|
10. Experimentální
část
Výsledná jakost odlitku se skládá z mnoha činitelů. Jedním
z nich je i dosažení požadovaných mechanických vlastností,
které jsou určovány jak výslednou mikrostrukturou (tvar a
rozložení grafitu v litinách), tak i podobou základní
kovové hmoty (podílu feritu a perlitu). Všechny tyto
faktory jsou podmíněné chemickým složením, které je,
mimo jiné, určeno odvodem tepla a podmínkami při lití.
Lepších, konkurenčně schopných, podmínek pro získání
kvalitního odlitku lze dosáhnout i za pomocí simulačních
programů, které jsou schopné určit jak vedení tepla v
odlitcích a ve formě, tak i výslednou mikrostrukturu a ji
odpovídající mechanické vlastnosti.
V této části práce jsme analyzovali teplotní pole v
odlitcích s ohledem na jejich strukturu, chemické složení
a mechanické vlastnosti v jednotlivých průřezech.
Převážná část
experimentální práce, v podobě odlévání a měření
teplotního pole, byla prováděna ve slévárně Motor JIKOV
a.s., České Budějovice. V této slévárně bylo námi
odlito těchto pět odlitků: Třmeny, Válec, Držák, Páka
a Experimentální válce. Dále bylo použito dat z přilitých
tyčí odlitých v této slévárně již dříve. Všechny
odlitky jsou ze slitiny LKG ČSN 42 2305. Odlitek Motocyklového
kola z hořčíkové slitiny byl odlit ve slévárně ČKD
Hradec Králové - závod Plotiště a experimentální válec
z Mg slitiny ve školní slévárně. Vyobrazení všech
odlitků je v příloze k této kapitole - obr. 1 až 10.
10.1. Popis současného stavu slévárny Motor JIKOV ČB
1) Slévárna litiny s lupínkovým a kuličkovým grafitem
Formovací zařízení - bezrámová formovací linka
DISAMATIC s vertikální dělící rovinou, velikost pískových
forem - 400 x 500 x 130 - 300 mm. Tavírnu tvoří 3 elektrické
pece o obsahu 6t tekutého kovu.
Odlévané materiály:
ČSN 42 2420 (GG 20)
ČSN 42 2425 (GG 25)
ČSN 42 2430 (GG 30)
ČSN 42 2304 (GGG 40)
ČSN 42 2305 (GGG 50)
ČSN 42 2306 (GGG 60)
Optimální váha odlitků, které lze vyrobit v této slévárně
je 0,5 až 10 kg. Maximální rozměr odlitku je limitován
rozměry forem. Optimální licí dávka je 2 000 až 5 000
ks.
Nosným výrobním programem jsou odlitky držáků a třmenů
z litiny s kuličkovým grafitem, které jsou určeny pro výrobu
kotoučových brzd do osobních automobilů.
2) Modelárna
Vyrábějí se zde: - dřevěné modely
- kovové modely
- epoxidové modely
3) Kalírna
Pro zajištění kvality se v laboratořích používají následující
přístroje:
- automatické měření tvrdosti BRINELL
- kvantometr - delta C (stanovení uhlíku C, křemíku Si)
V této slévárně je vybudován systém řízení kvality
podle normy ISO 9001. Odběratelem odlitků je firma Lucas AB
s.r.o. Jablonec nad Nisou, která dodává komplet brzdných
systémů pro ŠKODA - Volkswagen Mladá Boleslav.
Mechanické požadavky na odlitky:
a) materiál: litina s kuličkovým grafitem podle ČSN 42
2305
b) mechanické vlastnosti: musí odpovídat požadavkům ČSN
42 2305 (GGG 50)
Rm = min. 500 MPa
Rp0,2 = min. 320 MPa
A5 = min. 7 %
c) chemické složení materiálu:
C = 3,30 - 3,90 %
Si = 2,20 - 3,00 %
Mn = 0,15 - 0,40 %
Mg = 0,03 - 0,30 %
Cu = 0,05 - 0,30 %
P = max. 0,10 %
d) mikrostruktura: základní kovová hmota feriticko-perlitická
min. obsah kuličkového grafitu 80 % VI a max. 20 % tvaru
V
podle ČSN 42 0461 [97]
e) tvrdost odlitků: v rozmezí HB 170-240
Bližší popis přejímacího postupu odlitků je v [98]
10.2 Měření teplotního pole na odlitcích třmene
Měření teplotního pole bylo provedeno na dvou typech
odlitků. A to odlitku třmenu (litina s kuličkovým
grafitem) obr. 41 a odlitku válce (litina s kuličkovým
grafitem) obr. 54. Bylo použito stejné slitiny ze stejné
tavby pro porovnání vlastností.
Na místě jsme provedli měření průběhu teplotního pole
a to na obou typech odlitků - dva odlitky třmenů a jeden
odlitek válce.
Chemické složení uvedené v tabulce 4 bylo provedeno v
laboratořích Motor JIKOV. Pro její vyhodnocení bylo použito
vzorků z třmenů.
Z tabulky 4 vidíme (ale jen v tištěné podobě nebo na CD-ROMu),
že chemické složení odlitků je v mezích určených v požadavcích
na výrobu. Ve slévárně bylo rovněž provedeno vyhodnocení
základní kovové hmoty a mikrostruktury z odlitků třmenů.
Za tím účelem byly odebrány vzorky z třmenů z míst dle
obrázku
Z tab. 5 je vidět, že i požadavky na tvar grafitu (alespoň
80 % kuličkového grafitu typu VI) jsou splněné. Taktéž
je splněna podmínka na větší podíl feritu v základní
kovové hmotě.
Obr. 41 Odlitek třmene - slévárenská sestava
10.3 Podmínky lití pro třmeny
Měření teplotního pole na třmenech bylo provedeno na výrobní
lince - Disamatik za plného provozu, a to na dvou odlitcích
jdoucích za sebou. Stejná výrobní technologie, stejná
bentonitová směs, stejná tavba.
Teplota lití 14000C, odečteno z optického pyrometru.
Formy č. 20 a 22. Lití strojní z pánve.
Odlitky ponechány ve formě na lince až do času obvyklého
vytloukání. Poté byly vyjmuty z linky. Čas snímání byl
ukončen při 2 000 s, což odpovídá 34 min. Odlitek byl následně
vyjmut (do 5 min) z formy. Standardní čas doby průchodů
odlitků na lince se pohybuje v závislostí na době plnění
od 35 do 45 minut.
Použité termočlánky:
Pt-PtRh10, průměr drátku F 0,5 mm, průměr ochranného
obalu F 2,8 mm. Materiál ochrany korund. Špička termočlánku
byla z jemně rozemletého korundového prášku spolu s vodním
sklem a vytvrzené pomocí CO2 a posléze vyžíháno.
Měřící aparatura:
Signál z měřících termočlánků byl veden do
vyhodnocovací jednotky v notebooku TAQ book 100 přes AD převodník.
Vyhodnocovací pomocí software - TAQ View od firmy Omega.
Umístění termočlánků
Poloha termočlánků v odlitcích třmenů byly volena jak s
ohledem na popis teplotního pole v odlitku, tak i s ohledem
na dostupnost místa při měření. Termočlánek č. 1 byl
na odlitku třmene 1 a termočlánek č. 2 na odlitku třmene
č. 2. Oba odlitky byly ve slévárenských sestavách jdoucích
na lince DISAMATIC za sebou. Toto uspořádání respektovalo
skutečnost, že nebylo možné z technických důvodů umístnit
oba termočlánky do jedné odlévané soustavy.
Na obr. 42 vidíte polohu termočlánku v odlitku č. 2.
Poloha termočlánku č. 1 byla zrcadlově obrácena v druhé
polovině odlévané sestavy. Hloubka umístění termočlánku
v odlitku byla v 1/2 tloušťky stěny (cca 4 mm hluboko).
Měřené odlitky ve slévárně ČKD Motor JIKOV České Budějovice,
spolu s dalšími odlitky třmenů a válce byly dále proměřovány
v laboratořích ÚMI - odboru slévárenství.
10.4. Vyhodnocení teplotního pole třmene
Vyhodnocení křivek chladnutí bylo provedeno jak pro odlitky
třmenů, tak pro měření odlitku válce v kokile. Nejprve
byla provedena analýza naměřených dat pomocí softwarového
balíku Mathcad 7, jejímž účelem bylo zjištění důležitých
teplot a časů, které jim přísluší. Obecná podoba křivky
chladnutí pro litinu s kuličkovým grafitem je v kapitole 5.
V příloze ke kapitole 10 jsou vyhodnoceny křivky chladnutí.
Hodnoty teplot a jim příslušejícím časům jsou uvedeny v
tabulce 6. Porovnání křivek chladnutí pro třmeny a válce
je v tabulce 10.
V grafu 1 v příloze vidíte původní křivky chladnutí třmenů,
včetně časové prodlevy mezi litím jedné slévárenské
sestavy a druhé, což bylo 20 s. Při pohledu na křivky
chladnutí je jasné, že teplotní pole odměřené termočlánkem
č. 2 není správné. Při následné analýze umístění
konce termočlánku v prvním a v druhém odlitku, pomocí
rentgenové defektoskopie, jsme zjistil, že ve stěně o tloušťce
8 mm, byl první termočlánek ve středu stěny, zatímco
ukončení druhého bylo těsně u konce stěny. V důsledku
toho je měření z druhého termočlánku zatíženo chybou.
Pro lepší představu jsou v grafu 2 v příloze, zobrazeny
obě křivky chladnutí s počátkem ve stejný čas. Na grafu
3 je srovnání křivek chladnutí z počátku děje a
eutektické prodlevy. Je vidět, že rozdíl v teplotě je až
1200C. V grafu 4 je zobrazen detail eutektické fázové přeměny,
zde spíše sloužící k určení rozptylu měření (cca
40C).
Je jasné, že bylo nutné přikročit korekci naměřených
hodnot za použití postupu, jak je vysvětleno v kapitole 12.
