Sammanfattning
Denna rapport sammanfattar de gjutförsök som utfördes hos CWP i Ljungby 2013-04-04/05. I rapporten finns och de slutsatser som ledde till att ytterligare försökt utförden knappt 2 veckor efter det första försöket.
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2013-001_
2
Summary
This report summarizes the casting trials performed at CWP in Ljungby 2013-04- 04/05. The report also includes the findings that led to further tried utförden barely 2 weeks after the first attempt.
Swerea SWECAST AB Rapport nr 2013-001_
3
1 Syfte och mål
Syftet med gjutförsöken hos CWP var att gjuta samman en av CWP:s grävtander tillsammans med de olika vitjärnsgeometrier som tagits fram i projektet. Därefter studera resultatet rent visuellt, alltså hur ser grävtanden ut? Har den ett utseende som kunden accepterar men också den metallurgiska bindningen. Har det skett någon uppsmältning av vitjärnet som de utförda gjutsimuleringarna visade? Resultatet ska sedan ligga till grund för de riktlinjer vid konstruktion när dessa två material ska gjutas samman.
2 Genomförande
Arbetet inleddes på CWP med att sortera de uppgjutna plattorna då de kom skickade på pall, se Figur 1. Det fanns 6 varianter av plattorna, således sorterades de in efter dessa varianter. Ett bara väga dem för att skilja dem åt var svårt då det är lite viktskillnad mellan några av varianterna. En våg tillsammans med en visuell inspektion samtidigt var det bästa sättet att skilja dem åt. I sista stund blev det en förändring av förutsättningarna när plattorna skulle gjutas. Det vitjärnet som var tänkt och som plattorna var optimerade för var inte möjligt att gjuta. P.g.a. att tiden var knapp beslutades det inom gruppen att således rätta in sig efter Österby Gjuteris agenda och gjuta i deras redan tänkta material som skulle gjutas. Den vitjärnslegeringen som optimerats fram finns beskriven i bilaga xx till WP4 rapproten inom HighT. Den nya legering som kom att användas hade en annan legeringssammansättning, se Tabell 1
Tabell 1. Tabellen visar sammansättningen på vitjärnet använt vid försöksgjutningarna
Vitjärn Österby Gjuteri
R680-0 C Si Mn P S Cr V N
Rikt 2,6 0,8 1,0 26,5 0,22 0,22
Min 2,5 0,8 0,8 26,0 0,20 0,20
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2013-001_
4
Figur 1. Bilden visar de uppgjutna vitjärnsplattorna vid ankomst till CWP. De är sorterade i de 6 olika utförandena.
Tabell 2. Tabellen visar de sex olika varianterna på vitjärnet som togs fram i projektet.
Variant Vikt (kg) Versions
nummer Geometri 1 0,788 2.3 2 1,285 2.4 3 1,276 2.5 4 1,406 2.6 5 1,209 2.7 6 1,265 2.8
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2013-001_
5
I försöksgjutningen formades 4 skal, d.v.s. 8 olika plattor kunde gjutas. Försöksplanen syns i Tabell 3 nedan. I det första skalet formades den lättaste och den tyngsta varianten av vitjärnet in, se Figur 2.
Tabell 3. Tabellen visar försöksplanen vid gjutförsöken hos CWP.
Skal Vitjärnsvariant
nr Vänster sida Höger sida
1 1 4
2 3 3
3 5 5
4 6 6
Anledningen till att forma in både den lättaste och tyngsta varianten var att få med de båda ytterligheterna i gjutförsöket. Variant 1ett med nästan halva vikten av variant 4 har enligt simuleringarna för lite vitjärn och större delen av järnet smälts upp under gjutprocessen. Variant fyra däremot är raka motsatsen, där förväntas ingen uppsmältning.
Figur 2. Bilden visar det första av de fyra skalen som formades vid försöken. På bilden syns att det är variant nummer ett och fyra som ska gjutas in.
För att hålla plattorna på plats i skalet vid gjutningen så gjordes två små jack i vardera änden på plattan. En skruv som skruvades fast i skalet tvingades sedan
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2013-001_
6
plattan att ligga an mot skalet, se Figur 3. Skruven ansågs inte ha någon betydelse för andelen uppsmält material.
Figur 3. Bild på skalet innan det limmandes ihop. Det syns även hur skruvarna som håller fast plattan sitter placerade.
Genom att sätta fast termoelement i skalet på utvalda ställen kunde temperaturen följas genom hela gjutprocessen. Detta är ett sätt att stämma av mot simuleringen för att eventuellt kalibrera olika materialdata. Sammanlagt åtta givare användes vid försöken. I Figur 4 syns skalet som var förberett för temperaturmätning. Det borrades hål till olika djup i skalet, givarna skyddades därefter genom att dels lägga singel runt om men också användning av keramisk fiber som skyddar givarna från den allra högsta värmen. Gjuttemperaturen vid försöken var 1573°C. Avgjutningen skedde på eftermiddagen och formarna v fick stå till dagen efter innan urslagning.
