I N S T Y T U T O D L E W N I C T W A

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA

Tom XLIX Numer 1

SPIS TREŚCI

1. ANDRZEJ GAZDA, ZBIGNIEW GÓRNY, STANISŁAWA KLUSKA- NAWARECKA, HENRYK POŁCIK, MAŁGORZATA WARMUZEK: Badania porównawczewpływuróżnychdodatkównastrukturęiwłaściwościmechanicznestopuCuAl10Fe3Mn2..........................................................................................

2. PIOTR DUDEK, ALEKSANDER FAJKIEL, TOMASZ REGUŁA,KRZYSZTOF SAJA: Wybrane zagadnienia technologii przygotowania ciekłegostopumagnezuAZ91...........................................................................

3. ANDRZEJ GWIŻDŻ, ZENON PIROWSKI, STANISŁAW PYSZ, ROBERTŻUCZEK,PIOTRDWORAK:Analizaprocesuzalewaniaikrzepnięciaodlewów zestaliwastopowegoprzeznaczonegodopracywniskichtemperaturach........

4. JANUSZ FABER, MARIA ŻMUDZIŃSKA, MARIOLA LATAŁA-HOLTZER: Identyfikacja faz krystalicznych krzemionkiw pyłach emitowanych z odlewnipiaskowejmetodąproszkowąDSH.....................................................................

5

27

43

53

Wydawca:

INSTYTUT ODLEWNICTWA

KOLEGIUM REDAKCYJNE:

Jerzy Józef SOBCZAK (Redaktor Naczelny), Andrzej BALIŃSKI (Z-ca Redaktora Naczelnego), Andrzej BIAŁOBRZESKI, Zbigniew GÓRNY, Stanisława KLUSKA-NAWARECKA,

Natalia SOBCZAK, Józef Szczepan SUCHY, Joanna MADEJ (Sekretarz Redakcji), Krystyna RABCZAK (Sekretarz wersji internetowej)

KOMITET NAUKOWY:

Rajiv ASTHANA (USA), Józef DAŃKO, Ludmil DRENCHEV (Bułgaria), Natalya FROUMIN (Izrael), Edward GUZIK, Marek HETMAŃCZYK, Mariusz HOLTZER,

Werner HUFENBACH (Niemcy), Jolanta JANCZAK-RUSCH (Szwajcaria), Olga LOGINOVA (Ukraina), Enrique LOUIS (Hiszpania), Luis Filipe MALHEIROS (Portugalia),

Tadeusz MIKULCZYŃSKI, Sergei MILEIKO (Rosja), Kiyoshi NOGI (Japonia), Władysław ORŁOWICZ, Alberto PASSERONE (Włochy), Stanisław PIETROWSKI,

Wojciech PRZETAKIEWICZ, Pradeep Kumar ROHATGI (USA), Sudipta SEAL (USA), Jan SZAJNAR, Michał SZWEYCER, Roman WRONA, Paweł ZIĘBA

Projekt okładki: ENTER GRAF, Kraków

Skład komputerowy: Patrycja Rumińska

Korekta wydawnicza: Marta Konieczna

ADRES REDAKCJI:

„Prace Instytutu Odlewnictwa” 30-418 Kraków, ul. Zakopiańska 73

tel. (012) 261-83-81, fax (012) 266-08-70 http://www.iod.krakow.pl

© Copyright by Instytut Odlewnictwa

Żadnaczęśćczasopismaniemożebyćpowielana

PrintedinPoland

ISSN 1899-2439

e-mail: jmadej@iod.krakow.pl

czyrozpowszechnianabezpisemnejzgodyposiadaczaprawautorskich

F O U N D R Y R E S E A R C H I N S T I T U T E

TRANSACTIONS OF FOUNDRY RESEARCH INSTITUTE

Volume XLIX Number 1

CONTENTS

1. ANDRZEJ GAZDA, ZBIGNIEW GÓRNY, STANISŁAWA KLUSKA- NAWARECKA,HENRYKPOŁCIK,MAŁGORZATAWARMUZEK:ComparativestudiesoftheeffectofvariousadditivesonstructureandmechanicalpropertiesofCuAl10Fe3Mn2alloy.....................................................................................