Výsledek úpravy vstupních hodnot vidíte na grafu 5 a 6,
kde rozdíl hodnot při fázové přeměně, mezi křivkami
chladnutí, je jen 70C. Na grafu 7 je porovnání průběhu přes
čas eutektoidní přeměny.
Na odlitku třmene ze slévárny MOTOR JIKOV České Budějovice
z litiny s kuličkovým grafitem dle ČSN 42 2305 (GGG 50)
byla provedena simulace teplotního pole jakožto předstupeň
pro počítačovou simulaci mikrostruktury. Modelování a
simulace byla provedena na CAD pracovišti odboru slévárenství,
za použití programu SIMTEC.
Pro dosažení co nejvěrohodnějšího výsledku simulace
mikrostruktury je zapotřebí nejprve dosáhnout shody mezi
teplotním polem zjištěném experimentálně a simulací.
Proto byla experimentálně zjištěna časová závislost
teplotního pole na dvou místech odlitků třmene a na pěti
místech odlitku válce. Simulovaný průběh tuhnutí se má
co nejvíce blížit experimentálně zjištěnému průběhu
tuhnutí.
V grafu 8 v příloze je porovnání křivek chladnutí třmene
a průběhu ze stejného místa získaného z počítačové
simulace. Rozdíly hodnot mezi simulaci a experimentem jsou v
tab. 7.
Tab.
7 Rozdíly teplot mezi simulaci a experimentem
Výsledkem
simulace jsou nejen křivky chladnutí, ale i pohledy na rozložení
teploty. V příloze na obr. 11 a 12 je teplotní pole třmene
v čase 10 s, na obr. 13 je teplotní pole v čase 250 s a to
pro celý odlitek.
Na odlitku třmene bylo několik oblastí, kde probíhaly
experimentální práce. První oblasti je "čelo" třmene
- obr. 43, kde vidíte řez odlitkem pro oddělení vzorku.
Takto vzniklé kusy byly obrobeny na pracovišti odboru slévárenství
a to obě jejich strany zarovnány a broušeny na rovnoběžnost.
Na těchto vzorcích byla určována absolutní rychlost
ultrazvuku, tvrdost a struktura matrice. Pohled na rozložení
teplotního pole na čele třmene v čase 30 s po odlití je
na obrázku 18 v příloze, a na obr. 19 v čase 250 s.
Místy na kterých probíhalo experimentální měření byla
rovněž místa na třmenu, které budeme označovat jako
"ramena" - obr. 44 a 45. Na každém odlitku třmene
bylo po dvou kusech - pravé a levé rameno. Teplotní pole
pro obě strany je mírně rozdílné, což je zapříčiněno
umístěním odlitku třmene ve slévárenské sestavě - obr.
43. Analyzovali jsem pochopitelně i rozdílnost teplotního
pole v pravé a v levé části odlitku, avšak tento rozdíl
byl zanedbatelný (pohyboval se ve stupních celsia). V důsledku
toho nebylo nutné rozdělovat vzorky na jednotlivé skupiny,
lišící se místem odběru, zda z pravé, či z levé
strany.
Na obrázku 14 v příloze je teplotní pole v řezu třmenem
- rameny, s vyznačeném míst měření. Na obrázku 15 je
teplotní pole v kolmém řezu přes ramena třmene.
Obr.44 Vyznačení míst odběru vzorků - ramen
Obr. 45 Místa měření na odlitku třmene
(obrácena poloha vůči obrázku 44)
10.5. Měření tvrdosti na odlitku třmene
Měření bylo provedeno na tvrdoměru MP 250 s nastavenými
parametry:
Zatížení 187,5 kp
Průměr vnikací kuličky 2,5 mm
Čas zatížení 10 s
Veškerá měření byla prováděna v laboratořích odboru
slévárenství. Před jejím a započetím a třikrát v jeho
průběhu byla přesnost tvrdoměru kontrolována pomocí
vtisku do etalonu. Vždy se prokázala jeho schopnost k správnému
měření. Laboratorní zařízení je na obr. 46.
Místa měření:
Na odlitku třmene byla tvrdost dle HB měřena na stejných místech
jak absolutní rychlost ultrazvuku a parametry struktury. První
části bylo místo ČELO třmene - obr. 48 a 49. Zde bylo měření
na 8-mi, respektive, část vzorků, na 12-ti místech.
Oddělení vzorku od zbylé části třmene probíhalo
mechanickou strojní pilou v dílnách odboru slévárenství.
Povrch vzorků byl upraven broušením na strojní brusce a to
oboustranně, při zachování rovnoběžnosti obou ploch.
Vyhodnocení měření tvrdosti
Na vzorcích 1 - 8 bylo měřeno na čele na osmi místech, na
vzorcích 9 - 21 na dvanácti místech. Obě měření se tak
vzájemně doplňují. Větší počet měření nebyl volen s
ohledem na časovou a finanční náročnost experimentu.
Při volbě postupu měření na jednotlivých místech byly
aplikovány zásady plánovaného experimentu - měření
neprobíhala za sebou, ale křížem pro eliminaci chyb, popř.
byly zdvojeny.
V příloze k této kapitole jsou na obrázku 22 a obr. 23
zakresleny naměřené hodnoty tvrdosti pro měření na čelech
třmene na 12-ti místech. Jednotlivé místa měření s
odpovídajícími hodnotami HB jsou spojeny křivkou. Neboť měření
probíhalo po kružnici, je první (00) a poslední poloha
(3600) totožná. Již z těchto grafů je znát, že výsledné
hodnoty měření jsou závislé na poloze na čele odlitku.
To nám potvrzuje i graf průměrných hodnot tvrdosti pro
jednotlivé polohy na čele třmene - obr 24 v příloze.
Nejnižší hodnoty HB jsou mezi 90 - 2100. V tab. 8 a v tab.
10 jsou průměrné hodnoty tvrdosti pro jednotlivé vzorky. V
tabulce 10 jsou průměrné hodnoty tvrdosti HB pro měření
na 12-ti místech podle polohy.
V grafu na obr. 25 v příloze jsou vyneseny hodnoty tvrdosti
HB pro měření na osmi místech. I zde, i když ne tak výrazně,
se projevuje vliv polohy místa měření na hodnotě
tvrdosti.
V tab. 10 jsou průměrné hodnoty tvrdosti HB pro měření
na 8-ti místech a v tab. 11 jsou průměrné hodnoty tvrdosti
HB pro měření na 8-ti místech podle polohy.
Můžeme konstatovat, že byla zjištěna zá-vislost mezi
polohou měření a hodnotou tvrdosti. Pro její potvrzení je
však třeba udělat více měření, ale je patrné, že je
nejspíš dána teplotním polem, resp. odlišným chemické
složením v jednotlivých místech odlitku. Plocha čela při
odlévání byla kolmá k lití (kolmá ke směru gravitace).
Na obrázku 21 v příloze jsou křivky chladnutí pro 12 míst
po obvodu čela třmene. Vidíme, podobně jako na obrázku
20, kde jsou křivky chladnutí pro čtyři místa, že
teplotní pole po obvodu čela třmene není homogenní. To
dokumentují i obrázky 18 a 19 v příloze.
Budeme-li porovnávat teplotní pole zjištěné ze simulace s
naměřenými hodnotami tvrdosti zjistíme, že místům na čele,
které chladnou nejrychleji, odpovídají nevyšší hodnoty
tvrdosti zjištěné experimentálně a to i přesto, že rozdíly
v tvrdosti nepřesahují v jednotlivých místech 20 HB.
Například místo 1 a 2 (tab. 9), které dosahují tvrdosti
206, resp. 207 HB jsou podle simulace nejrychleji chladnoucí.
Naopak místo 5 a 6 má nejnižší tvrdost 189, resp. 188 HB
a je nejpomaleji chladnoucí.
Pro porovnání uvádím předpis pro tvrdost, pode které se
kontroluje tvrdost odlitků třmenů v firmě Motor JIKOV ČB,
kde je požadována tvrdost mezi 170 až 240 HB. To je dáno
osvědčením dle normy EN 10204-3.1 B, která je aplikována
ve firmě.
Při kontrole jsme zjistili, že hodnoty třmenů odpovídají
předepsaným mezím a ani na jednom z kontrolovaných míst
nepřekročily dolní ani horní hranici. Průměrné hodnoty
tvrdosti se pohybovaly od 188 do 207 HB.
Pro kontrolu byla provedena na čele třmene na dvou odlitcích
- 4 a 20 analýza chemického složení a to v laboratořích
slévárny Motor JIKOV České Budějovice. Na odlitku č. 4
na čtyřech místech po 900 ve směru pohybu hodinových ručiček,
na odlitku č. 2 na dvou místech po 1800 - tab. 12. Nebyla
zjištěna výrazná závislost na poloze na odlitku.
Lze tedy konstatovat, že tvrdost na odlitku je určována především
teplotním polem, které lze zachytit počítačovou simulací.
Druhou oblastí, kde probíhalo měření tvrdostí třmenů
byly ramena. Na každém odlitku jsou dva kusy, celkem bylo měřeno
na 29 vzorcích ramen, na každém z nich na třech místech.
I toto měření probíhalo na tvrdoměru HPO 250 v laboratořích
odbor slévárenství.
Minimální hodnoty tvrdosti jsou 167 HB pro místo 1 a 170 HB
pro místo 2 a 3. Maximální hodnoty tvrdosti jsou 229 HB pro
místo 3, 239 HB pro místo 2 a 285 HB pro místo 1. Průměrná
hodnota je 196 HB pro místo 3, 200 HB pro místo 2 a 203 HB
pro místo1.
Teplotní pole na ramenech v čase 250 s je na obrázku 14 v příloze.
