatii si a impurificarii fontei cu elemente insotitoare (S, Al, Sb, H, N etc.) adesea extrem de daunatoare calitatii fontei. Acest efect se datoreaza puritatii carburii de siliciu comparativ cu alte materiale utilizate in vederea cercetarii continutului de carbon si a siliciului, asa cum se vede in tabelele urmatoare:

Tabelul 11. , 12. Cercetarea continutului de carbon si a siliciului

Din aceste tabele se remarca urmatoarele aspecte:

-continutul scazut de aluminiu comparativ cu FeSi 75, aluminiu fiind cauza porozitatilor si a degenerarii nodulelor de grafit in cazul elaborarii fontei nodulare.

-carbura de siliciu este un excelent agent carburant datorita continutului scazut de sulf (0,07%) recomanda SiC la fabricarea fontelor cu grafit nodular.

-azotul, prezent in carbura de siliciu in cantitate care nu depaseste 300ppm, se gaseste in cantitate mult mai mare in diversele calitati de cocs (6000-7000ppm). Continutul de azot a unei fonte FC250 in functie de cantitatea de otel din sarja si materialele utilizate la carburare este prezentata in fig.16

Fig.16. Influenta cantitatii de fier vechi si a materialelor de carburare si corectie a siliciului asupra continutului de azot al fontei si a tendintei de formare a defectelor:

1- cocs petrol+FeSi 75; 2- grafit+FeSi 75; 3- grafit+SiC; 4- limita aparitiei defectelor (porozitatii).

Din figura 16 se poate vedea ca utilizarea carburii de siliciu asociata cu deseu electrod asigura nivelul cel mai scazut de azot in fonta.

-de asemenea carbura de siliciu contine o cantitate mult mai mica de hidrogen (100ppm) comparativ cu cocsul (400 la 2000ppm).

Mecanismul de actiune a SiC

Mecanismul de actiune a SiC este prezentat in fig.17

In conformitate cu aceasta schema se poate observa ca in timpul dizolvarii SiC intr-o baie de fonta se formeaza o cantitate mai mare de grafit comparativ cu cocsul FeSi. Dizolvarea SiC conduce la zone hipereutectice foarte mici (reduse), dar numeroa- se, in care particulele de grafit si de molecule Cn subzista intr-o stare termodinamica stabila un anumit timp, aceste aglomerari de carbon Cn joaca un rol important premodificator.

In functie de cantitatea prezenta in baia metalica, continutul de carbon atomic dizolvat in baie este mult mai mic decat carbonul total (masurat) ceea ce duce la formarea mai usoara a germenilor de austenita. Aceasta este insotita de formarea suplimentara de particole de Cn conducand intre altele si la formarea mai usoara a germenilor de grafit.

Cu cat SiC se dizolva mai lent cu atat este mai lunga durata de mentinere a grafitului format.

Asa cum s-a aratat mai inainte, inlocuirea Fe-Si cu SiC are un efect deosebit asupra calitatii pieselor turnate contribuind in mare masura la micsorarea tendintei de formare a porozitatii datorate hidrogenului, precum si a porozitatii de contractie. Obtinerea unei cantitati moderate de celule eutectice asigura nu numai imbunatatirea rezistentei mecanice, dar si diminuarea porozitatii de contractie, defect specific tehnologiilor de modificare la care se ajunge la cresterea exagerata a numarului de celule eutectice.

Pe de alta parte, cantitatea foarte scazuta de gaze, in comparatie cu a altor materiale (FeSi, materiale de carburare) constituie un alt argument pentru obtinerea unor piese fara defecte (figura 16.) la elaborarea fontelor in cuptoare cu inductie cu creuzet cu captusala acida si de joasa frecventa, cresterea ponderii fierului vechi in incarcatura, determina marirea continutului de azot al fontei. La aceasta contribuie in mare masura si materialele de adaos, respectiv cele de carburare si pentru corectia siliciului. Defectele de turnare sunt frecvente in cazul utilizarii de cocs de petrol si FeSi 75, lipsind numai in cazul utilizarii de grafit si carbura de siliciu metalurgica.(fig.16).

In productia de automobile din Anglia au fost obtinute rezultate deosebite in cazul in care cocsul de petrol a fost inlocuit cu SiC, partial sau total, in care caz scaderea s-a datorat in principal diminuarii continutului de azot (tabelul 11.). Se apreciaza ca aceasta inlocuire a fost rentabila, desi cocsul de petrol avea un cost mai scazut, hotarator fiind imbunatatirea calitatii fontelor si micsorarea rebutului.

Fonta finala: 3,55-3,6 % C, 2,55-2,65 % Si, 0,05-0,06 % S, 0,007-0,008 % N,

0,6 % Mn, 0,03-0,04 % P, 0,2-0,25 % Cr.

Cocs de petrol, 85-99 % C.Carbura de siliciu metalurgica: 26-30 % C, 56-63 % Si.

Tabelul 13. Componenta si compozitia chimica a incarcaturii cuptorului cu inductie, la elaborarea fontelor cenusii pentru automobile

Carbura de siliciu metalurgica, adaos util in fabricarea Fgn. Prin compozitia sa chimica carbura de siliciu metalurgica este un material cu continut scazut de elemente cu actiune nociva pentru obtinerea Fgn (precum S, N, elemente antinodulizante etc.) S-a evidentiat faptul ca la inlocuirea Fe-Si cu peste 2% Al cu SiC (0,2% Al) compactitatea grafitului a crescut in mare masura. Pe de alta parte actiunea puternic dezoxidata a adaosului influenteaza pozitiv procesul de modificare, de compactizare a grafitului, ca si cea de diminuare a continutului de sulf.

Exista de asemenea date care atesta faptul ca utilizarea in fabricatia Fgn a buretelui de fier si a carburii de siliciu metalurgice, doua materiale cu continut scazut de elemente insotitoare contribuie la obtinerea unor fonte de calitate deosebita.

In concluzie carbura de siliciu metalurgica la fabricarea fontei are urmatoarele efecte favorabile:

-actioneaza ca un material puternic dezoxidant;

-ajuta la eliminarea sulfului;

-poate fi utilizata fara probleme ca material de aliere cu carbon si in special cu siliciu;

-se poate utiliza in toate tehnologiile de obtinere a fontelor (cuptoare electrice cu arc, cu inductie, cubilou), precum si la procedurile de tratament in oala;

-este un bun inoculant;

-asigura obtinerea de fonte cu continut minim de gaze, respectiv un procent mic de rebut;

-mareste durabilitatea refractarelor acide din cuptoare.

II. Calcule tehnologice

Folosirea metodei Tundish-Cover la

elaborarea fontei cu grafit nodular

Introducere

Turnatoria Renault –Vehicule de la Venissieux (Franta) a utilizat metoda Sandwich clasica pentru fabricarea fontei cu grafit nodular.

Experimentand procedeul Tundish – Coner s-a constatat o serie de avantaje care au condus la adoptarea acestui procedeu.

Primele incercari facute in 1981 au aratat ca se poate face o economie de cca. 30 % de aliaj nodulizat. Pe de alta parte, conditiile de lucru au fost imbunatatite considerabil : absenta efectului piroforic vizibil, lipsa degajarii de fum si gaze.