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2013-001_
7
Figur 4. På bilden syns skalet som var förberett för temperaturmätning.
3 Resultat och diskussion
Undersökningen av de färdiga gjutproverna inleddes med urslagning och därefter med att avlägsna ingjutssystemet/mataren. Proverna hade innan gjutning numrerats för att underlätta igenkänning efter urslag. I Figur 5 syns det att det vid några tillfällen runnit in metall under vitjärnsplattan. Detta tros ha uppkommit p.g.a. att plattan tvingats upp från botten på skalet när skruven skruvats dit. Det har helt enkelt kommit en gänga emellan botten och plattan och på så vis har plattan inte legat dikt an botten under gjutprocessen.
I skalet med plattan nr 1 och nr 4, se Figur 6 syns det att den minsta vitjärnsplattan haft en kraftig uppsmältning. Sidan på plattan med mest uppsmältning/urspolning ligger precis innanför inloppet och har således fått utstå mer värme och metall än vad vitjärnet klarade av. Det går även att se att i skalet med platta nr 5 ingjutet har plattan lossnat från botten med följden att metall runnit in under. Det bästa visuella resultatet fanns i skalen med platta nr 3 och 6 ingjutet.
Som nästa steg valde gruppen att kapa isär en av tänderna från skalet med platta nr 6. Resultatet av snittet syns i Figur 7. På bilden syns att det finns en del av tanden som vid en första anblick ser ut att ha haft en viss uppsmältning. I de främre delarna syns dock en spalt mellan de båda materialen.
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2013-001_
8
Figur 5. Bilden visar de grävtänderna direkt efter urslag och avlägsning av ingjutssystem/matare.
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2013-001_
9
Figur 7. Bilden visar snittet från den kapade tanden
Efter att ha studerat utfallet från det första försöket beslutades att göra ytterligare ett gjutförsök på CWP. Denna gången gjorde några mindre ändringar på vitjärnsgeometrin. Till att börja med gjordes en större radie på de fyra hörnen, detta för att försöka minska sprickrisken vid krympningen av stålet. Bredden minskades också något för att om möjligt försöka få lite mer smält stål att rinna runt tanden och ”klämma åt den”. Som sista ändring så ökades släppningsvinkeln på något i vitjärnet. I Figur 8 syns hur stor radie de fyra hörnen fick (bilden visar endast halvt tanden efter kapning). Även denna tand kapades isär för vidare analys. Resultatet från den analysen finns i bilaga xx. I Diagram 1 syns resultatet från de temperaturkurvor som mättes genom de termoelement som placerades i formen.
Swerea SWECAST AB Rapportnr 2013-001_
10
Diagram 1. Diagrammet visar temperaturen från termoelementen i skalformen.
4 Slutsats
Projektgruppen ansåg gjutförsöken vid CWP mycket lyckade. De två dagarna där gick snabtt och samtliga uppskattade att Per Quarfordt och CWP ansträngt sig för att på bästa sätt förbereda sig och sin personal på provgjutnignarna. Några av proverna uppvisade sprickor på sidan av vitjärnsgeometrin. Dessa var förhoppningen att undvika genom de designförändringar som utfördes till provomgång två. Tyvärr visade även detaljerna från provomgång två tendenser till sprickor. Initiala gjutsimuleringar med spänningsberäkningar utfördes för att se om programmen indikerade de områden som uppkommit vid gjutningar som känsliga för sprickor. Simuleringarna visade områden känsliga för sprickor men de var inte samma som gjutproverna visade. Detta var dock endast ett litet arbete som utfördes utanför det plancerade. Det krävs en större insats för att några riktiga resultat ska kunna dras av det arbetet.
0 200 400 600 800 1000 1200 0 1 2 3 4 5 6 Te mp era tu r [ C] Tid [h] Temperaturkurva - i formen TC01 TC 02 TC 03 TC 04 TC 05 TC 06
Swerea SWECAST AB Status Öppen
Projekt nr Projekt namn
1854 Multifunctional properties
Författare Rapport nr Datum
Åsa Lauenstein 2010-001_ 2013-05-10
Adress/Address Telefon/Telephone Telefax/Fax E-post/E-mail Swerea SWECAST AB Nat 036-30 12 00 Nat 036-16 68 66 swecast@swerea.se P O Box 2033 Int +46 36-30 12 00 Int +46 36-16 68 66 www.swereaswecast.se SE-550 02 Jönköping, Sweden