2. PIOTR DUDEK, ALEKSANDER FAJKIEL, TOMASZ REGUŁA,KRZYSZTOF SAJA: Selected problems of a technology of the AZ91 magnesiumalloymelttreatment......................................................................

3. ANDRZEJ GWIŻDŻ, ZENON PIROWSKI, STANISŁAW PYSZ, ROBERTŻUCZEK,PIOTRDWORAK:Analysisofthepouringandsolidificationprocessofalloyedsteelcastingsforlow-temperatureperformance............................

4. JANUSZ FABER, MARIA ŻMUDZIŃSKA, MARIOLA LATAŁA-HOLTZER:IdentificationbyDSHpowdermethodofcrystalphasesofsilicaindustemittedfromsandfoundry..............................................................................................

5

27

43

53

Editor:

FOUNDRY RESEARCH INSTITUTE

EDITORIAL BOARD:

Jerzy Józef SOBCZAK (Editor-in-Chief), Andrzej BALIŃSKI (Assistant Editor), Andrzej BIAŁOBRZESKI, Zbigniew GÓRNY, Stanisława KLUSKA-NAWARECKA,

Natalia SOBCZAK, Józef Szczepan SUCHY, Joanna MADEJ (Secretary), Krystyna RABCZAK (Secretary on-line version)

SCIENTIFIC COMMITTEE:

Rajiv ASTHANA (USA), Józef DAŃKO, Ludmil DRENCHEV (Bulgaria), Natalya FROUMIN (Israel), Edward GUZIK, Marek HETMAŃCZYK, Mariusz HOLTZER,

Werner HUFENBACH (Germany), Jolanta JANCZAK-RUSCH (Switzerland), Olga LOGINOVA (Ukraine), Enrique LOUIS (Spain), Luis Filipe MALHEIROS (Portugal),

Tadeusz MIKULCZYŃSKI, Sergei MILEIKO (Russia), Kiyoshi NOGI (Japan), Władysław ORŁOWICZ, Alberto PASSERONE (Italy), Stanisław PIETROWSKI,

Wojciech PRZETAKIEWICZ, Pradeep Kumar ROHATGI (USA), Sudipta SEAL (USA), Jan SZAJNAR, Michał SZWEYCER, Roman WRONA, Paweł ZIĘBA

Graphic Design: ENTER GRAF, Kraków

Computer Typesetting: Patrycja Rumińska

Proofreading: Marta Konieczna

EDITORIAL OFFICE:

”Transactions of Foundry Research Institute” 30-418 Cracow, 73 Zakopianska Street

tel. +48 (12) 261-83-81, fax +48 (12) 266-08-70 http://www.iod.krakow.pl

e-mail: jmadej@iod.krakow.pl

© Copyright by Instytut Odlewnictwa

Nopartofthispublicationmaybereproducedordistributedwithoutthewrittenpermission ofthecopyrightholder

PrintedinPoland

ISSN 1899-2439

5

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA

Tom XLIX Rok 2009 Zeszyt 1

5

COMPARATIVE STUDIES OF THE EFFECT OF VARIOUS ADDITIVES ON STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF

CuAl10Fe3Mn2 ALLOY

Abstract

Comparative studies were made on modification of aluminium CuAl10Fe3Mn2 bronze by applica-tion of modifiers affecting changes in surface properties (Na, K, Ca, Mg) and providing additional substrates for crystallisation (Zr, Ti, B). The results of structure examinations (optical microscope and scanning electron microscope), solidification kinetics analysis (thermal analysis), dilatometry, calorimetry, and mechanical tests were used.

Keywords: comperative studies, aluminium bronzes, modification, solidification, mechanical pro-perties, structure

Andrzej Gazda, Zbigniew Górny, Stanisława Kluska-Nawarecka, Henryk Połcik, Małgorzata Warmuzek

Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

BADANIA PORÓWNAWCZE WPŁYWU RÓŻNYCH DODATKÓW NA STRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE STOPU

CuAl10Fe3Mn2

Prowadzono badania porównawcze modyfikacji brązu aluminiowego CuAl10Fe3Mn2, stosując modyfikatory powodujące zmiany właściwości powierzchniowych (Na, K, Ca, Mg), jak również po-wstawanie dodatkowych miejsc krystalizacji (Zr, Ti, B). Wykorzystano wyniki badania struktury pro-wadzone techniką mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej, analizę kinetyki krzepnięcia (analiza termiczna), dylatometrię, kalorymetrię i wyniki badania właściwości mecha-nicznych.