Fonta elaborata

3,5 3,70 %

2,803,30 %

Mn 0,25 %

S < 0,010 %

P < 0,02 %

0,03 % Mgrez0,05 %

Fonta elaborata este o fonta feritica obtinuta direct din turnare asemanatoare marcii Fgn 420-12.

Fonta de pornire (lichida) avand compozitia:

3,70 % C 3,70 %

1,90 % Si 2,10 %

Mn 0,25 %

S 0,015 %

P 0,02 %

Sarja are urmatoarea componenta:

Tabelul 14

Piesele fabricate sunt piese de mare importanta si de siguranta: punte spate maiou roata fata- spate, suport de diferential etc.

Tabelul 15

Pentru nodulizare s-a utilizat un feroaliaj FeSiMgCa cu 5-7 % Mg.

Oala de nodulizare Tundish-Cover

Oalele de nodulizare au capacitatea de 2,5 t. Dimensiunile sunt prezentate in fig.

Pentru metoda Sandwich in general raportul H/D = 2. La metoda Tundish-Coner acest raport D/D =1,2.

Capacul tip bazin de turnare este fixat cu patru suruburi. Un orificiu din bazinul de turnare cu diametrul de 100 mm asigura umplerea oalei cu fonta lichida, in timp ce celalalt orificiu amplasat pe partea opusa a bazinului permite introducera nodulizatorului cu ajutorul unei palnii.

Acest orificiu este astupat cu un dop poros avand rolul unei supape de siguranta in timpul nodulizarii.

Captusala oalei

Materialul folosit pentru captusala este un mortar de silica care, este apoi uscat si calcinat cu ajutorul unui arzator tip torta cu gaz metan. S-au cca 450 de nodulizari cu acest tip de captusala.

Capacul – bazin de turnare

Materialul folosit la captusire este silicoalumina. O reparatie se face dupa 70 de turnari si suporta cca 2000 de turnari fara a fi inlocuit.

Tratamentul folosit la oala (comparativ)

a)Procedeul Sandwich clasic

Se preincalzeste mai intai oala la 1100 ˚C . Dupa aceasta operatie se introduce in buzunarul oalei 1,7 % nodulizat care se acopera cu 1 % FeSi 15. Temperatura fontei la evacuarea din cuptor trebuie sa fie de 1490˚ C – 1510 ˚C. Inainte de evacuarea fontei din cuptor trebuie indepartata zgura cu mare atentie.

Dupa terminarea umplerii oalei, la 2 – 3 minute se termina reactia de nodulizare si fonta poate fi evacuata in oala (sau oalele ) de turnare.

b)Procedeul Tundish – Corner

Inainte de fixare capacul – bazin de turnare, oala se preincalzeste la 1100 ˚C asa cum sa procedat si la metoda Sandwich. Pe parcursul turnarii nu este nevoie de repetarea operatiei avand in vedere ca ritmul este de opt umpleri pe ora.

Se introduce 1,2 % prealiaj nodulizat acoperit cu 1% FeSi 15 cu ajutorul unei palnii plasate in orificul special pentru aceasta.

Inlaturarea zgurii este obligatorie la cuptor, la oala nefiind posibila. S-a constatat ca dupa nodulizare, cantitatea de zgura este mai mica la acest procedeu decat la procedeul Sandwich.Este foarte important ca pe tot parcursul umplerii oalei, bazinul de turnare sa fie plin pentru a crea o suprapresiune in interiorul oalei si a evita patrunderea aerului.

Timpul de umplere a oalei de doua tone, nu trebuie sa depasaca 40 de secunde.

Rezultatele obtinute:

Rezultatele obtinute sunt : a) de ordin tehnic;

b) economic

c) conditii de lucru

De ordin tehnic

S-a constatat ca la procedeul Tundish- Coner se obtine cu regularitate mai mare un continut de magneziu rezidual de 0,005 % decat la procedeul Sandwich. Randamentul de asimilare a magneziului din prealiajul nodulizat calculat cu relatia:

este superior fata de metoda Sanwich.

Tabelul 16

Din punct de vedere economic

Procedeul Tundish-Cover a permis:

o reducere a cantitatii de prealiaj cu Mg de 0,5% ?(de la 1,7% la 1,2%);

reducerea temperaturii fontei cu 20˚C ceea ce permite o economie de energie la topire.

Conditii de lucru

Conditiile de lucru sunt mai usoare, mult mai ameliorate decat la procedeul Sandwich:

lipsa efectului luminos si a stropilor;

introducerea usoara a feroaliajelor;

lipsa radiatilor metalului lichid;

cantitate redusa de fum (MgO) in atmosfera.

Stabilirea procesului de proiectare

Definirea si fundamentarea sarcinii de proiectare

Piesa turnata „Carcasa punte spate” este un subansamblu al puntii spate de la autocamioane.

Reperul are zece noduri termice si din acest motiv sunt necesare zece maselote in care se va localiza retasura. Dimensiunea piesei este mijlocie, deci piesa nu prezinta probleme pentru transport si depozitare. Mediul in care este folosita piesa este mediul ambiant.

Diferenta de grosime de perete pe sectiunea piesei este mica, iar in compozitia chimica a fontei din care se toarna piesa este Fgn 400-12 STAS 6071-82.

Studiul comparativ al diferitelor procedee tehnologice

posibile de aplicare pentru obtinerea prin turnare a piesei date

La alegerea procedeului tehnologic aplicat pentru obtinerea prin turnare a piesei se are in vedere scara productiei, complexitatea piesei, materialul din care se toarna piesa, precum si dotarea turnatoriei.

Pentru obtinerea Fgn procedeele clasice sunt urmatoarele:

-modificarea cu clopot la oala;

-procedeul Sandwich (oala cu buzunar);

-modificarea in oala tip tambur;

-modificarea cu prealiaje grele in cuptor.

Aceste procedee au o serie de dezavantaje fata de modificarea in oala prin metoda Tundish-Cover.

Elementele procesului tehnologic adoptat, utilajul tehnologic

folosit, masini si utilaje folosite la formare, dezbatere,

utilaje folosite la elaborare si turnare

Elementele prcesului tehnologic de obtinere a reperului “Carcasa punte spate” prin turnare sunt:

a) Prepararea amestecului de formare si de miez

b) Confectionarea garniturii de model

c) Formarea si miezuirea, asamblarea fontelor

d) Dezbaterea si curatirea

Tehnologia de preparare a amestecului de formare si miez se adopta in functie de complexitatea si marimea piesei turnate, de natura aliajului, de numarul de piese turnate in seria respectiva.

Pentru realizarea formelor si miezurilor, materialul utilizat preponderent este nisipul cuartos. Procedeul tehnologic de realizare a formelor si miezurilor continua cu prepararea amestecului cu aditivi necesari si afinarea.

Dupa dezbatere urmeaza sfaramarea bulgarilor de material de formare si miez si se face in statii de preparare.

Confectionarea garniturii de model consta in executarea formei din aliaj de aluminiu la fel si la cutiile de miez, din acelasi aliaj.

