Výsledky, které jsou obsaženy v této diplomové práci přinášejí dílčí informace o plynatosti a jejím měření u různých koncentracích sádrových vzorků.
Naměřené hodnoty plynatosti přinášejí provozní jistoty potřebné kvalitativní a kvantitativní rozhodování a uvědomělou volbou směsi, při každé volbě forem a jader.
Samotná plynatost je důležitou vlastností a výrazně ovlivňuje kvalitu odlitků. Ve slévárenské praxi mohou sádrové formy obsahovat množství dalších látek např.
mastek, křemičitý písek, atd., které se při zahřívání rozkládají, čímž přispívají k tvorbě uvolněných plynů. Vzniká dehydratace sádrové formy, tepelný rozklad vody, tepelný rozklad uvolněných plynů, suchá destilace, atd.
Pokud se týká mechanismus uvolňování plynů, je možné konstatovat, že nejvyšší rychlost vývinu uvolněných plynů nastává hned na počátku měření, a tak i na začátku odlévání. Proto je v tomto případě velice důležité, aby tlak uvolněných plynů byl menší, než tlak působící taveniny.
Metody sledování plynatosti, které byly v této práci uvedeny, jsou pouze orientační. Posuzují pouze, jestli daný vzorek o dané koncentraci, uvolňuje více nebo méně plynů při stejných podmínkách.
Do dnes zatím nebyla vyvinuta taková metoda měření plynatosti, která by posuzovala plynatost s ohledem na velikost a tvar slévárenské formy. Do určité míry se z části tomuto požadavku přibližují metody přímé, které využívají teploty roztaveného kovu. Metody nepřímé pracují pouze s malým vzorkem směsi bez přítomnosti taveniny, ale dostávají přednost před metodami přímými, což je způsobeno menšími nároky na zařízení a přípravu vzorků. Nepřímým metodám se začala věnovat velká pozornost, a tak se začala konstruovat různá měřící zařízení plynatosti formovacích směsí. Vzorky směsi jsou tepelně namáhány pomocí elektrické odporové pece, do které jsou vzorky vloženy.
Na našem pracovišti (TU v Liberci, KSP) bylo zkonstruováno podobné zařízení na měření plynatosti formovacích a jádrových směsí, které nám zobrazuje hodnoty objemů uvolněných plynů v závislosti na časovém průběhu.
Vzorky, které jsme měřily byly z rychlotuhnoucí sádry, které se zejména využívají ve stavebnictví, modelářství, atd. Při výrobě sádrových vzorků vykazovala sádra HET šedá nejkratší dobu tuhnutí , kdy po smíchání sádry s vodou již po pár
minutách začala tuhnout. Sádra HET bílá a Kittfort vykazovaly přibližně stejnou dobu tuhnutí. Více o charakteristice jednotlivých druhů sádry v příloze č. 1.
Zjištěné hodnoty plynatosti sádry Kittfort v práškové formě ve 120 [s] po zahřátí
Hodnoty plynatosti sádry HET bílá o koncentraci 50 % voda a 50 % sádra ve 120 [s]
při teplotě 800°C 4,56 [cm3·g-1] a při 1000°C 6,05 [cm3·g-1]. Hodnoty plynatosti sádry HET šedá o koncentraci 50 % voda a 50 % sádra ve 120 [s] při teplotě 800°C 4,81 [cm3·g-1] a při 1000°C 8,82 [cm3·g-1] .
Zjištěné hodnoty plynatosti sádry Kittfort o koncentraci 25 % voda a 75 % sádra ve 120 [s] po zahřátí při teplotě 800°C 4,96 [cm3·g-1] a při 1000 °C 7,88 [cm3·g-1].
Hodnoty plynatosti sádry HET bílá o koncentraci 25 % voda a 75 % sádra ve 120 [s]
při teplotě 800°C 5,34 [cm3·g-1] a při 1000°C 9,29 [cm3·g-1]. Hodnoty plynatosti sádry HET šedá o koncentraci 25 % voda a 75 % sádra ve 120 [s] při teplotě 800°C 5,24 [cm3·g-1] a při 1000°C 18,06 [cm3·g-1] .
Z naměřených hodnot je jasné, že nejvyšší plynatost ze zde uvedených sádrových vzorků vykazuje sádra HET šedá, ať už se jedná o teplotu měření 800 °C nebo 1000 °C. Na druhou stranu, nejnižší hodnoty plynatosti byly naměřeny u sádry Kittfort. Dále můžeme z měření poznat, že čím je vyšší koncentrace vody v sádře, tím menší plynatost vzorky vykazují. Proto usuzuji, že nevhodnou sádrou pro výrobu slévárenských forem, je sádra HET šedá pro svou příliš vysokou plynatost při teplotách 800 °C a 1000 °C. Nejvhodnější ze zde uvedených a proměřených sáder je sádra Kittfort
Při měření plynatosti na našem pracovišti jsem dodržoval tyto zásady z důvodu správného měření plynatost.
1) Před každým měřením vzorku sádry byla profouknuta křemenná trubička v peci (po odpojení snímače), aby tam nezůstal uvolněný plyn po předchozím měření.
2) Měření probíhalo v uzavřené místnosti, aby nedocházelo ke změně teploty a tlaku.
3) Snažil jsem se zasouvat vzorek v lodičce z molybdenového plechu a utěsnit ho stále stejným způsobem, aby nedocházelo k úniku plynu, což by výrazně ovlivnilo měření plynatosti. Vyšší či menší tlak od minulého měření vyvolá nepřesnost ve výpočtech. Tento tlak se při výpočtech uvolněných plynů samozřejmě odečítá.
4) Po vyjmutí lodičky z molybdenového plechu z pece byl vzorek odstraněn a lodička se nechala vychladnout tak, aby nedošlo po vložení nového vzorku k uvolnění plynu před samotným měřením.
Výsledky této práce nesplnily pro mě očekávané předpoklady. Z hlediska svých znalostí jsem předpokládal, že hlavním prvkem, který bude přispívat k plynatosti je voda obsažená v sádrovém vzorku. Avšak výsledky ukázaly, že největší plynatost vykazovala sádra v práškové formě. To lze vysvětlit tím, že došlo během zahřívání práškové sádry k rozkladu síranu vápenatého CaSO4 za vzniku CaO + SO3. Tento děj by bylo dobré ověřit termodynamickým resp. fyzikálně-chemickým výpočtem.
5. ZÁVĚR
Diplomová práce byla zpracována na téma: „Sledování plynatosti vybraných jádrových a formovacích směsí“. Práce je rozdělena do dvou hlavních částí (teoretická a experimentální).
V teoretické části práce je proveden rozbor formovacích a jádrových směsí s ohledem na hlavní složky a na vlastnosti týkající se mechanismu plynatosti. Dále je v této části je zmíněna stručná charakteristika sádry, kterou jsem v této diplomové práci měřil.
V experimentální části práce jsem se zaměřil na sledování plynatosti sádry o různých koncentracích s vodou.
Výsledky z řešení této diplomové práce můžeme shrnout do těchto dílčích závěrů:
1) Navržené, zkonstruované a odzkoušené měřící zařízení plynatosti splňuje svoji funkci. Dobře zobrazuje časové průběhy plynatostí. Data jsou analyzována pomocí programu DaqView a navrženého postupu. Měření plynatosti jsme prováděli po dobu 120 [s], protože pak v praxi kov ve formě ztuhne a plynatost už nemá zásadní vliv na odlitek.
2) Navržená metodika měření plynatosti směsí je vhodná, dokazují nám to