Křivky chladnutí pro tyto tři místa jsou na obrázku 16 a
17 v příloze - detail v čase do 500s. Vidíme, že
nejrychleji chladnoucím místem je místo 1. Tomu odpovídá
i nejvyšší průměrná tvrdost - 203 HB. Následována místem
2 a 3. To odpovídá i naměřeným hodnotám tvrdosti. Díky
dostatečnému množství naměřených dat je, v kapitole 11,
provedeno kompletní statistické vyhodnocení.
10.6. Měření rychlosti ultrazvuku
Pro potřeby měření rychlosti ultrazvuku cL na třmenech
bylo použito stejných vzorků jako pro následné měření
tvrdosti a struktury, tj. z odlitků č. 1 až č. 31 obrobeny
čela a ramena. Pro eliminaci chyb měření ultrazvukem, je
tloušťka obou druhů vzorků vždy stejná (plochy broušeny).
Tak jsme vyloučili možné nepřesnosti ovlivněné nestejnou
tloušťkou jednotlivých vzorků. Obdobně jsme postupovali při
měření rychlosti cL na odlitku válce. Abychom se
vyvarovali, resp. odhalili chyby při měření, využili jsme
opět zásad plánovaného experimentu. Měřící místa na
jednotlivých vzorcích byly voleny do kříže Ţ
nepostupovali jsme plynule po kružnici.
Na čelech třmene probíhalo měření na osmi (vzorek č. 1
- 8 a vzorek č. 17 - 31), respektive na dvanácti místech
(vzorek č. 9 - 16). Rozmístění měřících bodů je stejné
jako u měření tvrdosti, pořadí míst je po směru hodinových
ručiček. Celkem tedy bylo měřeno 96x na 12-ti místech a
184x na místech 8-mi.
Druhým typem vzorků na třmenech jsou ramena, kde bylo měřeno
vždy na třech místech a celkem na 42 vzorcích Ţ celkem
126 měření.
Cílem měření bylo prokázat vztah mezi absolutní
rychlosti ultrazvuku a dalšími vlastnostmi matrice - v našem
případě tvrdosti HB na stejných místech. A to vše v
souvislosti s teplotním polem při chladnutí odlitku třmene.
V příloze na obr. 20 jsou uvedeny křivky chladnutí pro čtyři
místa na čele třmene po 900 a na obr. 21 pro dvanáct míst
na čele třmene (po 300).
Přístrojové vybavení: pro všechna měření rychlosti
ultrazvuku bylo použito přístroje KARL DEUTSCH D-56
Wuppertal 1, ECHOMETR 1060, sonda HB 2 - 10 MHz o průměru 10
mm, akustická vazba - olej.
V tabulce 13 jsou průměrné hodnoty absolutní rychlosti
ultrazvuku cL [m/s] pro měření na 12-ti místech.
V příloze na obr. 26 jsou vyneseny naměřené hodnoty
rychlosti, se spojnici pro jednotlivé vzorky. Je vidět, že
rychlost cL má závislost na místě měření po obvodě,
jak to doku-mentuje graf 27 v příloze.
Na obrázku 27 v příloze je spojnice průměrných hodnot
pro měření na 12-ti místech. Je znát, že minimum hodnot
je v poloze 3 - 5, tj. v podobných místech jak minimum při
měření tvrdosti HB.
V tabulce 14 jsou průměrné hodnoty rychlosti ultrazvuku
[m/s] pro měření na 8-ti místech a v příloze na obr. 28,
obr. 29, obr. 30 a obr. 31 jsou vyneseny naměřené hodnoty
rychlosti, se spojnici pro jednotlivé vzorky. Na obrázku 32
v příloze je spojnice průměrných hodnot pro měření na
8-mi místech.
V tabulce 15 jsou průměrné hodnoty pro jednotlivé vzorky,
kde bylo měřeno na 12-ti místech. V tabulce 16 jsou průměrné
hodnoty pro jednotlivé vzorky, kde bylo měřeno na 8-mi místech.
Značení vzorků odpovídá označení odlitků třmene, jehož
pořadí respektuje tok výroby.
Při hodnocení obrázku 27 v příloze je vidět, že rozptyl
hodnot u jednotlivých měření není příliš velký
(maximum je 59 ms-1, průměrný rozdíl je 27 ms-1, což představuje
cca 0,5% z absolutní hodnoty rychlosti), viz tab. 17 (pro měření
na 12-ti místech) a tab. 18 (měření na 8-mi místech).
Ve slévárně Motor JIKOV a.s. je stanovena směrodatná
hodnota rychlosti cL 5630 ms-1. Pásmo rozptylu je v rozmezí
± 50 ms-1 (5580 -5690 ms-1). Z toho vyplývá, že hodnoty
stanovené slévárnou nebyly, při měření na 12-ti místech
na čele, až na vzorek č.12, nikde překročeny (u vzorku č.
12 je minimální hodnota 5576 ms-1).
U měření na 8-mi místech, byly hodnoty stanovené slévárnou
u vzorku č.4 a č. 20 překročeny (u vzorku č. 4 je minimální
hodnota 5559 a u vzorku č. 20 - 5567 ms-1).
Z tohoto rozboru je vidět, že při hodnocení kvality odlitků
je třeba vyházet z vlastností celého odlitku. Nejen tedy z
dvou či tří míst, kde se provádí výrobní kontrola.
V příloze jsou grafy naměřených hodnot: Na obrázku 26
jsou hodnoty pro měření na vzorcích č. 9 - 16 (pro měření
na 12-ti místech), na obrázku 28 pro vzorky č. 1 - 6 (pro měření
na 8-mi místech), na obrázku 29 pro vzorky č. 7,8, 17 - 20
(pro měření na 8-mi místech), na obrázku 30 pro vzorky č.
21 - 26 (pro měření na 8-mi místech) a na obrázku 31 pro
vzorky č. 27 - 31 (pro měření na 8-mi místech).
Měření rychlosti ultrazvuku na ramenech třmene
Druhou oblastí na odlitku třmene, kde probíhala měření
jsou ramena. Na nich bylo měřeno vždy na třech místech,
tj. celkem na 21 odlitcích po dvou ramenech a na každém na
třech místech Ţ celkem 126 měření. Průměrná hodnota
ze všech měření je 5548 ms-1, minimální hodnota je 5387
a maximální 5634 ms-1.
Podobně jako u hodnocení tvrdosti i zde je v místě 1, které
chladne nejrychleji dosaženo nejvyšší hodnoty - 5556 ms-1.
Místo 2 má průměrnou hodnoty rychlosti ultrazvuku 5550 ms-1
a místo 3, které chladne nejpomaleji, má nejnižší
hodnotu rychlosti - 5549 ms-1.
Přestože rozdíly mezi rychlostmi cL jsou velmi malé, počítačová
simulace dobře odpovídá předpokládaným závěrům.
Podrobný statistický rozbor všech měření tvrdostí a
rychlosti cL je proveden v kapitole
11.
10.7. Měření rychlosti ultrazvuku na třmenech v provozu
V rámci experimentálních prací proběhlo rovněž měření
na odlitích třmene přímo v provozu slévárny MOTOR JIKOV
České Budějovice. Místa měření odpovídala místům měření
v provozu - obr. 50, plochy nebyly obrobeny. To se samozřejmě
projevilo ve variačním rozpětí = 115 ms-1.
Obr. 50 Místa
měření na třmenech v provozu
Pro měření bylo použito stejného měřícího zařízení
jak u ostatních měření rychlosti ultrazvuku na třmenech.
Neboť plochy nebyly obrobeny, hodnotili jsme i to, zda se na
měření projeví tloušťka prozvučované vrstvy. Na obr.
33 v příloze je graf zobrazující všech 50 měření (na
25 odlitcích) v závislosti na pořadí měření.
Na obrázku 34 v příloze je závislost naměřených hodnot
rychlosti cL v závislosti na prozvučované tloušťce vrstvy
kovu. Z grafu je patrná mírná korelace (r < 0,1). Pro
hlubší studium by bylo nutné analyzovat větší rozsah
vzorků o podstatně větším rozsahu tloušťek.
Průměrná hodnota ze všech měření je 5729 ms-1, minimální
hodnota je 5677 a maximální 5792 ms-1. Podrobnější rozbor
a porovnání jednotlivých měření je v nadcházející
kapitole.
10.8. Mikrostruktura třmene
Na odlitku třmene jsme prováděli vyhodnocení feriticko-perlitické
matrice a parametrů grafitu. Hodnocení mikrostruktury bylo
analyzováno nejprve u třmenů v místech umístění termočlánků
(odlitek třmene č. 1 a č. 2), dále pak na ploše třmene
na čelech, kde byly vyhodnocovány i rychlosti šíření
ultrazvuku a hodnoty tvrdosti.
Vyhodnocení mikrostruktur bylo prováděno na světelném
mikroskopu NEOPHOT 32 při 100 x zvětšení podle normy ČSN
42 0461 [97]. Vyhodnocení tvaru a velikosti grafitu bylo určováno
ve stavu neleptaném a základní kovová hmota ve stavu
leptaném za použití prostředku 2,5 % Nital.
Vyhodnocování feriticko-perlitické základní hmoty a
parametrů grafitu bylo provedeno v laboratořích odboru slévárenství,
část experimentální práce včetně fotodokumentace jsme
nechali udělat v laboratořích odboru strukturní a fázové
analýzy na Ústavu F. Píška, VUT FSI.
Obsah perlitu v místě umístění termočlánku v odlitku třmene
č. 1 je 20 %, třmene č. 2 - 30 % perlitu. Dále byla na
stejném místě analyzována struktura i u odlitků č. 3 -
č. 7, neboť toto místo je určeno smlouvou mezi slévárnou
Motor JIKOV ČB a jejím odběratelem třmenů autobrzd.