Formarea se face mecanizat folosind rame standardizate cu dimensiunile 1000 x 850 x 350 mm.

Formarea si miezuirea constau in umplerea ramelor de formare cu amestec de formare si a miezurilor cu amestec de miez. Operatia de formare se executa automat pe linia de formare iar operatia de miezuire, manual pentru miezurile 1 si 2 , prin impuscare pentru miezul 3. O atentie deosebita se va acorda executarii miezului central.

Elaborarea fontei se face in cuptoare cu inductie

Avantajele acestui procedeu sunt:

-cresterea portiei de fier vechi din incarcatura;

-corectarea precisa a compozitiei fontei;

-reducerea costului incarcaturii;

Dezbaterea consta in inlaturarea amestecului de formare si de miez ramas pe piesa in urma racirii ei.

Aceasta operatie se executa manual sau mecanizat.

Curatirea consta in eliminarea completa a tuturor ramasitelor de amestec de pe piesa si eliminarea bavurilor ramase, taierea maselotelor si a retelei de alimentare.

Taierea maselotelor si a retelei de alimentare se face cu flacara oxiacetilenica sau cu fierastraul circular.

Eliminarea bavurilor se face cu polizor pendular mobil.

Proiectarea elementelor tehnologice ale garniturii de model

Stabilirea pozitiei piesei la formare si turnare are o influenta foarte mare asupra calitatii piesei turnate, precum si asupra cheltuielilor de productie.

La stabilirea pozitiei piesei la formare si turnare se tine seama de urmatoarele:

-la turnarea pieselor din fonta, de mare raspundere si forma complicata, partile cele mai importante ale piesei trebuie sa fie amplasate in semiforma inferioara, cunoscand faptul ca incluziunile de nisip si zgura precum si gazele au tendinta de a se ridica spre partea superioara;

-pozitia piesei in forma de turnare trebiue astfel aleasa incat sa se asigure consumul de metal minim si la un pret de cost cat mai scazut.

Pentru realizarea acestei conditii trebuie sa fie construita o retea de turnare simpla si scurta precum si un consum redus de materiale de formare.

Luand in considerare cele aratate se ajunge la concluzia ca cea mai economica si mai buna pozitie pentru formarea si turnarea piesei (din punct de vedere tehnologic) este formarea in pozitie orizontala.

Formarea se va efectua pe o placa portmodel in rama cu urmatoarele dimensiuni: 1000x850x350 mm.

La stabilirea pozitiei piesei la turnare au fost respectate urmatoarele:

-asigurarea unui consum minim de metal;

-asigurarea unei solidificari dirijate a metalului de la partile subtiri spre partile groase si de la acestea spre maselote.

Stabilirea suprafetelor de separatie

Suprafetele de separatie se stabilesc in functie de pozitia piesei la turnare.

La alegerea suprafetei de separatie se va tine cont de urmatoarele reguli:

-suprafata de separatie se alege astfel incat sa se asigure retragerea modelului din forma fara sa se distruga forma;

-pe cat posibil suprafata de separatie sa coincida cu una din suprafetele piesei;

-suprafata de separatie sa treaca prin cat mai multe goluri ale piesei;

-la formare sa se asigure un minim de miezuri;

-suprafetele mari si plane sa fie pe cat posibil amplasate pe semiforma superioara.

Stabilirea inclinarilor la formare

Pentru a asigura o extragere usoara a modelelor din forma si a miezurilor din cutiile de miez, ele se prevad cu o anumita inclinare.

Inclinarile se prevad numai pe suprafetele perpendiculare pe suprafetele de separatie respectiv paralel cu directia de extragere a modelului sau a miezului.

Aceste inclinari se pot realiza in trei moduri:

-inclinari pozitive-cu ingrosarea peretilor si care se aplica pe suprafete ce urmeaza a fi prelucrate;

-inclinari pozitiv-negative- se aplica pe peretii care nu se prelucreaza in cazul in care nu se admite ca dimensiunea nominala sa fie prea mult afectata;

-inclinari negative- cu subtierea peretilor piesei si care se aplica in cazul suprafetelor care nu se prelucreaza.

In cazul reperului „Carcasa punte spate” avem numai inclinari pozitive

Fig. 18

Stabilirea adaosurilor tehnologice

Adaosurile tehnologice sunt sporuri suplimentare aplicate pe suprafetele pieselor cu scop tehnologic in vederea realizarii unor conditii optime de solidificare si racire sau pentru a usura prinderea piesei pe masini unelte in vederea prelucrarii.

In cazul reperului care se toarna, exista gauri cu diametru mai mic de 15 mm ele constituind adaos tehnologic.

Stabilirea adaosurilor de contractie

Datorita contractiei aliajului in stare solida, dimensiunile piesei dupa racire vor fi mai mici, egale cu contractia. Din acest motiv, pentru a rezulta dimensiunile cerute, modelele si cutiile de miez vor fi marite sau micsorate cu valoarea contractiei.

La fontele cu grafit nodular, contractia liniara de care trebuie sa se tina seama la proiectarea modelelor si a cutiilor de miez este de 1,2-1,5%, deci mai mare decat la fontele cenusii.

Verificarea si alegerea razelor de racordare

La fontele cu grafit nodular se utilizeaza aceleasi raporturi de schimbare a grosimii peretilor ca si in cazul pieselor turnate din otel sau fonta maleabila. La schimbari mici ale grosimii de perete (D<1,5d) se poate folosi o raza de racordare egala cu 1/3 din grosimea peretelui cel mai gros. Daca piesa are peretii subtiri se poate folosi o raza de racordare de 12 mm. Raza de racordare se poate stabili cu ajutorul diagramei din fig. 19.

Fig.19.

Stabilirea adaosurilor de prelucrare

Adaosurile de prelucrare sunt un surplus de metal prevazut pe suprafete care urmeaza a fi prelucrate prin aschiere pentru a se obtine forma si dimensiunile piesei finite.

Marimea adaosurilor de prelucrare depinde de:

-natura aliajului care se toarna;

-tehnologia de turnare;

-clasa de precizie a piesei;

-dimensionarea maxima de gabarit a piesei;

-dimensionarea nominala ce se obtine dupa prelucrare;

-pozitia suprafetei prelucrate.

Formarea se face pe linie automata conform STAS 1529-66 s-a stabilit clasa a-V-a de precizie iar adaosurile de prelucrare pentru piesa din fonta sunt date in STAS 1592-74.

Urmarind STAS pentru clasa de precizie stabilita la valorile corespunzatoare ale dimensiunii de gabarit, dimensiunii nominale si pozitiei suprafetei ce se prelucreaza, se citeste valoarea adaosurilor de prelucrare si abaterile dimensionale.

Toate datele se trec in tabelul 17 sub forma:

Tabelul 17

Stabilirea marcilor si a dimensiunilor lor

Singurul miez care necesita marci este miezul central.

El se gaseste in pozitie verticala, pentru miezuri verticale raportul dintre lungimea utila a miezului si diametrul miezului trebuie calculat.

In functie de diametrul mediu al miezului si de pozitia acestuia in forma se alege lungimea marcii.