Słowa kluczowe: badania porównawcze brązów aluminiowych, modyfikacja, krzepnięcie, właściwo-ści mechaniczne, struktura

Streszczenie

27

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA

Tom XLIX Rok 2009 Zeszyt 1

WYBRANE ZAGADNIENIA TECHNOLOGII PRZYGOTOWANIA CIEKŁEGO STOPU MAGNEZU AZ91

27

Streszczenie

Ze względu na prognozowany i widoczny już wzrost zapotrzebowania na odlewy ze stopów magne-zu, w Instytucie Odlewnictwa w Krakowie prowadzony jest szereg prac dotyczących opracowania nowych stopów i technologii ich odlewania, czego przykładem mogą być stopy ultralekkie, (np. sto-py magnez – lit). Wprowadzenie specyficznych dodatków stopowych wymaga oryginalnych metod topienia i odlewania tych stopów. Stąd badania nad nowymi rodzajami zabezpieczenia ciekłych stopów magnezu i ich uszlachetniania.W artykule zawarto wyniki prac prowadzonych w Zakładzie Stopów Metali Nieżelaznych Instytutu Odlewnictwa w Krakowie nad opracowaniem kompleksowej technologii przygotowania ciekłego metalu, odlewania do form piaskowych i metalowych oraz ob-róbki cieplnej stopów magnezu i ich kompozytów. Praca ta ma charakter wieloetapowy, a zreali-zowany pierwszy etap dotyczył technologii przygotowania ciekłego stopu magnezu i jego rafinacji. Ze względu na fakt, że stop magnezu AZ91 jest najszerzej stosowanym stopem magnezu zarówno w przypadku odlewania pod wysokim ciśnieniem, jak i do form piaskowych i kokil, kompleksowe badania objęły tylko ten stop.W pierwszym etapie badań opracowano technologię topienia i ochro-ny ciekłego metalu przed zapaleniem się oraz przeprowadzono badania wpływu nowych składów mieszanek gazowych na efekt rafinacji przy odlewaniu do form piaskowych i w kokilach. Efekt ten określono na podstawie badań gęstości oraz makro- i mikrostruktury.

Słowa kluczowe: stopy magnezu, technologia topienia stopów magnezu, rafinacja stopów magnezu

SELECTED PROBLEMS OF A TECHNOLOGY OF THE AZ91 MAGNESIUM ALLOY MELT TREATMENT

Piotr Dudek, Aleksander Fajkiel, Tomasz Reguła, Krzysztof Saja

Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

Abstract

As expected, the increasing demand for magnesium alloy castings has already become a fact. Considering this situation, a rich program of the studies on this particular subject has been ini-tiated and put into operation at the Foundry Research Institute. The studies mainly include the development of new alloys along with the technologies of their casting. A good example are here the ultralight alloys (e.g. magnesium-lithium alloys). The addition of special alloying ele-ments requires the development of new and original melting and casting technologies. Va-rious investigations are also carried out on the new melt protecting and refining techniques.The present article comprises the results of the studies carried out recently by the Department of Non-Ferrous Metals operating in the Foundry Research Institute in Cracow. The aim of the studies was to develop for magnesium alloys and respective composite materials a complex technology of

28

Prace IO 1/2009

molten metal treatment and casting into the sand and metal moulds, followed by heat treatment. The program of the studies has been divided into several stages; the first stage was related with the tech-nology of molten magnesium alloys treatment and refining. Complex studies covered only one alloy, i.e. AZ91, since in the family of magnesium alloys this one is the most popular and most widely used; it can be cast equally well into sand moulds and metal moulds by both pressure and gravity process. At the first stage of the investigations, the technology of melting and melt protection from the self-ignition was developed. The effect of the gas mixture of a new composition on the refining process during casting into sand and metal moulds was examined. The effectiveness was determined from the macro- and microstructure density. Keywords: magnesium alloys, technology of magnesium alloy melting, refining of magnesium alloys