Parametry matrice a grafitu v místech umístění termočlánků
na vzorcích 1 - 7:
Vzorek č. 1 80% VI 7 + 20% VI 8 - P20
Vzorek č. 2 90% VI 7 + 10% VI 8 - P30
Vzorek č. 3 20% VI 6 + 70% VI 7 + 10% VI 8 - P15
Vzorek č. 4 10 %VI 5 + 60% VI 7 + 30% VI 8 - P40
Vzorek č. 5 10% VI 5 + 90% VI 7 - P30
Vzorek č. 6 60% VI 6 + 40% VI 8 - P30
Vzorek č. 7 70% VI 6 + 30% VI 7 - P25
Označení odpovídá značení dle ČSN 42 0461 [97].
Tyto hodnoty struktury odpovídají dalším měřením
provedeným přímo v laboratořích slévárny litiny Motor
JIKOV České Budějovice, které bylo následující (tab.
19) a to dle osvědčení EN 10204-3.1 B:
Dále probíhalo na stejných sedmi vzorcích třmenů (č. 1
- č. 7) komplexní hodnocení feriticko-perlitické hmoty na
čtyřech místech na čele - obr. 51. Bylo zjištěno, že
množství perlitu se mění jak na poloze měřeného místa
na odlitku, tak i podle polohy po šířce stěny a to tak, že
množství perlitu se zvyšovalo od vnějšího okraje směrem
do středu stěny až na množství 45 - 65 %. U vnitřního
okraje stěny naopak poklesl obsah perlitu přibližně na 25
% (červená šipka v obrázku 51). Zbývající množství základní
kovové hmoty je ferit. Teplotní pole pro čelo třmene jsou
v příloze ke kap. 10 na obrázcích 18 a 19, křivky
chladnutí pro čtyři místa na čele třeme na obrázku 20 v
příloze.
Naměřené hodnoty obsahu perlitu jsou zaneseny do tabulky 1
v příloze. Fotodokumentace pro vzorky č. 1 až 7 je v příloze
na CD ROMu, a to na obrázcích 42 - 55. Snímky zobrazují při
200x zvětšení místo na vnějším okraji a ve středu šířky
stěny.
V místě 1 je průměrné množství perlitu 29% (minimum je
20% a maximum 40%), v místě 2 je průměrné množství
perlitu 45% (minimum je 40% a maximum 50%), v místě 3 je průměrné
množství perlitu 27% (minimum je 20% a maximum 35%) a v místě
4 je průměrné množství perlitu 31% (minimum je 20% a
maximum 40%). Je vidět, že obsah perlitu, resp. feritu je závislý
na poloze a to ještě výrazněji, než-li je tomu u hodnot
tvrdosti či rychlosti ultrazvuku.
Čelo třmene odlitku jsme dále analyzovali na dalších
sedmi odlitcích - č. 9 až 15 a to každý na 12-ti místech,
stejných jak pro vyhodnocování rychlosti cL a tvrdosti HB.
Hodnoty z měření obsahu perlitu na vzorcích č. 9 - č. 15
jsou v tabulce 2 v příloze. Průměrné množství perlitu
na jednotlivých místech je od 20 % u místa 6 do 42 % na místě
3.
Průměrné obsahy perlitu, ať již změřených na 12-ti či
na čtyřech místech na čele třmene, jsou seřazeny v
tabulce 3 a), b) v příloze. Průměrná hodnota obsahu
perlitu je přes 32 % a geometrický průměr je 30 %. V
kapitole 11 je podrobná statistika obsahu perlitu na vzorcích
z třmenů.
Na obrázku 35 v příloze je zobrazeno průměrné množství
perlitu po průřezu čela odlitku (měření na 12-ti místech).
Na obrázku 36 v příloze je graf množství perlitu na
odlitcích třmene - 9 až 15. Z hodnot měřených na 12-ti místech
je potvrzeno, že obsah perlitu je silně závislý na poloze
na odlitku.
Hodnocení u odlitků třmenů č.1 - č. 7a č. 9 až č. 15
místy překračují smluvní hodnoty (obsah perlitu až 50
%). Z grafů jednotlivých měření, tak i z jejich průměrného
obsahu je vidět, že obsah strukturních složek je závislý
na jejich poloze na odlitku, resp. na poloze teplotního pole.
Při analýze příčin byla znovu provedena analýza chemického
složení u třmenů. Byly náhodně vybrány další dva
odlitky - č.12 a č.14. Experiment byl proveden v laboratořích
společnosti Motor JIKOV České Budějovice. Chemické složení
je analyzováno po obvodu čela třmene na čtyřech místech
(větší počet nebyl volen z technologického důvodu). Výsledné
hodnoty jsou v tabulce 20 a tab. 21.
Lze konstatovat, že na základě proběhnuvšího měření
se chemické složení významně neliší po průřezu čela
třmene.
Strukturní charakteristikou, kterou jsme hodnotili byly i
parametry grafitu. Místa vyhodnocování jsou opět na čele
třmene a to na pěti místech. Čtyři místa jsou na obvodu
odlitku totožná z místy (č.3) dřívěj-šího měření,
a jedno místo je v části dle obrázku 52.
Měření parametru grafitu probíhalo na odlitcích č. 9 -
15. Účelem experimentu bylo zhodnotit vliv místa na odlitku
na počet částic grafitu, jeho velikost a zrnitost
(dokonale/nedokonale zrnitý). V tabulkách 4 - 10 v příloze
jsou uvedeny veškeré naměřené hodnoty. V tabulce 11 jsou
průměrné hodnoty ze všech měření.
Největší průměrný počet grafitu (54 globulí) je v místě
4 a nejnižší (37 globulí) v místě 5. Podívejme se nyní
na obrázek 18 v příloze. Lze určit, že místo 1 je
nejrychleji chladnoucí, zatímco místo 5 - naopak,
nejpomaleji. To přesně odpovídá teorii o tvorbě parametrů
grafitu.
Nejčastější velikost grafitu je velikost 8 a to v místě
4 přes 33 globulí, což je přes 60% všech objektů na ploše.
Nejméně zastoupená velikost je velikost 6, kde jen v místě
3 překračuje v průměrném množství 4 globule. Nejméně
grafitu velikosti 6 je v místech 2 a 4 - průměrně jen 3
globule, což představuje 7% v místě 2, resp. 5,4 % v místě
4.
Nejdokonaleji zrnitý grafit je v místě 3 a to průměrně
41 globulí, což představuje přes 85 % ze všech grafitu v
dané oblasti. Nejméně pravidelný je v místě 4, kde je
jen 73 % globulí pravidelných.
Na obrázku 37 v příloze je graf naměřeného množství
grafitu na čele odlitku. Na obrázku 38 je graf průměrného
množství grafitu pro jednotlivá analyzována místa Ţ je
opět vidět závislost na poloze na odlitku.
Na obrázku 39 je zobrazen počet pravidelného grafitu na čele
a na obrázku 40 je jeho průměrné množství. Zde se ještě
výrazněji projevuje vliv místa na čele třmene. Na obrázku
41 je procentuální podíl pravidelného grafitu po průřezu
odlitkem.
V obrazové části přílohy na CD ROMu jsou na obrázcích
56 - 71 - snímky plochy vzorku, kde probíhalo vyhodnocování
grafitu. Zvětšení je 100x, vzorky byly odebírány ze středu
šířky stěny čela třmene. Snímky dokumentují stav
neleptaný a leptaný Nitalem 2,5%.
Podrobný rozbor parametrů grafitu je v kapitole 16, kde jej
budeme hodnotit za využití metod obrazové analýzy a počítačové
simulace.
10.9. Počítačová simulace třmene
Na obrázku 20 v příloze jsou křivky chladnutí pro čelo třmene
- měření na čtyřech místech. Je vidět, že nejpomaleji
chladnoucím místem je místo 3, následované místem 2. S
rozdílem cca 250C následujíc křivky chladnutí pro místa
1 a 4. Na obrázku 21 v příloze jsou vyneseny křivky
chladnutí pro měření na 12-ti místech pro čas do 160 s.
Rozdíly mezi nejrychleji chladnoucím místem a nejpomaleji
je cca 250C, ale na počátku chladnutí je rozdíl mezi křivkami
až 500C.
V místě umístění termočlánků bylo experimentem zjištěno
25 - 35% perlitu a zbývající množství feritu. Ze simulace
je obsah perlitu 35 % a zbývající množství feritu. To
dokumentují obrázky 72 a 75 v příloze. Obsah feritu na
rameni je od 59 do 63% (obr. 74 v příloze).
Počítačová simulace mikrostruktury docela přesně určila
strukturu zjištěnou z experimen-tálního měření. Když
se podíváme na obrázek 76 v příloze, kde je zobrazen řez
čelem třmene vidíme, že v místě 2 je ze simulace obsah
periltu 41% a z experimentu průměrné množství 45% (od 40
do 50%). V místě 3 je ze simulace 38% perlitu a z
experimentu 27% (od 20 do 35%), v místě 4 je ze simulace
obsah perlitu 40% a z experimentu 31% (od 20 do 40%). Největší
rozdíl je v místě 1, kde je ze simulace obsah perlitu 42% a
z experimentu průměrně jen 29% (od 20 do 40%).
Rozdíly jsou dány odlišnosti chemického složení slitiny
z experimentu a daty pro materiál, vloženým do databanky
simulačního programu SIMTEC, který byl použit pro výpočet
teplotního pole.
10.10. Teplotní pole experimentálního válce
Cílem lití tohoto odlitku bylo vytvořit co nejjednodušší
odlitek, který by zajistil co nejjednodušší teplotní pole
Ţ tvar válce. Rozměry válce jsou: délka 205 mm, průměr
64 mm, slitina ČSN 42 2305.
Dostatečně velké plochy dovolují po obrobení měřit
rychlosti průchodu ultrazvuku, parametry grafitu, strukturu
matrice a tvrdost. Díky kruhovitému tvaru jednotlivých řezů
lze měřit v několika osách a výsledky vzájemně porovnávat.
Teplotní pole se mění "jen" od středu odlitku ke
stěnám a to rovnoměrně ve všech směrech, a po výšce
odlitku.
Na počátku 10. kapitoly bylo popsáno měření teplotního
pole odlitku třmene, stejně se postupovalo při měření TP
experimentálního válce.