Stabilirea locului de amplasare a maselotelor,

stabilirea formei si dimensiunilor acestora

Avand in vedere dimensiunile mari ale piesei si grosimea medie de perete si calitatea piesei, se ajunge la concluzia ca pentru executarea piesei este necesara amplasarea a 6 maselote.

Necesitatea utilizarii maselotelor este determinata de valoarea contractiei in stare lichida si in curs de solidificare a aliajului turnat.

Deoarece piesa se va turna in pozitie orizontala, se vor afla deasupra piesei si chiar in continuarea ei.

La turnarea reperului ,,Carcasa punte spate’’ se folosesc maselote oarbe (inchise).

Diametrul maselotei va fi:

Dm=1,085 p unde:

Dm-diametrul maselotei [dm]

Hm-inaltimea maselotei [dm]

Gp –masa partii de piesa alimentata de maselota [kg]

β-contractia aliajului la solidificare

x-coeficientul de neeconomicitate a maselotei egal cu raportul dintre volumul maselotei si volumul retasurii concentrata in maselota.

Stabilirea retelei de alimentare, calculul de dimensionare a acesteia

Sistemul de canale prin care aliajul topit este condus spre cavitatea formei poarta denumirea de retea de alimentare.

Reteaua de alimentare are urmatoarele functii:

-dirijeaza jetul liber de metal care curge din cupa de turnare in receptorul retelei de alimentare.

-retine particulele si incluziunile nemetalice.

-asigura umplerea cavitatii formei in durata optima.

-se detaseaza usor de piesa turnata fara deteriorarea acesteia.

Cel mai utilizat tip de retea de alimentare este alimentare directa, retea folosita pentru reperul dat.

Pentru dimensionarea retelei se foloseste raportul:

Dimensionarea retelei consta in calcularea sectiunii alimentatorului , a sectiunilor. Scz si Sp stabilirea dimensiunilor retelei.

Sectiunea alimentatorului se determina cu relatia:

Sa= 22,6 · G μ · t · ε [cm2]

unde: G – masa fontei turnata in forma inclusiv maselote [Kg];

µ- densitatea fontei lichide [g/cm3];

t – durata turnarii [s];

ε – factor de piedere de viteza;

h – distanta de la alimentatoare la nivelul fontei lichide in bazinul de turnare [cm].

Factorul de viteza ε se determina tabelar:

ε = 0,8

μ= 7000 g/cm3

Se alege:

h = 35 cm

t =16 s

G = Gpiesa + Gmaselota = 138 Kg

Sa =22,6·138 7000·16·0,8 = 33,73 cm2 = 3373 mm2

Pentru Sp: Scz : Sa = 1,3 : 2 :1

Vom avea: Sp = 4386,07 mm2

Scz = 0747,8 mm2

Sa = 873,47 mm2 ( 4 alimentatoare)

Dimensiunea canalului de alimentare:

a=

unde: Sa = aria alimentatorilor

n – numarul alimentatorului

mm

b = 0,9 a = 45, 27 mm

h = 0,35 a = 17,60 mm

b) Dimensionarea canalului de zgura:

mm
b = 0,7 a = 45,27 mm

h = 1,1 a = 114,29 mm

c) Dimensionarea piciorului palniei:

mm

unde: H – inaltimea ramei superioare

H = 350 mm

h – inaltimea palniei

h = 300 mm

mm

Diametrul mare al palniei este:

=(2,7….3 )d0 =215,9….239

Alegem = 225 mm

Confectionarea garniturii de model

Materiale folosite la confectionarea garniturii de model

Materialul din care se confectionaeaza garnitura de model se alege in functie de numarul pieselor turnate, de dimensiunile pieselor turnate, de gradul de finete cerut suprafetelor piesei si de precizia dimensionala.

La productia de serie mare, si de masa care este caracteristica liniilor de formare-turnare mecanizate sau automatizate pentru confectionarea garniturii de model se folosesc materiale metalice.

Modelele pot fi executate separat si montate pe placi metalice numite placi portmodel, sau pot fi turnate impreuna cu placa, numite placi monolit.

Modelele metalice, numite placi au precizie dimensionala mare, durabilitate mare si suprafete de lucru foarte netede. Modelele metalice sunt insa mult mai scumpe si mai grele decat modelele din lemn.

Pentru executarea reperului „Carcasa punte spate” am folosit un singur model inferior confectionat din ATN Si5Cu1 STAS 201 /1,2-80.

Acest aliaj de aluminiu este cel mai des utilizat la executarea modelelor metalice pentru productia de seria mare a pieselor mici si mijlocii, are o duritate intre 60 si 70 HB si pot fi folosite pana la 40000-75000 de formari.

Pentru placa portmodel am ales OL 50 ca material pentru confectionarea lor.

Executarea garniturii de model metalice

O garnitura de model metalica se compune din:

-placa portmodel

-model inferior

-model superior pe care sunt fixate elementele garniturii de model

-cutiile de miez care pentru reperul „Carcasa punte spate” sunt in numar de 3

-placile de uscare pentru miezuri

-sabloanele si calibrele de control

Deoarece garnitura de model este destinata formarii mecanizate, modelul are o singura suprafata de separatie.

Procesul tehnologic de executare a garniturii de model metalice cuprinde urmatoarele operatii:

-studierea desenului piesei turnate (prelucrate)

-proiectarea garniturii de model

-proiectarea si executarea modelelor din lemn pentru turnarea modelelor metalice

-turnarea elementelor pentru care s-au executat modelele din lemn

-prelucrarea pe masini unelte

-controlul prelucrarii

-omologarea

La proiectarea si executarea modelelor din lemn pentru turnarea diferitelor elemente componente ala garniturii se are in vedere urmatoarele:

-modelele metalice se prelucreaza pe toate suprafetele, deci se va prevedea un adaos de prelucrare corespunzator;

-modelele din lemn se vor proiecta cu contractie dubla: contractia metalului sau a aliajului care se toarna, modelul metalic plus contractia metalului din care se toarna piesa.

Prelucrarea modelului metalic se realizeaza pe masini unelte specifice prelucrarii prin aschiere.

Dupa prelucrarea si controlul tuturor elementelor garniturii de model urmeaza montarea pe placile model.

Montarea cuprinde urmatoarele operatii:

-imbinarea celor doua semimodele si efectuarea a doua gauri pentru tija de centrare

-asezarea semimodelului superior pe placa de model si strapungerea gaurilor

-imbinarea celor doua placi cu tijele de ghidare si strapungerea gaurilor

-imbinarea celor doua semimodele pe placi cu ajutorul tijelor de centrare si executarea gaurilor pentru suruburile de fixare si fixarea acestora

Garniturile de model metalice comparativ cu cele din lemn prezinta o serie de avantaje:

-avand suprafetele foarte netede, se usureaza operatia de demulare

-cu o garnitura de model se obtine un numar foarte mare de forme

-folosirea lor permite mecanizarea si automatizarea procesului tehnologic de formare

Verificarea si controlul garniturii de model

Pentru verificarea garniturii de model se folosesc calibre si sabloane de control. Calibrele folosite la prelucrarea modelului fac parte din categoria calibrelor de contur.