43

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA

Tom XLIX Rok 2009 Zeszyt 1

43

ANALIZA PROCESU ZALEWANIA I KRZEPNIĘCIA ODLEWÓW ZE STALIWA STOPOWEGO PRZEZNACZONEGO DO PRACY

W NISKICH TEMPERATURACH

Andrzej Gwiżdż, Zenon Pirowski, Stanisław Pysz, Robert Żuczek1, Piotr Dworak2

Streszczenie

Przedstawiona praca stanowiła część badań przemysłowych (stosowanych) wykonywanych w ra-mach projektu celowego ROW-II-403/2008 realizowanego w MAGNUS-NORD Sp z o.o w Toruniu. Przeprowadzono symulację zalewania i krzepnięcia dwóch dużych odlewów staliwnych o masie: I - około 200 kg i II - około 700 kg, wg dotychczas stosowanej technologii. Po analizie wyników symulacji zaproponowano zmiany w technologii odlewania. Po wprowadzeniu zmian w technologii, ponownie przeprowadzono symulację komputerową. Analiza jej wyników wykazała zdecydowaną poprawę warunków krzepnięcia i wyeliminowanie powstających porowatości i jam skurczowych.

Słowa kluczowe: symulacja, proces zalewania, krzepnięcie, porowatość, wady odlewów

1 Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków,2 MAGNUS NORD Sp. z o.o., ul. M. Skłodowskiej-Curie 59/69, 87-100 Toruń

Abstract

The study forms a part of the program of applied industrial research executed under Target Project No. ROW-II-403/2008 at MAGNUS-NORD Sp z o.o in Toruń. Pouring and solidification of two large steel castings weighing 200 kg (casting I) and 700 kg (casting II) was simulated, basing on the casting manufacturing technology used up to now. Detailed analysis of the results of simulation resulted in changes proposed and introduced to the so far used manufacturing technology. After the said changes had been introduced, the simulation of the casting process was done once again. The analysis of the obtained results indicated a substantial improvement in the solidification conditions and effectively eliminated the porosities and shrinkage cavities.

Key words: simulation, pouring process, solidification, porosity, casting defects

ANALYSIS OF THE POURING AND SOLIDIFICATION PROCESS OF ALLOYED STEEL CASTINGS FOR LOW - TEMPERATURE

PERFORMANCE

53

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA

Tom XLIX Rok 2009 Zeszyt 1

53

IDENTYFIKACJA FAZ KRYSTALICZNYCH KRZEMIONKI W PYŁACH EMITOWANYCH Z ODLEWNI PIASKOWEJ

METODĄ PROSZKOWĄ DSH

Janusz Faber, Maria Żmudzińska, Mariola Latała-Holtzer

Instytut Odlewnictwa, Zespół Laboratoriów Badawczych, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

Streszczenie

Z uwagi na udokumentowany chorobotwórczy wpływ na zdrowie ludzkie pyłów zawierających krze-mionkę krystaliczną podjęto próbę zidentyfikowania poszczególnych odmian polimorficznych krze-mionki w próbkach pyłów emitowanych z odlewni stosującej formy piaskowe. Identyfikację odmian polimorficznych SiO2 (jakościowa analiza fazowa) przeprowadzono metodą dyfrakcji rentgenowskiej (metoda proszkowa Debye’a-Sherrera-Hulla [DSH]). Próbki pobrano w otoczeniu wybranej odlewni, w różnych odległościach od źródła emisji.W pobranych próbkach pyłu opadającego i zawieszonego zidentyfikowano nisko- i wysokotempe-raturową odmianę SiO2 oraz fazy metaliczne.

Słowa kluczowe: krzemionka krystaliczna, metoda proszkowa DSH, pył, fazy metaliczne

IDENTIFICATION BY DSH POWDER METHOD OF CRYSTAL PHASES OF SILICA IN DUST EMITTED FROM SAND FOUNDRY

Abstract

In view of the documented pathogenic effect on human health of dust containing crystalline silica, an attempt has been made to identify different variations of polymorphic silica in samples of dust emitted from foundries using sand moulds. The polymorphic variations of SiO2 (qualitative phase analysis) were examined by the X-ray diffrac-tion method (the Debye-Sherrer-Hull powder method [DSH]). The samples were taken in a selected foundry at different distances from the source of emission.In the samples of falling and suspended dust, the low- and high-temperature variations of SiO2 accompanied by metallic phases, were identified.

Keywords: crystal silica, DSH powder method, dust, metallic phases