Podmínky lití
Válec byl odléván do kokily z materiálu LLG ČSN 42 2420,
ručně z pánve. Její tvar a rozměry jsou na obrázku 53.
Na obrázku 54 je fotodokumentace připravené kokily. Teplota
pánve při lití 14000C - odečteno z optického pyrometru.
Použité termočlánky:
Ni - NiCr, průměr drátku F 0,5 mm, průměr ochranného
obalu F 2,8 mm. Materiál ochrany korund. Špička termočlánku
byla z jemně rozemletého korundového prášku spolu s vodním
sklem a vytvrzené pomocí CO2 a posléze vyžíháno.
Měřící aparatura:
Signál z měřících termočlánků byl veden do
vyhodnocovací jednotky v notebooku TAQ book 100 přes AD převodník.
Vyhodnocovací pomocí software - TAQ View od firmy Omega.
Materiál kokily: ČSN 422420, podélná půlená forma
Rozměry:
Vnější průměr D = 140 mm
Výška L = 240 mm
Průměr vnitřní dutiny: d = 62 mm
Výška vnitřní dutiny: l = 195 mm
Teplota formy při lití: T = 180C
Bylo použito pěti termočlánků, rozmístěných v dutině
kokily dle nákresu obr. 55. Zde vidíte rozložení měřících
míst v úchytné desce, která se nacházela připevněna na
horní ploše kokily jak je vidět z obr. 54. Na obr. 56 jsou
zakótované polohy termočlánků v desce. V ose odlitku se
nacházel termočlánek č. 1. Volba rozmístění termočlánků
byla volena s ohledem na celkový popis teplotního pole v
odlitku po ploše, při zachování technologie lití, tj. ruční
horem z pánve.
10.11. Vyhodnocení teplotního pole
Vyhodnocení křivek chladnutí bylo provedeno stejně jak pro
odlitek třmene. Nejprve byla provedena analýza naměřených
dat pomocí softwarového balíku Mathcad 7, jejímž účelem
bylo zjištění důležitých teplot a časů, které jim přísluší.
Analýza křivek chladnutí odlitku válce spočívala jak v
určení důležitých teplotních a časových okamžiků na
křivkách chladnutí, tak i v pokusu interpolovat křivku
chladnutí polynomem. Záznam z vyhodnocování naměřených
hodnot je v příloze k této kapitole na CD-ROM, spolu s
proložením příslušným polynomem.
Vidíme, že ve všech pěti případech je nutné použít
polynomu sedmého stupně, neboť užití nižšího řádu
nezachycuje dostatečně dobře teplotní průběh.
Vyhodnocené křivky chladnutí a charakteristické hodnoty
teplot a jim příslušející časy jsou v tabulce 22. Pro
porovnání jsou v tabulce zaneseny i hodnoty z měření na třmenech.
Měření ve válci je termočlánek č. 1 až termočlánek
č. 5, ve třmenech - termočlánek č. 1 a č. 2.
V příloze ke kapitole jsou uvedeny křivky chladnutí
odlitku experimentálního válce.
V grafu 9 je zobrazen časový průběh všech pěti křivek
chladnutí pro celý měřený průběh, tj. do 1800s. Na obrázku
10 v příloze je zobrazen jejich průběh pro počátek děje,
včetně eutektoidní prodlevy do 400 s. Na grafu 11 je
teplotní pole do 200 s, kde je velmi patrná eutektická
prodleva, která je nejvýznamněji vidět na křivce 1. Jedná
se o měření na termočlánku, která byl ve středu
odlitku. Na dalších křivkách chladnutí je znát alespoň
změna sklonu křivky.
Na grafu 12 je časový úsek zachycující eutektoidní fázovou
přeměnu. Na grafu 13 je úsek do 50 s od počátku děje lití
kovu a zobrazuje dosažení a průběh maxima teploty na
jednotlivých termočláncích.
Neboť při tomto měření byl hlavní teplotní tok kolmý
na měřící termočlánky a tyto byly v dostatečné hmotě
odlitku, lze považovat zde naměřené hodnoty za zachycení
skutečného stavu teploty tak, jak byl v odlitku válce -
viz. rozbor přesnosti měření v kapitole
12.
Odlitek válce byl podroben nejkomplexnějšímu vyhodnocování
tvrdosti HB a rychlosti ultrazvuku cL ze všech odlitků v této
práci. Důvodem bylo nejen korektní změření teplotního
pole a to na pěti místech na jednom odlitku, ale především
"dostatek" vhodných ploch, které bylo možné použít
pro měření jak tvrdosti, tak i měření rychlosti
ultrazvuku.
Na obr. 57 je rozdělen válce na čtyři vzorky, které bylo
provedeno v mechanické dílně VUT FSI, odbor slévárenství.
Červená šipka na obrázku označuje směr válce v kokile a
míří proti zemské tíži. Na horním a spodním konci
odlitku byly obrobeny vrstvy zasažené smrštěním a zarovnány
na rovnoběžné plochy.
Plocha každého válce byla rozdělena pomyslnou pravidelnou
síti na 37 uzlových bodů v nichž probíhalo měření. Schéma
rozdělení bodů na ploše válce je v příloze v tab. 12.
V tabulkách tab. 13 až tab. 18 v příloze jsou výsledky měření
rychlosti ultrazvuku cL v [ms-1]. Použitý měřící přístroj
KARL DEUTSCH D-56 Wuppertal 1, hlavice DS6, HB2-10 1432,001.
V tab. 13 v příloze je měření na vzorku A - řez 1. Z důvodu
umístění termočlánku nebylo možné všechna místa odměřit.
Proto jsme část uzlových bodů doplnil souměrnými měřeními
z protilehlé strany odlitku (modře označeny). Tloušťka měřeného
vzorku A byla 28,2 mm.
V tab. 14 v příloze je měření na vzorku B - řez 2. V důvodu
umístění termočlánku a vady na odlitku nebylo možné dvě
místa odměřit. V tab. 16 označené tmavě zelenou barvou.
Tloušťka měřeného vzorku B byla 29,9 mm.
V tab. 15 v příloze je opětovné měření na vzorku B - řez
2, avšak z druhé strany. Díky tomu jsme dostali opakované
měření, z kterého jsme vypočetli průměrné hodnoty -
tab. 5.
V tab. 16 v příloze jsou průměrné hodnoty ze dvou měření
vzorku B - tab. 3 a tab. 4. Měření byla prováděna přesně
na druhé straně ve stejných uzlových bodech. Na místech,
kde chyběla měření byla hodnota dosazena jen z jednoho měření.
V tab. 17 v příloze je měření na vzorku C - řez 3. Tloušťka
měřeného vzorku C byla 37,0 mm.
V tab. 18 v příloze je měření absolutní rychlosti
ultrazvuku na vzorku D - řez 4. Tloušťka měřeného vzorku
D byla 38,0 mm. Kompletní statistické vyhodnocení rychlosti
ultrazvuku spolu s tvrdostí HB je v kapitole
11.
10.12. Chemická analýza
Než přistoupíme k hodnocení rychlosti cL na odlitku,
nejprve se podívejme na výsledky chemické analýzy. Ve slévárně
Motor Jikov České Budějovice, byla provedena analýza a to
v každém řezu válce A až D na dvou místech. První
hodnota je cca ze středu (vyosení kvůli umístění termočlánku
o 5 mm) a druhé místo měření bylo v 1/2 od středu ke
kraji. Výsledné hodnoty chemického složení jsou v tab.
23.
Z hodnot chemického složení v tab. 23 je patrný mírný
trend v zastoupení prvků v jednotlivých vzorcích po výšce
odlitku válce. Hodnota obsahu uhlíku C je nejnižší na
vrcholu válce - vzorek A, se zvyšováním obsahu až do
vzorku C. Pokles, nebo stagnace mezi vzorky C a D. To platí u
obou sledovaných míst na ploše.
Obdobně u obsahu křemíku Si, maximum v zastoupení je ve středu
odlitku - vzorky B a C, s poklesem k vrcholu a k horní a
spodní části válce.
Zajímalo nás rovněž, jak se mění chemické složení (a
zda-li se mění) po průřezu odlitkem. Požádali jsme
pracoviště VUT FSI, Odbor Strukturní a fázové analýzy, o
určení chemického složení na vzorku C (střed výšky válce)
přes jeho šířku. Místa měření jsou na obr. 58.
Vyhodnocování probíhalo v místech naznačených na obr. 58
a to dvakrát, jednou byla místa pro odběr vzorků velká
0,5 mm2
Grafické porovnání chemického složení při měření na
ploše 2 mm2 a 0,5 mm2 je v grafech v příloze 82 - 86. Vidíme,
že u analýzy obsahu uhlíku jsou v obou měřeních dosaženy
stejné, nebo velmi blízké, hodnoty. Zároveň je znát, že
nejnižší hodnota obsahu uhlíku (obr. 82 v příloze) je ve
středu odlitku a to 3,12 %, zatímco ke krajům hodnota stoupá
až na 6,81, resp. 11,72 %. U samého okraje však hodnoty
klesají o cca 1%.
Při porovnání obou průběhů při analýze křemíku (obr.
83 v příloze) ze dvou analýz je znát, že relativní rozdíl
je o něco vyšší. Přesto obě měření vystihují stejný
průběh. U analýzy vidíme, že zde je naopak nejvyšší
množství ve středu odlitku a to 2,74 (2,84) %. Hodnota k
okraji klesá až na 2,58%, resp. pod 2,4%. A ke stěně
naopak trochu roste, nebo stagnuje.