Calibrele interioare se folosesc in primul rand pentru marcarea suprafetei de separatie a modelului iar calibrele exterioare au forma corespunzatoare conturului exterior al modelului.

Confectionarea formei si miezurilor

Alegerea materialelor de formare

Materialele de formare utilizate in turnatorii reprezinta un sistem de componente care concura la realizarea formelor si miezurilor.

Calitatea materialelor de formare are o importanta hotaratoare asupra calitatii piesei turnate precum si asupra rentabilitatii procesului de fabricatie.

Alegerea tipului de nisip se face in functie de natura metalului din care se confectioneaza piesa, de marimea si confectionarea ei.

La forma se utilizeaza nisip de Aghires care este un nisip cuartos avand granulatia de 0,15-0,3 mm.

Caracteristici:

-clasa IV 0,5 STAS 5604-73

-continut de componenta levigabila 0,3-0,5%

-temperatura inceputului de vitrificare 1400˚C

-granulatia 0,27 mm

-permeabilitatea (la 5% bentonita si 2% apa) 300-325

Ca liant se foloseste bentonita de Oradea-Ciugrud activata cu Na2CO3 sub forma de pasta.

Compozitia chimica:

-SiO2 = 60,12 %

-Al2O3 = 14,52 %

-Fe2O3 = 3,44 %

-CaO = 2,66 %

-MgO = 3,53 %

-NaO = 2,38 %

La executarea formei se utilizeaza urmatoarea reteta:

-nisip Aghires 500 Kg

-bentonita 10-20 litri

-silicat de sodiu 18-22 litri

-melasa 2 litri

-FeSi 75 8-10 %

Timp de amestecare:

-pentru adaos prafos 2 min.

-pentru adaos lichid 3 min.

Umiditatea 5 %.

Alegerea materialelor pentru miezuri

La alegerea materialelor pentru miezuri se va tine seama de faptul ca miezurile sunt mai puternic solicitate decat forma.

Miezurile 1 si 2 se executa din urmatoarele materiale:

-nisip Aghires

-liant urelit FR4

-intaritor

Aceste miezuri mai ales miezul central nu este indicat sa se execute din silicat de sodiu intarit cu CO2 deoarece se dezbate foarte greu datorita gabaritului sau.

Pentru miezurile 1 si 2 se foloseste urmatoarea reteta:

-nisip de Aghires 40 Kg

-urelit FR4 1-1,250 litri

-intaritor PS 0,250-0,400 litri

-oxid de Fe 1-2 Kg

Pentru miezul 3 se foloseste un amestec intarit cu CO2 pe baza de silicat de sodiu la care adauga rasini speciale pentru dezbatere mai usoara.

Tabelul 18. Reteta pentru miezul 3

Amestecul de miez se prepara in amestecatorul cu palete. Incarcarea materialelor se face treptat cu amestecatorul in miscare.

Ordinea de introducere a materialelor si timpii de amestecare sunt:

a) Nisip + Deporam – amestecare 2 min.

b) Vicosildez + Silicat de sodiu – amestecare 2 min.

Nu este admisa prelungirea timpului de amestecare peste 4 min. deoarece in acest caz scade rezistenta amestecului dupa intarirea cu CO2.

Amestecul preparat se pastreaza in containere acoperite cu o panza uda.

Elaborarea fontei Fgn 420-12

Compozitia chimica a fontei lichide inainte de modificare:

C = 3,5 – 3,9 %

Si = 1,05 – 1,3 %

Mn = max 0,3 %

P = max 0,03 %

S = max 0,02 %

Continutul de elemente insotitoare:

Cu = max 0,07 % Sn = max 0,01 %

Cr = max 0,05 % Sb = max 0,02 %

Ni = max 0,10 % As = max 0,02 %

Mo = max 0,05 % Al = max 0,02 %

Ti = max 0,01 % Pb = max 0,04 %

V = max 0,03 %

Compozitia chimica finala:

Structura feritica in stare brut turnata

C = 3,5 – 3,7 % 0

Si = 2,2 – 2,45 %

Mn = max 0,3 %

P = max 0,03 %

S = max 0,01 %0

Mg = 0,04 – 0,06 %

Pentru alcatuirea sarjei sau ales urmatoarele materiale de incarcatura:

-20 % recirculat

-74,8 % deseu otel laminat

-2,2 % carbura de siliciu (SiC)

-3,00 % deseu electrod grafit

Pierderile prin ardere ale elementelor de elaborare in cuptorul cu inductie se calculeaza cu relatia:

A = x +τ y

In care: x – reprezinta arderea la topire si supraincalzire pana la 1350˚C

y- reprezinta arderea la supraincalzire si mentinere la temperaturi cuprinse in intervalele 1350-1550˚C

τ – timpul de mentinere la supraincalzire [s]

τ ~ 0,25 ore (cca. 15 min.)

Tabelul 19.

-pierderile prin ardere la carbon:

Ac = x + τy = 4,3 + 0,25 5 =5,55 %

Ac =5,55%

-pierderile prin ardere la siliciu:

ASi = 4,1- 0,25 1,53 = 3,7 %

ASi = 3,7 %

– continutul de carbon al incarcaturii:

<C> = 0,20 x 3,6 + 0,748 x 0,08 =0,78%

[C] = 0,78 – 0,78 x 5,55/100 x 0,78%

Diferenta in continut de carbon:

ΔC = [C]fin –[C]0 =3,6 – 0,74 = 2,86%

Pentru corectarea continutului de carbon se utilizeaza carbura de siliciu si deseu electrod

de grafit.

100 Kg SiC 30 Kg C asimilat 8,4 % C

2,2 Kg SiC 0,18 % C

Deseu electrod de grafit

100 Kg electrod 93 % C asimilat 86,5 % C

3 Kg electrod 2,62 % C

Deci dupa corectarea continutului de carbon vom avea:

[C] = [C]O + [C]SiC + [C]electrod =0,74 + 0,18 + 2,62 = 3,54%

Continutul de siliciu al incarcaturii:

<Si>=0,20 +2,3 +0,748 · 0,03 = 0,482%

[Si]O =<Si> – <Si> · Asi = 0,482 – 0,482 3,7/100 = 0,46%

[Si]O =0,46%

Pentru corectarea continutului de siliciu la lichid:

[Si] = [Si]baie – [Si]O = 1,3 – 0,46 = 0,864%

Se utilizeaza SiC:

100 Kg SiC 70 Kg Si asimilat 40 Kg Si

2,2 Kg S 0,86 Kg Si

Deci dupa adaugarea SiC vom avea:

[Si] = [Si]O + [Si]SiC = 0,46 + 0,86 = 1,32% Si

Bilantul incarcaturii si aportul de elemente este dat in tabelul 20.:

Tabelul 20.

Incarcarea

Pentru a avea o influenta cat mai redusa a fontei „zestre” din cuptorul electric si pentru ca diluarea necesara sa ocupe un timp cat mai redus este necesar sa se programeze turnarea pe o perioada de 2-6 zile cand in cuptorul respectiv se elaboreaza numai fonta cu grafit nodular si atunci influenta negativa a „zestrei” este teoretic inexistenta.