U měření obsahu manganu (obr. 84 v příloze) je největší
neshoda, ale to až od místa 4. Pro analýzu v místech 1 až
3 je shoda v průběhu při obou měřeních. Další průběh
je lépe zachycen u měření na ploše 2 mm2, neboť u tohoto
měření je analyzována větší plocha, čímž je menší
náchylnost na místní nehomogenitu. Za druhé, odlitek byl
souměrný, a dá se předpokládat, že tato souměrnost se
projeví i u tohoto měření, alespoň v trendu a to platí
opět pro měření na větší ploše. Z něho je vidět, že
maximum je ve středu - 0,42 % Mn, ke krajům se hodnota snižuje
na své minimum - 0,25 % a ke stěně mírně vzrůstá.
Když se podíváme na analýzu chemického složení po výšce
odlitku válce - obr. 85 až 87 v příloze vidíme, že na
obrázku 85 je zobrazen obsah uhlíku a to ve středu odlitku
(místo 1) a ve středu vzdálenosti od středu ke kraji
odlitku (místo 2). Nejnižší množství C je v řezu 1,
teda na vrcholu odlitku. Postupně se jeho množství zvyšuje
až do řezu 3. V řezu 4 již množství uhlíku klesá (místo
2), nebo stagnuje (místo 1).
Na obrázku 86 je hodnocení obsahu křemíku po výšce
odlitku. Od řezu 1 jeho hodnota stoupá do řezu 2. Následuje
pokles až do řezu 4 - spodní část odlitku a to u obou míst
měření, ve středu je to výraznější.
Na obrázku 87 v příloze je znázorněn obsah manganu po výšce
odlitku. U tohoto měření, podobně jako u měření po průřezu,
je největší odchylka mezi jednotlivými měřeními. Dá se
však říci, že od hodnoty v řezu 1 obsah Mn klesá, nebo
stagnuje. Mezi řezem 2 a 3 však jeho obsah stoupá a
dosahuje maxima. Ke dnu odlitku obsah Mn opět stagnuje nebo
klesá.
Při analýze chemického složení, ať již po výšce
odlitku, nebo po průřezech vidíme, že je ve všech směrech
odlitku značná chemická nehomogenita. Ta je zapříčiněna
podmínkami při lití a následnými procesy při tuhnutí a
chladnutí.
10.13. Rychlost ultrazvuku na odlitku válce
V příloze jsou zobrazeny absolutní rychlosti ultrazvuku
v jednotlivých řezech. Díky souměr-nosti jsme v grafech
zobrazili vždy po dvou měřeních kolmých na sebe v jednom
řezu.
Na obrázku 78 je absolutní rychlost ultrazvuku v řezu 1.
Vidíme, že nejvyšší hodnoty rychlosti jsou na okraji
odlitku (5771 ms-1), které byly ve styku s kovovou kokilou. Následuje
prudký pokles ke středu, avšak ve středu odlitku jsou
hodnoty rychlosti cL opět vyšší. To přičítáme chemickému
složení ve středu odlitku.
Podobný průběh vidíme i na obrázku 79, kde jsou hodnoty z
obou měření, které byly kolmé na sebe, velmi blízké.
Analogicky to platí i pro měření rychlosti v řezu 3 -
obr. 80.
Zatímco u spodního dílu - obr. 81, nejsou rozdíly v
rychlostech cL na jedné polovině odlitku již tak patrné.
Tuto nesouměrnost u souměrného odlitku přisuzuji chemickému
složení, které vzniklo v průběhu lití a tuhnutí. Lze se
však domnívat, že nejvyšší hodnoty jsou na okrajích
odlitku, které bylo ve styku se stěnou kokily. Kompletní
statistické vyhodnocení je v kapitole
11
10.14. Měření tvrdosti
Metoda dle Brinella
Průměr kuličky 2,5 mm
Čas zatížení 10 s
Tlačná síla 187,5 kp
Podobně jako u hodnocení absolutní rychlosti ultrazvuku
bylo i u měření tvrdosti dle metodiky HB, hodnocen průběh
tvrdosti na jednotlivých vzorcích A až D na odlitku válce.
Na stejných (tabulka 12 v příloze) 37 místech na řezu válcem
probíhalo měření. V obou případech si místa měření
odpovídají, včetně jejich pořadí.
V příloze v tabulkách 19 až 23 jsou naměřené hodnoty.
Na obrázku 88 v příloze je průběh tvrdosti HB ve vzorku
A. V každém grafu je po dvojici křivek spojující hodnoty
ve dvou kolmých směrech na sebe. Hodnoty na okraji dosahují
přes 360 HB, zatímco ve středu klesají až k 260 HB. To představuje
více jak 30 % z absolutní hodnoty tvrdosti. Na obrázku 89
je záznam tvrdosti ze vzorku B. I zde dosahují nejvyšší
hodnoty HB na okraji odlitku - 340 HB s poklesem ke středu na
239 HB. I zde se potvrzuje, že hodnoty v samém středu jsou
poněkud vyšší, než-li v okolí a tvoří zde lokální
maximum (255 HB).
Na obrázku 90 je průběh tvrdosti na vzorku C. I zde se
projevuje již známý trend - nejvyšší hodnoty na okraji
související jednoznačně s rychlým odvodem tepla a
poklesem do středu, kde však v samotném srdci odlitku se
hodnoty HB opět zvyšují - to je dle našeho mínění zapříčiněno
nehomogenním chemickým složením vzniklých při tuhnutí
do středu odlitku. Tento závěr potvrzují obrázky 82 - 87
v příloze, které zachycují chemické složení po řezu
odlitkem. Na obrázku 91 je tvrdost v řezu D. Zde se nejvýrazněji
potvrzuje již zmíněná závislost tvrdosti na poloze v řezu
válcem.
Kompletní statistické vyhodnocení je v
kapitole 11.
10.15. Vztah mezi tvrdostí a rychlosti ultrazvuku na
odlitku válce
Neboť máme k dispozici rozsáhlé soubory dat měření
absolutní rychlosti ultrazvuku a hodnot tvrdosti HB a to na
identických místech, dali jsem tyto dva soubory dat do
korelace. Na grafu 14 v příloze je závislost tvrdosti a
rychlosti v řezu A. Naměřenými body jsme proložili křivkou
vyjadřující vzájemný vztah obou souborů dat. Jako
nejvhodnější se jeví polynom třetího stupně, avšak i
zde je koeficient korelace malý R2 = 0,40.
Na grafu 15 v příloze je tatáž závislost pro vzorek B. Opět
i zde korelaci vyjadřuje polynom třetího stupně. Zde však
již s podstatně silnější korelací R2 = 0,75. Podle průběhu
polynomu, a fyzikálnímu základu však soudíme, že daná
rovnice a platnost polynomu je jen na daném intervalu, neboť
u hodnot nad 2750 ms-1 křivka klesá, což je z technického
základu neopodstatnělé.
Na grafu 16 je regresní polynom třetího řádu pro
závislost dvou veličin na vzorku C. Koeficient korelace R2 =
0,64, i zde křivka již od hodnoty 5690 ms-1 klesá.
Závislost mezi tvrdosti a rychlosti ultrazvuku pro čtvrtý
vzorek D vyjadřuje graf 17. Polynom třetího stupně je s
korelaci R2 = 0,69.
Na grafu 18 jsou vloženy všechna měření obou souborů do
jednoho obrázku. Polynom třetího stupně s velmi nízkým
koeficientem korelace R2 = 0,24 vyjadřuje, že jednotlivá měření
vskutku pocházejí z rozličných statistických souborů a
vkládat je do jednoho grafu není opodstatnělé. Rovněž
lze konstatovat omezenost zjištěných korelačních rovnic
jen na interval hodnot pro které byly naměřeny.
To dokazuje i graf 19, který zobrazuje tytéž hodnoty jako
graf 18, ale zde jsou barevně odlišeny měření na
jednotlivých řezech. Zřetelně vidíme jednotlivé oblasti
hodnot.
Lze předpokládat, kdyby hodnoty tvrdosti HB a rychlosti
ultrazvuku byly měřeny na odlitku s homogenním chemickým
složením, byly by koeficienty korelace mezi těmito
vlastnostmi mnohem vyšší. Z provedených experimentálních
prací je zřejmé, že chemická nehomogenita je průvodní
jevem všech odlitků a výrazným způsobem ovlivňuje
výsledné vlastnosti.
V technické praxi se měření rychlosti cL používá především
k určení hodnoty pevnosti Rm. Pro omezenost měřit tuto
vlastnost na odlitcích, jsou hodnoty cL vztaženy k měření
tvrdosti HB.
10.16. Mikrostruktura experimentálního válce
Vyhodnocování mikrostruktury bylo provedeno i na odlitku
válce a to na části odlitku, kde se nacházejí konce měřících
termočlánků, tj. na vzorku C - řez 3. Vyhodnocení je v
tab. 21 a na obr. 92 v příloze. Místa odběru jsou rovnoměrně
přes průřez - obr. 58. Obsah perlitu je na okraji válce 25
až 30 %, v jeho středu 45 až 50 % (zbývající podíl
feritu).
Druhým souborem měření je určení parametrů grafitu. Měření
bylo prováděno na jednotlivých řezech 1 - 4 (mezi vzorky A
až D) a to na 7- mi místech rovnoměrně přes průřez. Na
obrázku 93 v příloze je množství globulí grafitu v
jednotlivých řezech. Přes omezené množství dat je vidět,
že průběh kopíruje křivky hodnot tvrdosti a rychlosti
ultrazvuku. Nejvyšší hodnoty jsou na okraji s poklesem do
středu, s lokálním extrémem v ose válce. Pro potvrzení
tohoto opatrného závěru by však bylo nutné provést větší
počet měření.
Zajímavý je průběh na obrázku 94 v příloze, který
zobrazuje velikost grafitu v jednotlivých řezech. Zde je vidět,
že největší velikost grafitu je na okraji odlitku, a to i
přestože je zde jeho nejvyšší počet. Pokles velikosti směrem
k ose odlitku. Největší velikost grafitu je v řezu 1 - přes
velikost 8 a na okraji mezi 8,5 - 9. A naopak nejmenší
velikost grafitu je v řezu 2 - mezi 7 - 7,5, nejméně v
místě 4 a 5 pod velikosti 7.
10.17. Simulace teplotního pole na válci
Simulaci teplotního pole jsme prováděli s ohledem na přiřazení
teplotního pole v jednotlivých řezech odlitku
experimentálně zjištěným hodnotám tvrdosti a absolutní
rychlosti ultrazvuku.
Porovnání hodnot z experimentu a ze simulace je v tabulce
26, spolu s rozdíly mezi křivkami chladnutí vzešlých z
experimentu a ze simulace. V příloze na obrázku 98 až 100
jsou porovnaní křivky chladnutí ze simulace a z experimentu
pro měření termočlánky 1 - 5.
V příloze jsou rovněž zobrazeny teplotní pole
jednotlivých řezů a navíc i teplotní pole na vršku
odlitku, který byl ve styku s okolním vzduchem. Označení
řezů je zobrazeno na obrázku 103 v příloze.
V příloze na obr. 101 je teplotní pole v čase 10 s pro
pohled na celý odlitek. Orientace odlitku je tak, jak byl při
odlévání, tj. dolní část odlitku v kokile, otevřený vršek.
Na obrázku jsou vidět svislé tmavší pruhy na povrchu svědčící
o chladnějších místech. To je však chyba počítačové
simulace, neboť odlitek byl, stejně jako kokila, souměrný
a tak i výsledné teplotní pole musí být souměrné po
obvodu.
Na obrázku 102 je vidět rozložení teploty v řezu odlitku.
V čase 10 s chladnutí pokračuje od stěn do středu
odlitku, tedy podle předpokladu. V tomto čase je ještě
rozložení teploty nezávislé na poloze odlitku v kokile.
Na obrázku 104 je teplotní pole na vršku odlitku, který
byl ve styku se vzduchem, obrázek 105 již dokumentuje TP v
čase 100 s v řezu 1 a na obrázku 106 v řezu 2, které v
tomto čase akumuluje teplo odlitku a dosahuje nejvyšší
teplotu. Na obrázku 107 je teplotní pole v řezu 3. Na
obrázku 108 je TP na posledním řezu č.4. Tomu svědčí i
rychlý odvod tepla do chladného kovu, který se následně
zpomalil, neboť došlo k prohřátí kokily, neboť při
tomto měření byla kolika nepředehřátá, tj. odlévalo se
do studené kokily o teplotě 180C.
Závěr:
Měření na odlitku válce jednoznačně potvrdilo
závislost mezi polohou místa měření, respektive
rozdílným teplotním polem při tuhnutí a chladnutí a
chemickým složením na odlitku. To se, spolu s TP, následně
projeví v mechanických a strukturních vlastnostech litého
materiálu.
Závislost mezi hodnotami rychlosti ultrazvuku a tvrdosti HB
se podle předpokladu prokázalo, mnohdy s relativně
vysokými koeficienty korelace, avšak jen pro jednotlivé řezy.
Je vidět, že celý děj je velmi komplexní a podílí se na
něm řada dalších faktorů.
Chemické složení jako důsledek lití prokázal svoji
nehomogenitu jak po jednotlivých řezech, tak i po výšce
odlitkem. Jeho důsledkem jsou i rozdílné hodnoty parametrů
grafitu, které jsou závislé na poloze na odlitku.
Ve všech případech se prokázal obdobný trend (ať již
inverzní) vlastností - nejvyšší hodnoty na okraji odlitku
a nejnižší ve středu odlitku válce (tvrdost, rychlost cL,
chemické složení, parametry grafitu, feriticko -
perlitická matrice). Lze se oprávněně domnívat, že zjištěná
nehomogenita vlastností bude u tenkostěnných odlitků ještě
výraznější, což podstatným způsobem snižuje kvalitu
současného počítačového modelování.
10.18. Odlitek páky
Páka je komerčně vyráběný odlitek ve slévárně Motor
JIKOV České Budějovice a.s. (stav z roku 2000). Jedná se o
komponentu sloužící pro automobilový průmysl v koncernu
Volkswagen. Materiál odlitku je litina s kuličkovým
grafitem - ČSN 42 23 05. U tohoto odlitku nebylo provedeno měření
teplotního pole.
Analýza chemického složení byla uskutečněna v laboratořích
řízení jakosti společnosti Motor JIKOV České Budějovice
a.s. Výsledek pro jeden vzorek je v tabulce 27.
Základní kovová hmota feriticko - perlitická (perlit 25%,
ferit 75 %), tvar grafitu dokonale zrnitý 90%, nedokonale
zrnitý 10%. Velikost grafitu je 7 - 8.
Tab. 27 Chemické složení pro odlitek páky
Prvek C [%] Si [%] Mn [%] P [%] S [%] Mg [%] Cu [%]
Obsah 3,41 2,62 0,2 0,013 0,015 0,052 0,25
U tohoto odlitku jsme hodnotily jen absolutní rychlost šíření
ultrazvuku. Vzhledem k tvaru odlitku a jeho tloušťce, jsou
jediná možná místa pro odběr vzorků jeho konce (obr. 59)
- stejně jako při kontrole ve výrobě. Cílem experimentu
bylo porovnat naměření hodnoty rychlosti s měřeními
provedenými na dalších součástech ze stejné slévárny a
ze stejné slitiny.
Vzorky byly odděleny od zbylé části odlitků na strojní
pile při intenzivním chlazení v mechanické dílně VUT FSI,
odbor slévárenství. Obě čela výsledných válečků byly
broušeny ve stejné dílně na mechanické brusce.
Obr. 59 Pohled na odlitek páky s vyznačením míst odběru
vzorků pro analýzu
Celkem bylo zpracováno 14 odlitků. Na pěti odlitcích bylo
měřeno na vzorku I (obr. 60) a to na pěti místech, jak
dokumentuje obrázek 61. Na dalších devíti odlitcích na
vzorcích II (obr. 62) a to jen ve středu. Vzorky I mají průměr
35 mm a válečky II 25 mm.
V tabulkách 28 a 29 jsou výsledky měření rychlosti
ultrazvuku cL [ms-1]. V tab. 28 jsou měření na pěti
místech ze vzorků I, v tab. 40 jsou hodnoty z válečků II.
Pro měření byl použit přístroj ECHOMETR 1060, sonda HB2
- 10 MHz o průměru 10 mm, akustická vazba olej.
V příloze k této kapitole je na obrázku 109 graf hodnot
rychlosti ultrazvuku pro místo I a na obrázku 110 pro obě
místa. Z výsledků měření je patrné, že hodnoty z
místa II nejspíše pocházejí z odlišného statistického
souboru, než-li z místa I. Pro oprávněnost tohoto tvrzení
by však bylo třeba provést větší počet měření, na větším
počtu odlitků. Základní statistika těchto měření a
její porovnání s ostatními statistickými soubory je
komplexně zpracována v kap. 11.
10.19. Držák
Držák bubnu je komerčně vyráběný odlitek ve slévárně
Motor JIKOV České Budějovice a.s. (stav z roku 2000).
Jedná se rovněž o komponentu sloužící pro automobilový
průmysl v koncernu Volkswagen. Materiál odlitku je litina s
kuličkovým grafitem - ČSN 42 23 05. Analýza chemického
složení byla provedena v laboratořích řízení jakosti
společnosti MOTOR JIKOV České Budějovice a.s. Analýza
byla provedena na dvou vzorcích (A a B po 5-ti místech) a
výsledek je v tabulce 41.
Na tomto typu odlitku jsou pro měření absolutní rychlosti
ultrazvuku a tvrdosti vhodné dvě plochy - ramena. Jejich
poloha na odlitku a směr řezu jsou vyznačeny na obrázku
63.
Cílem experimentu bylo porovnat naměření hodnoty rychlosti
s měření provedenými na dalších součástech ze stejné
slévárny, stejný princip použít i pro výsledky z měření
tvrdosti dle HB.
Vzorky byly odděleny od zbylé části odlitků na
mechanické pile při intenzivním chlazení v mechanické
dílně VUT FSI, odbor slévárenství. Plochy vzorků byly
poté broušeny ve stejné dílně na mechanické strojní
brusce. Výsledná podoba vzorků je na obrázku 64 s vyznačeným
směrem měření.
V tab. 30 je zachyceno chemické složení dvou náhodně
vybraných vzorků. Polohy měření "a" až
"e" odpovídají směru vyznačeného na obr. 64,
vzdálenost měřících míst je rovnoměrně rozložena po
délce vzorku (šířka 15 - 20 mm, délka 150 mm, tloušťka
8 mm). Z tabulky vyplývá, že hodnoty obsahu chemických
prvků neukazují na závislost na poloze na odlitku.
Experimentální měření bylo prováděno na osmi
odlitcích. Z každého z nich byly vyrobeny dva vzorky a na
každém z nich bylo měřeno na 11 místech. Celkem jsme tak
získali 176 měřících míst pro určení absolutní
rychlosti ultrazvuku.
Měření tvrdosti probíhalo "jen" na deseti
místech na každém odlitku (poslední místo z měření
rychlosti ultrazvuku bylo vynecháno). Takto jsme tedy
provedli 160 měření tvrdosti HB.
Pro měření rychlosti byl použit přístroj ECHOMETR 1060,
sonda HB2 - 10 MHz o průměru 10 mm, akustická vazba olej.
Pro měření tvrdosti byla použita metodika dle Brinella, průměr
kuličky 2,5 mm, čas zatížení 10 s, tlačná síla 187,5
kp. Obě měření probíhali v laboratořích odboru
slévárenství.
Vyhodnocení měření odlitků držáků
Na obrázku v příloze k této kapitole je zobrazena
absolutní rychlost ultrazvuku. Lepší obrázek opět
získáme z grafu průměrných hodnot obou veličin -
obrázek 111 pro měření tvrdosti a obrázek 112 v příloze
pro měření rychlosti cL.