Materialele incarcate vor fi curate si uscate.

Ordinea de incarcare, daca se porneste cu cuptorul rece este urmatoarea:

-SiC

-deseu de electrod

-deseu de otel

-recirculatul pe masura ce incarcatura se topeste

Topirea:

a) Topirea se executa la puterea maxima a cuptorului

b) Se verifica periodic compozitia chimica si se fac corecturile necesare

c) Periodic se curata zgura

d) In cazul in care procentul de sulf din fonta depaseste 0,02 %, aceasta se va desulfura cu CaO2.

Supraincalzirea si mentinerea

Fonta se supraancalzeste la o temperatura de 1520-1600 ˚C in functie de necesitati.Timpul de mentinere la aceasta temperatura este de circa 10 minute. Este indicat ca acest timp sa nu se depaseasca deoarece anumite elemente chimice se pot oxida si in acest caz nu se va putea respecta compozitia chimica prescrisa.

Nodulizarea

a) Calculul necesarului de modificator (NODULIN SB1-STAS 11240-75)

Compozitia chimica a NODULIN SB1 este urmatoarea:

Tabelul 21.

Calitatea de NODULIN SB1se calculeaza cu relatia:

unde: p-masa de fonta nodulizata [Kg]

Mg rez =0,04 –0,06 %

τ = timpul de mentinere dupa nodulizare [min]

τ = 4 min.

T – temperatura in momentul nodulizarii

T =1500 ˚C

ηMg = 60 % pentru metoda Tundish-Cover

Deci la 100 Kg fonta lichida este necesar 2 Kg NODULIN SB1

b) Aliajul nodulizat se acopera cu un strat de carbid sau amestec pe baza de furan de 10 – 25 mm grosime, in functie de cantitatea de fonta lichida nodulizata si de temperatura ei.

c) Materialul de acoperire poate fi CaC2 (Carbit de turnatorie) tip STAS 102-73 proaspat sau amestecul de formare pe baza de rasina furanica FR4. Acest amestec se indeasa foarte usor si se niveleaza cu o lopata din lemn

d) Oala pregatita cu capacul pe ea (metoda Tundish – Cover) se plaseaza in fata cuptorului

e) Se controleaza temperatura fontei cu termocuplu de imersie.

f) Temperatura fontei trebuie sa fie cuprinsa intre limitele 1500 –1600 ˚C.

g) Desarjarea cuptorului se face la inceput cu un jet de fonta mai subtire in partea opusa plasarii aliajului nodulizant si dupa ce s-a format un pat de fonta lichida de cca 150-200 mm se desarjeaza fonta cu viteza maxima.

h) Conditia care se cere este ca reactia fontei sa inceapa in momentul cand s-a desarjat intreaga cantitate de fonta lichida.

i) Dupa terminarea reactiei se trage zgura, se masoara temperatura fontei care trebuie sa fie cu 30 ˚C peste temperatura de turnare a piesei si se ia proba chimica finala.

Postmodificarea

Postmodificarea grafitizanta este absolut necesara deoarece Mg din NODULIN are efect antigrafitizant, efect care trebuie contracarat prin postmodificare.

Postmodificarea poate fi facuta la oala cu FeSi75 sau MODIFIN sau in forma cu ajutorul pastilelor de modificator mai ales in cazul pieselor mari. Daca postmodificarea se face cu MODIFIN la oala este indicat sa se foloseasca 0,6-0,8 % modificator.

Compozitia chimica a MODIFIN este data in tabelul 22. de mai jos:

Tabelul 22.

Bilantul final de siliciu

Materialele folosite pentru nodulizare si postmodificare contin siliciu din care o parte trece in fonta lichida astfel:

-aportul de siliciu adus de NODULIN SB 1 (pierderile prin ardere la siliciu la introducerea prealiajelor este aSi=3-6%)

100 Kg NODULIN SB1 48 kg Si asimilat 45,8 Kg Si

2 Kg NODULIN SB1 0,916 Kg Si

-aportul de siliciu adus de MODIFIN B4 este:

100 Kg MODIFIN B4 64 kg Si 61,12 Kg Si

0,25 Kg MODIFIN B4 0,15 Kg Si

Continutul final de siliciu va fi:

[Si] = [Si]lichid + [Si]NODULIN + [Si]MODIFIN =1,32 + 0,916 + 0,24 =2,38 Si

Valoarea procentului de [Si] final se incadreaza in limitele Si = 2,2–2,45 % prescrisa pentru marca Fgn 400-12.

Turnarea, Dezbaterea si Curatirea

Temperatura de turnare obligatorie de respectat pentru reperul „Carcasa punte spate” dupa procedeul stabilit trebuie sa se incadreze intre limitele 1350-1400 ˚C.

In paralel cu turnarea pieselor, trebuie turnate probele pentru incercari mecanice, durata de timp intre terminarea nodulizarii si turnarea pieselor trebuie sa fie de maxim 7-9 minute.

Probe pentru incercari mecanice

Probele pentru incercari mecanice pot fi turnate separat. Probele turnate separat vor avea o pastila postmodificatoare plasata in sistemul de alimentare, deci in conditii asemanatoare de postmodificare ca si piesele .

Probele turnate separat, in aceleasi conditii ca si piesele vor fi in forma de U. Fiecare proba va avea plasata in camera de receptie cate o pastila postmodificatoare. Pastila va fi de 16 grame. Pastilele se lipesc in locasul prevazut cu pasta de lipit. Fiecare proba de incercari mecanice are prevazut un apendice care serveste la determinarea structurii metalografice in vederea stabilirii celor trei tipuri de tratamente termice posibile de aplicat:

– Detensionarea

– Recoacerea pentru descompunerea cementitei eutectoide

– Recoacerea pentru descompunerea cementitei primare

Dezbaterea pieselor turnate din forma. Evacuarea miezurilor

Dupa racire in forme, piesele turnate se elimina din masa de amestec de formare, operatie cunoscuta sub denumirea de dezbatere.

In turnatoriile moderne, dezbaterea se face pe dezbatatoare mecanice prin inertie, sau pe tambure de dezbatere si racire.

Controlul tehnic de calitate si remedierea defectelor

Complexitatea procesului de fabricatie a pieselor turnate implica in mod natural si o foarte complicata si diversa activitate de control calitativ incepand de la materiile prime si auxiliare si sfarsind cu controlul final al pieselor turnate inainte de livrare la magazie.

Organizarea controlului cuprinde toate activitatile de verificare si control al materiilor prime, materialelor, al utilajului tehnologic, al formarii si miezuirii, al elaborarii, turnarii, al piesei.

Controlul materialelor consta in verificarea respectarii retetei pentru amestecurile de formare si de miez, verificarea procentului de componenta levigabila, a procentelor de apa din amestecul de formare, granulatia nisipului folosit si a liantului.

Se verifica respectarea timpilor de amestecare a materialelor folosite. Controlul utilajelor consta in verificarea functionarii la parametrii stabiliti. Controlul formarii consta in verificarea gradului de indesare si a calitatii amprentei modelului.