Z grafů průměrných hodnot tvrdostí a rychlosti ultrazvuku
vyplývá, že tyto dvě charakteristiky jsou závislé na
poloze na odlitku a to i přesto, že absolutní rozdíly
nejsou velké (u měření tvrdosti jen 3 HB, u hodnoty
rychlosti 68 ms-1).
Hodnoty tvrdosti mají minimum na 192 HB a maximum na 195 HB.
U rychlosti ultrazvuku je minimum cL = 5530 ms-1 a maximum cL
= 5598 ms-1 Ţ rozdíly mezi minimem a maximem nepřesahují 2
% z naměřených hodnoty. Z grafů je rovněž vidět, že
hodnoty rychlosti ultrazvuku vykazují menší lokální
výchylky a měření zde prováděná jsou stabilnější.
Zajímavý je průběh naměřených hodnot rychlosti
ultrazvuku cL na jednotlivých vzorcích, pokud je seřadíme
podle místa měření - obr. 114 v příloze. Zde se jasně
projevuje závislost měření na poloze po délce vzorku.
Nejvyšší hodnoty jsou u konců vzorků, nejnižší v prostřední
části. Předpokládáme, že je to dáno vlivem teplotního
pole při tuhnutí a chladnutí. Když se však podíváme na
obr. 115, který zobrazuje obdobnou závislost pro hodnoty
tvrdosti zjistíme, že zde tak jednoznačný závěr nelze učinit.
Je patrné, že na hodnotách obou veličin se projevovali různě
významně i další vlivy.
Testovali jsme na hladině významnosti 0,05 korelační vztah
mezi absolutní rychlosti ultrazvuku a tvrdosti HB. Z analýzy
metodou nejmenších čtverců vyplynulo, že korelace je
velmi slabá - -0,179. To dokumentuje i obrázek 113 v příloze.
V takové části odlitku by měření rychlosti cL, jako
kontrola tvrdosti HB, bylo neprůkazné.
Podrobnější statistika je v kapitole 11.
10.20. Experimentální válce
Cílem tohoto experimentu bylo vyšetřit vliv rychlosti
ochlazování na výslednou strukturu matrice odlitku. Za tím
účelem byl navržen odlitek sestavující se ze čtyř
experimentálních válců o rozdílných průměrech, s
vtokem uprostřed. Rozdílných rychlosti chladnutí bylo zajištěno
právě rozdílnými průměry válců, tak jak je zachyceno v
tab. 31. Prostřední válec o průměru 36 mm sloužil jako
vtok.
Chemické složení bylo určeno na válci č. 2 - průměr 27
mm. Tento válec byl vybrán s ohledem na jeho průměr,
který nejlépe vyhovoval jako vzorek pro chemickou analýzu.
Tato byla provedena na pracovišti chemické analýzy
slévárny Motor JIKOV České Budějovice a.s. Výsledné
chemické složení je v tab. 32.
Průběh odlévání dokumentují snímky ze slévárny. Na
obr. 66 je zobrazeno seskupení měřící aparatury a složení
formovacích rámů. Dolní část odlitku, jeho rozváděcí
kanály, byly na úrovni prvého a druhého formovacího
rámu. Jako formovací směs byla použita jednotná
bentonitová formovací směs (ostřivo, bentonit KVM, voda),
která se standardně používá ve slévárně litiny. Rozměry
formovacích rámů jsou 500 x 300 x 150 mm, celkem tři kusy
skládané nad sebou.
10.21. Měření teplotního pole
Měření teplotního pole bylo prováděno s ohledem na
následnou počítačovou simulaci teplotního pole a
mikrostruktury. Měření probíhalo termočlánky typu Pt/PtRh
zapojenými na měřící soupravu s výstupem do PC.
V příloze ke kapitole jsou v grafu 20 zobrazeny tři křivky
chladnutí a to z válců 1, 2 a 3. Měření na válci č. 4
nebylo správné, neboť kov nezatekl přes konec termočlánku.
Na všech třech křivkách je dobře vidět eutektoidní
prodleva, na křivce příslušející válci 1 je vidět i
eutektická prodleva.
V grafu 21 je zobrazena jen křivka první v detailu této křivky
pro oblast eutektoidní prodlevy. Teplota podchlazení je
7320C a teplota rekalescence je 7390C. Na dalších křivkách
jsou změřené teploty nižší (řádově ve stupních
Celsia). Za správnou teplotu však považuji eutektoidní
teplotu změřenou na válci 1.
V grafu 22 v příloze je křivka chladnutí pro druhá válec
o průměru 27 mm, v místě umístění termočlánku. I na
této křivce chladnutí jsou znatelné fázové přeměny,
eutekoidní přeměna probíhala mezi teplotami 725 a 7350C,
tedy o několik stupňů méně, než-li u měření u
prvního válce.
V grafu 23 v příloze je zobrazen počátek děje.
Maximální dosažená teplota a charakteristické teploty
fázové přeměny, které jsou v tab. 33.
Z tabulky 33 je vidět, že teploty podchlazení a
rekalescence křivek chladnutí pro první a druhý válec
velmi blízké. Lze soudit, že jsou to reální teploty,
které v daném místě a v čase byly.
10.22. Měření rychlosti ultrazvuku
Pro měření rychlosti ultrazvuku cL byly vybrány dva
válce a to č. 1 a č. 2, neboť díky jejím průměrům
bylo možné na nich co nejkorektněji změřit rychlosti cL
na více místech.
Válce byly rozřezány na pět (válec 1, obr. 69), resp. čtyři
vzorky (válec 2, obr.70) po své délce a to na mechanické
pile v dílnách odboru slévárenství. Na ploše řezu
probíhalo měření na čtyřech místech obr. 71.
V příloze na obrázku 116 a 117 je průběh rychlosti
ultrazvuku v jednotlivých vzorcích po výšce válců 1 a 2.
Na rozdíl od měření na odlitku válce, jsme zde nezkoumali
vliv místa měření na rychlost cL v jednotlivých řezech.
Body měření jsou stejně vzdálené od osy jednotlivých
válců a vliv by se nejspíš neprokázal i proto, že tyto
plochy jsou malé. Na rozdíl od odlitku válce, kde se tento
faktor výrazně projevil.
Prokázal se však vliv umístění vzorků po výšce
jednotlivých válců. U válce 2 je dosaženo nejvyšší průměrné
hodnoty rychlosti cL - 5758 ms-1 ve vzorku 1 (v horní části
odlitku) s prudkým poklesem cL ke vzorku 2 (průměr
rychlosti je 5627 ms-1). Měření na vzorku 3 indikují malý
nárůst rychlosti (5634 ms-1), vzorek č. 4 opětovný
mírný pokles - tab. 47.
Měření na vzorku 1 prokázaly obdobný pokles mezi vzorky 1
a 2 (od průměrných 5692 po 5632 ms-1). Poté však
dochází k prudkému nárůstu na vzorku 3 (5688 ms-1),
který pokračuje až ke vzorku 5 (5703ms-1).
Přestože naše závěry zde vycházejí z omezeného počtu
naměřených hodnot, lze usoudit na tyto závěry: z počítačové
simulace (podrobněji v nadcházející podkapitole) máme určené
teplotní pole pro celý odlitek. Z grafu 27 až 29 v příloze
vidíme, že ze zkoumaných válců 1 a 2 je rychleji
chladnoucí 2.
Nejvyšší rychlost chladnutí je na vršku válce - vzorek 1
(obr. 118 v příloze). Tomu odpovídá i nejvyšší dosažená
hodnota rychlosti ultrazvuku. Na válci 1 je nejrychleji
chladnoucí části spodek válce - vzorek 5, následován
vrchní části. Tomu velmi dobře odpovídá naměřená
rychlost cL, která je nejvyšší v dolní části - vzorek
5, následována rychlostmi na vzorku 1. U obou válců se
vytváří teplotní uzel uprostřed výšky válců, s tím
koresponduje měření na vzorcích 2, které dosahují nejnižších
hodnot.
10.23. Simulace teplotního pole a mikrostruktury
I u tohoto typu odlitku jsme provedli počítačovou
simulaci teplotního pole. Využili jsem experimentálně zjištěného
průběhu teploty a porovnali jsme TP získané ze simulace a
z experimentu. Výsledek vidíte na grafu 24 - 25 v příloze
k této kapitole. Navíc, na rozdíl od experimentálního měření,
jsme určili i křivku chladnutí pro čtvrtý válec, u
kterého nebyla teplota změřena - graf 25.
V grafu 25 je detail křivek chladnutí zjištěného ze
simulace pro počátek děje. Na rozdíl od experimentálního
měření, je u všech křivek chladnutí eutektoidní
prodleva při stejné teplotě 7380C.
Na obrázku 118 v příloze je zobrazeno teplotní pole na
odlitku v čase 10 s po odlití. Na obrázku 119 je ten samý
pohled na teplotní pole v čase 50 s po odlití. Na obrázku
120 a obrázku 121 je při stále stejném pohledu teplotní
pole v časech 250 s a 600 s.
Ze snímků je dobře vidět průběh teploty v odlitku a to
nejen v místech měření, ale pro celý vzorek. Známe tím
jak postupovalo tuhnutí a chladnutí a jak jsou vůči sobě
teplotně postaveny jednotlivé části odlitku válců - viz
předcházející analýza rozložení hodnot cL.
Na rozdíl od měření na jednom válci v kokile, kde předmětem
studia byl vliv teplotního pole po výšce jednoho válce a
jeho průřezu, zde jsme zkoumali vliv rozdílných průměrů
experimentálních válců na jejich vlastnosti a po jejich
délce. Tento vliv se s pomocí počítačové simulace
teplotního pole prokázal jako měřitelný.
Stáhnout
PDF soubor s kap. 10 (2,6 MB)
Předcházející kapitola: 9.
Termofyzikální vlastnosti látek
Následující kapitola: 11.
Statistické vyhodnocení měření
Upozornění: Pokud
použijete část z moji disertační práce, dodržujte
Autorský zákon a dbejte na správnost citací
|