Controlul miezuirii consta in verificarea marimii granulelor de SiO2, a grosimii de perete a miezului.

Controlul elaborarii se face din ora in ora si consta in verificarea respectarii retetei de incarcare a cuptorului conform cu tehnologia de elaborare a materialelor utilizate, respectarea compozitiei chimice conform instructiunilor de elaborare, respectarea temperaturii de lucru.

Controlul turnarii consta in verificarea respectarii timpului de turnare, a cantitatilor de deseuri, de electrozi, prealije.

La elaborare si turnare, aparatele care sunt folosite pentru control sunt: pirometre optice cu infrarosu.

Controlul final al piesei turnate consta in verificarea calitatii suprafetei piesei, verificarea microstructurii, controlul defectelor interioare cu ultrasunete, radiatii cu raze x etc.

Defecte de turnare, metode de remediere indicate

Dintre defectele cele mai frecvente ce apar in piesa la elaborare si turnare din Fgn sunt:

-bavuri, umflaturi, picaturi. Corectarea se face prin folosirea unor forme mai rigide.

-goluri, sufluri, pori superficiali. Se recomanda adaugarea in amestecul de formare a 0,65-2% smoala. Rezultate bune se obtin si prin adaugarea de 2-3% rumegus de lemn.

-retasuri inchise sau deschise, aceasta se datoreaza coeficientului mare de contractie iar prevenirea lor se face prin proiectarea corecta a tehnologiei de formare, respectarea temperaturii optime de turnare si a compozitiei chimice, folosirea de forme rigide.

Evitarea aparitiei retasurilor se realizeaza prin maselotare sau folosirea racitorilor.

-defecte de suprafata , denivelari pe suprafata piesei, se recomanda folosirea materialelor de sarjare de buna calitate, care contin cat mai putin O2 si S, folosirea oalelor de turnare cu sifon, turnarea de Fgn cu Mg rezidual cat mai mic, marirea temperaturii, vitezei de turnare.

-incluziuni si defecte de structura, zone dure localizate, concentrari de grafit, albire inversa.

Se recomanda utilizarea unor prealiaje sau metode cu randament mare de asimilare a Mg.

De asemenea se recomanda ca si Cechivalent = max. 4,3% pentru piese cu grosimea de perete de 30 mm si Cechivalent = max. 4,5% pentru piese cu grosimea de perete de 10 mm.

III. Probleme economice

Probleme generale

In scopul optimizarii locurilor de munca si a fluxurilor tehnologice un rol important il are analiza critica a principalilor indicatori tehnico-economici realizati in turnatorie.

In cadrul analizei sectiei de turnatorie se vor calcula indicatorii tehnico-economici si se vor compara cu cei existenti. De asemenea se vor calcula si analiza parametrii functionali ai sectoarelor productive (bilant de materiale, tehnologii si utilaje, suprafete productive si auxiliare, fluxuri tehnologice, linii mecanizate, mijloace de transport, capacitati, fluxuri de transport etc.) si se vor face propuneri de imbunatatire.

In cadrul studiilor efectuate se va analiza studiul actual al tehnologiilor si utilajelor din sectorul de elaborare. In functie de rezultatele obtinute la analiza, se vor stabili solutii tehnologice si de mecanizare, masuri pentru imbunatatirea conditiilor de munca, masuri de protectie a muncii, protectie impotriva incendiilor, solutii optime de asigurare a microclimatului, a conditiilor optime de munca, protectia mediului inconjurator etc.

Solutiile propuse trebuie sa fie justificate atat din punct de vedere tehnic cat si tehnologic.

Stabilirea pretului de cost

Pretul de cost reprezinta cel mai cuprinzator indicator pentru economie.

Analiza pretului de cost al produsului este un element deosebit de important in alegerea solutiei optime de realizare a piesei.

Justificarea tehnologiei de turnare adoptata trebuie facuta prin:

-compararea cheltuielilor necesare realizarii piesei prin procedeul tehnologic ales cu alte procedee prin care s-ar fi putut executa piesa;

-reducerea efortului fizic al muncitorului;

-reducerea volumului de munca;

-reducerea ciclului de productie etc.

Calculul pretului de cost

Pretul de cost la nivelul sectiei se poate calcula cu relatia:

Pc sectie= M + N + R(1 + RS/100) [lei/buc];

Unde:

M – reprezinta costul materialelor directe ce revine la o bucata de piesa turnata;

N – pretul de cost al garniturii de model ce revine la o piesa turnata;

R – cheltuielile cu retributiile muncitorilor de baza (manopera directa la o piesa turnata);

RS – regia sectiei stabilita p baza numarului de ore lucrate la locul de munca dat [%].

Pretul de cost pe inteprindere se determina astfel:

Pcintrep=[M+N+R(1+RS/100)]+(1+Ri/100) [lei/buc]

Unde:

RI-regia intreprinderii calculata in procente in raport cu pretul de cost de fabricatie al unei piese.

Calculul costurilor materialelor directe ce revin la o bucata de piesa turnata (M)

Se poate face cu relatia:

M=Σ c · g · μ- Σcz ·gz

In care:

c-pretul materialelor de sarja, in lei/kg

g-greutatea materialelor din sarja, in kg

μ-coeficientul care tine seama de pretul de cumparare, de costul transportului, al depozitarii materialelor.

μ =1,06

cz-pretul materialelor metalice din reteaua de turnare si din deseurile rezultate la prelucrarea piesei, in lei/kg.

gz-greutatea materialelor metalice din reteaua de turnare din deseuri rezultate la prelucrarea piesei, in kg.

Calculul pretului de cost se face pentru formarea manuala

M=M'-cz· gz

M'=ΣM

M=400000[lei/piesa] (aproximativ)

Calculul consumului si costului de materiale

directe ce revine la o bucata de piesa turnata

Calculul se poate face cu relatia:

M = Σ c · q · μ – Σ cz · gz

Unde:

c – pretul materialelor din sarja in [lei/Kg] sau [lei/t];

g – greutatea materialelor din sarja, in [Kg] sau [t] la o piesa turnata;

μ – coeficient care tine seama de pretul de cumparare, de costul transportului, al depozitarii materialelor, cu valori cuprinse intre 1,03 si 1,1;

cz – pretul materialelor metalice din reteaua de turnare si deseurile piesei turnate [lei/Kg];

gz – greutatea materialelor metalice din reteaua de turnare si deseurile rezultate la prelucrarea piesei.

IV. Norme de tehnica securitatii si protectia muncii

Norme generale.

Activitatea de protectie a muncii creeaza si asigura cadrul optim in care trebuie sa se desfasoare munca in toate ramurile productiei de bunuri .

Activitatea in sectoarele de elaborare si turnare a fontei este ingreunata de temperatura ridicata din zona cuptoarelor de elaborare, a oalelor de turnare in curs de uscare, si preincalzire a incarcaturii metalice.

Daca in spatiul din jurul cuptoarelor radiatiile termice pot fii micsorate prin respectarea unor tehnici de securitate a muncii inca din faza de proiectare si apoi din constructia cuptoarelor, raman inca dificil de rezolvat aceste probleme de protejare a muncitorilor impotriva radiatiilor termice produse de fonta lichida in timpul desarjarii cuptoarelor.

Impotriva radiatiilor este necesara utilizarea paravanelor de protectie, care sa protejeze muncitorii care lucreaza direct, cat si zonele adiacente sectorului de elaborare unde se desfasoara alte activitati.

Instructiuni de protectie a muncii la prepararea

amestecului de formare si de miez

Personalul de la preparare se va conforma reglementarilor existente privind protectia muncii pentru prepararea amestecului de formare obisnuit.

Statiile de preparare, instalatiile de transport, incaperile de lucru pentru prepararea amestecurilor vor fi dotate cu semnalizatoare acustice sau optice care vor indica pornirea si reglarea fiecarui agregat sau grup de mecanisme in parte.

Este interzisa intrarea muncitorilor in camera morilor in timpul functionarii acestora .Aceasta se face numai de catre personalul autorizat, dupa ce s-au luat toate masurile pentru evitarea pericolelor de accidentare.

Luarea probelor de amestec din gura de alimentare sau de evacuare este interzisa. Pentru aceasta se vor prevedea orificii laterale, iar probele se vor lua cu dispozitive adecvate.

Instructiuni de protectie a muncii la elaborare-turnare

in cuptorul cu inductie

La elaborarea cuptoarelor cu inductie pe langa normele de tehnica securitatii muncii cu privire la fonta lichida, aratate mai sus trebuie luate masuri suplimentare specifice cuptorului electric:

mantaua metalica a cuptorului si placile platformei de lucru trebuie legate la pamant;

manevrarea instalatiilor electrice este permisa numai electricianului de serviciu si persoanelor autorizate;

toate partile care se afla sub tensiune trebuie vopsite cu culoarea rosie si prevazute cu sageti si inscriptii;

muncitorii care deservesc cuptorul vor purta echipament de protectie din azbest si pantofi cu talpa de lemn; manusile trebuie sa fie uscate si cat mai putin uzate;

la cuptoarele cu inductie este deosebit de important echiparea acestora cu sistem de alarma pentru prevenirea perforarii creuzetului.

Pentru operatia de nodulizare se vor lua urmatoarele norme de protectie a muncii:

persoana care executa operatia de strapungere a aliajului nodulizant va fi echipata corespunzator;

obligatoriu fiind purtate castile de protectie, ochelari de protectie, manusi de azbest, sort de protectie, jambiere, bocanci;

in timpul executarii operatiei de nodulizare se va indeparta tot personalul din imediata apropiere a oalei, pentru a se preintampina accidente datorita aruncarii de fonta in afara oalei de nodulizare.

Tehnica securitatii muncii privind amplasarea utilajelor, masinilor si instalatiilor

Amplasarea utilajelor va fi facuta in scopul organizarii unui flux tehnologic rational, care sa permita evitarea incrucisarilor in transporturile pieselor si materialelor ce participa la producerea semifabricatelor .

In apropierea masinilor sau instalatiilor se vor prevedea spatii tehnologice necesare pentru depozitarea materialelor, semifabricatelor finite si a deseurilor.

Se vor prevedea cai de acces pentru a asigura o functionare normala a circulatiei in jurul masinilor, utilajelor sau instalatiilor.

Bibliografie

[1.] SOFRONI, L., RIPOSAN, I., BRABIE, V., CHISAMERA M. Turnarea fontei. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1985.

[2.] * * * In: Interceram (R.F.G.), nr.1, 1988, p. 35-39.

[3.] * * * Prospecte firme SIKA (Norvegia), SHOWA DENKO K.K (Japonia), AMMI ABRAZIVI (Italia), NORTON (S.U.A.), LONZA (Elvetia).

[4.] KIM, V. S. s.a. Pimenenie karbida kremnia pri plavke ciuguna. In: Liteinoe Proizvodstvo, nr.2, 1978, p. 9-10

[5.] BENEKE, T. Metallurgisches Siliciumcarbid im Elektro- und Kupolofen. In: Giesserei (R.F.G.), NR.12, 1981, p. 344-349

[6.] DAHLMANN, A. Jahresübersicht Kupolofen. In: Giesserei (R.F.G.), nr.12, 1982, p. 345-351.

[7.] * * * In: Fondeur d’Ajourd’hui, nr.312, 1980, p. 13-14.

[8.] KLETKIN, I. G. Vagranocinaia plavka ciuguna v liteinih tehah za rubejom. In: Liteinoe Proizvostvo, nr.12, 1981, p. 5-7.

[9.] HENNING A. Alloy materials cupola melting; In: Modern Casting (S.U.A.), nr.8/1981, p. 43-46.

[10.] HÖHLE L. Jahresübersicht Kupolofen In: Giesserei (R.F.G.), nr.11, 1984, p. 451-461.

[11.] CENGEL, P., MIHOK, L. Niekotore poznatky o vyskute a rozmiestneni nekovovych vtrusenin v odliatkoch ferosilicia; In: Slevarenstvi (R.S.C.), nr.5, 1985, p. 187-189.

[12.] DOELMANN, R. L. s.a. The benefication of inoculated cast irons with silicon carbide as a major source of silicon and carbon. In: AFS Transactions (S.U.A.), vol. 88, 1990, p. 787-804.

[13.] RIPOSAN, I. Cubiloul cu plasma si producerea fontelor de inalta calitate din materiale recuperabile, TCMM nr.6. Bucuresti, Editura Tehnica, 1989, p. 74-94.

[14.] CASPERS, K. H. Zum Einfluss von Stahlschrott und Gattierungszusatzen im Induktionsofen auf die Fehlerreigung von Gusseisen. In: Giesserei, nr.8, 1975, p. 186-189.

[15.] COATES, R. R. Calitatea fontelor in productia de automobile. In: The British Foundryman, nr.8, 1979, p. 178-196.

[16.] SCHUBERT, W. D. s.a. Influence of SIC addition on the microstructure of Gray Cast Iron. In: The Physical Metallurgy of Cast Iron, Elsevier Science Publishing Co, New York 1985, p. 119-128.

[17.] LOPER C. R. s.a. Graphite inoculants for Gray Cast Iron. In: The Physical Metallurgy of Cast Iron, Elsevier Science Publishing Co, New York 1985, p. 89-98.

[18.] C. Ștefănescu . Îndreptar pentru turnători . București, Editura tehnică, 1973

[19.] Gh Rădulescu. Gh.Albiță. Rețele de turnare, Editura tehnică, 1976.

[20.] C.Ștefănescu, I Cazacu. Tehnologii de executare a pieselor prin turnare. București, Editura tehnică, 1981.

[21.] Gh. Zirbo,ș.a. Îndrumător pentru proiectare tehnologii de turnare.IPC-N, 1986

[22.] B.Gherasim,Mecanica fluidelor și mașini hidraulice,IPC-N,1980.

[23.] E. Nagy.Modelarea în elaborarea aliajelor.Editura DACIA Cluj Napoca 2000.

OPIS

Proiectul contine 76 de pagini numerotate, de la 1 la 76, si desene conform borderoului alaturat: