INSTYTUT ODLEWNICTWAPRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWA

Tom L Numer 2

SPIS TREŚCI

1. NATALIA SOBCZAK, RAFAŁ NOWAK, ALBERTO PASSERONE, FABRIZZIOVALENZA,MARIAL.MUOLO,LUCYNAJAWORSKA,FABRIZIOBARBERIS,MARCOCAPURRO:ZwilżanieiłączenieHfB2iTazNi.......................................

2. ZBIGNIEW STEFAŃSKI, MAŁGORZATA WARMUZEK, ŁUKASZ BOROŃ: Opracowanietechnologiiprodukcji„bentonituzmodyfikowanego”przeznaczonego dowykonywaniaodlewówstaliwnychzeszczególnymuwzględnieniemjakościichwarstwypowierzchniowej................................................................................

3. ANDRZEJGAZDA,ZBIGNIEWGÓRNY,STANISŁAWAKLUSKA-NAWARECKA,KRZYSZTOFSAJA,MAŁGORZATAWARMUZEK:Wpływmodyfikacjiiobróbkicieplnej (przesycanie, przesycanie + starzenie) na strukturę i właściwościmechanicznebrązuCuAl10Fe3Mn2.....................................................................

5

15

37

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)

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

Publikowaneartykułybyłyrecenzowane

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

e-mail: jmadej@iod.krakow.pl

© Copyright by Instytut Odlewnictwa

Żadna część czasopisma nie może być powielana czy rozpowszechniana bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich

PrintedinPoland

ISSN 1899-2439

FOUNDRY RESEARCH INSTITUTETRANSACTIONS OF FOUNDRY

RESEARCH INSTITUTE

Volume L Number 2

CONTENTS

5

15

37

1. NATALIA SOBCZAK, RAFAŁ NOWAK, ALBERTO PASSERONE, FABRIZZIOVALENZA,MARIAL.MUOLO,LUCYNAJAWORSKA,FABRIZIOBARBERIS, MARCOCAPURRO:WettingandjoiningofHfB2andTawithNi.........................

2. ZBIGNIEW STEFAŃSKI, MAŁGORZATA WARMUZEK, ŁUKASZ BOROŃ: Development of technology to manufacture „modified bentonite” used in productionofsteelcastingswithspecialregardtocastingsurfacequality............

3. ANDRZEJ GAZDA, ZBIGNIEW GÓRNY, STANISŁAWA KLUSKA-NAWARECKA, KRZYSZTOF SAJA, MAŁGORZATA WARMUZEK: Effect ofmodification and heat treatment (solution heat treatment, and solution heattreatment+ageing)onstructureandmechanicalpropertiesofCuAl10Fe3Mn2bronze...................................................................................................................

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)

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

Thearticlespublishedhereinhavebeenreviewed

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

1Foundry Research Institute, Cracow, Poland2Institute for Energetics and Interphases-IENI-CNR, Genova, Italy3Institute of Advanced Manufacturing Technology, Cracow, Poland

4DICAT - Faculty of Engineering, University of Genova, Italy*Corresponding author. Tel.: +48-12-2618526; fax: +48-12-2660870;

e-mail address: natalie@iod.krakow.pl

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWATom L Rok 2010 Zeszyt 2

WETTING and JOINING of HfB2 and Ta with Ni

Natalia Sobczak1* , Rafał Nowak1, Alberto Passerone2, Fabrizzio Valenza2, Maria L. Muolo2, Lucyna Jaworska3, Fabrizio Barberis4, Marco Capurro4

ZWILŻANIE i ŁĄCZENIE HfB2 i Ta z Ni

Streszczenie

Przeprowadzono badania procesu zwilżania w próżni układu HfB2/Ta przez Ni. Zwarte próbki HfB2 (czystość 99.5%) otrzymano sposobem spiekania w wysokiej temperaturze bez dodatków aktywujących spiekanie, stosując wysokie ciśnienie 7 GPa. Rejestracja procesu zwilżania w czasie rzeczywistym za pomocą kamery cyfrowej o wysokiej rozdzielczości w połączeniu z zastosowanym precyzyjnym pomiarem temperatury wykazały, że intensywne oddziaływanie w parze Ni/HfB2 zachodzi podczas wspólnego nagrzewania w temperaturze kiedy Ni jest jeszcze w stanie stałym a nadtapianie metalu w obszarze kontaktu dwóch materiałów występuje już w temperaturze ~1300ºC. Następnie stop Ni-B, powstający in situ podczas nagrzewania, zwilża i rozpływa się po całej powierzchni HfB2, wypełniając szczelinę pomiędzy dwoma materiałami w parze HfB2/Ta, tworząc połączenie o złożonej strukturze gradientowej i dobrej wytrzymałości.

Słowa kluczowe: zwilżanie, połączenie, borek hafnu, tantal, nikiel

Abstract

The wetting behavior of Ni on a HfB2/Ta assembly was examined in vacuum using dense HfB2 (99.5% purity) produced, without sintering aids, by HP-HT at 7 GPa. The real-time imaging by a high resolution digital camera and precise temperature control demonstrated solid-state Ni/HfB2 interaction resulting in metal contact melting at ~1300ºC. Ongoing heating, the in situ formed Ni-B alloy wets, spreads over HfB2 and penetrates the HfB2/Ta capillary interface to form a joint of complex graded structure and good bonding.

Keywords: wetting, joining, hafnium boride, tantalum, nickel

15

StreszczenieW artykule przedstawiono ważniejsze wyniki prac badawczych rozwojowych i wdrożeniowych, zrealizowanych w ramach jednego z Projektów Celowych w wyniku współpracy pomiędzy Przedsiębiorstwem Techniczno Handlowym CERTECH w Niedomicach (producentem materiałów dla potrzeb odlewnictwa), a Instytutem Odlewnictwa w Krakowie. Celem projektu było opracowanie innowacyjnej technologii i uruchomienie produkcji „bentonitu zmodyfikowanego” przeznaczonego do wykonywania odlewów staliwnych o bardzo dobrej jakości powierzchni. Przedstawiono oraz omówiono wyniki badań dotyczących możliwości zastosowania dodatków węglowych w masie formierskiej przeznaczonej do wykonywania odlewów staliwnych, ich wpływu na jakość powierzchni odlewów, szczególnie na warstwę powierzchniową (naskórek odlewniczy), w aspekcie ewentualnego nawęglenia powierzchni odlewów. Efektem przedstawionych badań było opracowanie „bentonitu zmodyfikowanego”, technologii jego wytwarzania oraz uruchomienie produkcji na skalę przemysłową.

Słowa kluczowe: masy formierskie bentonitowe, odlewy staliwne, pył węglowy, zamienniki pyłu węglowego, jakość powierzchni odlewów, naskórek odlewniczy

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWATom L Rok 2010 Zeszyt 2

OPRACOWANIE TECHNOLOGII PRODUKCJI „BENTONITU ZMODYFIKOWANEGO” PRZEZNACZONEGO DO WYKONYWANIA ODLEWÓW STALIWNYCH ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM

JAKOŚCI ICH WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ

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

Zbigniew Stefański, Małgorzata Warmuzek, Łukasz Boroń

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY TO MANUFACTURE „MODIFIED BENTONITE” USED IN PRODUCTION OF STEEL CASTINGS WITH

SPECIAL REGARD TO CASTING SURFACE QUALITY

AbstractThe article presents the most important results of the research, development and implementation studies carried out under one of the Target Projects as a result of cooperation between the CERTECH Technical and Commercial Enterprise at Niedomice (manufacturer of materials for foundry industry) and Foundry Research Institute in Cracow. The aim of the project was development of innovative technology and start up of the production of “modified bentonite” used in production of steel castings characterised by very high surface quality. The results of investigations regarding possible use of carbon additives to moulding sands for the manufacture of steel castings were presented and discussed, including the effect of these additives on casting surface quality, especially on casting skin in terms of its possible carburising. Studies were described, the final outcome of which was the development of “modified bentonite”, the development of its manufacturing technology, and finally the start up of production.

Keywords: bentonite moulding sands, steel castings, coal dust, coal dust substitutes, casting surface quality, casting skin

37

StreszczenieW artykule przedstawiono zagadnienia oceny wpływu modyfikacji oraz wielowariantowej obróbki cieplnej na właściwości mechaniczne brązu aluminiowego CuAl10Fe3Mn2. Analizę przepro- wadzono na podstawie badań wytrzymałości (Rm, Rp0,2, A, Z), twardości (HB), badań kalorymetrycznych i dylatometrycznych, a także badań metalograficznych. Analizę otrzymanych wyników przeprowadzono z wykorzystaniem nowoczesnych metod analizy statystycznej problemu odwrotnego metodą logiki rozmytej, wraz z interpretacją graficzną za pomocą wykresów powierzchniowych. Uzyskano interesujące wyniki, pozwalające w pewnym stopniu na sterowanie właściwościami mechanicznymi stopu CuAl10Fe3Mn2 w zależności od rodzaju prowadzonej obróbki cieplnej.

Słowa kluczowe: modyfikacja stopów miedzi, stopy miedzi, obróbka cieplna

PRACE INSTYTUTU ODLEWNICTWATom L Rok 2010 Zeszyt 2

WPŁYW MODYFIKACJI I OBRÓBKI CIEPLNEJ (PRZESYCANIE, PRZESYCANIE + STARZENIE) NA STRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI

MECHANICZNE BRĄZU CuAl10Fe3Mn2

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

Andrzej Gazda, Zbigniew Górny, Stanisława Kluska-Nawarecka, Krzysztof Saja, Małgorzata Warmuzek

EFFECT OF MODIFICATION AND HEAT TREATMENT (SOLUTION HEAT TREATMENT, AND SOLUTION HEAT TREATMENT +

AGEING) ON STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF CuAl10Fe3Mn2 BRONZE

AbstractThe article discusses problems related with the evaluation of the effect of modification and multi-variant heat treatment on mechanical properties of CuAl10Fe3Mn2 aluminium bronze. The evaluation was based on the results of mechanical tests (Rm, Rp0,2, A, Z), hardness measurements (HB), calorimetric and dilatometric examinations, and metallography. The results were analysed by modern methods of the statistical analysis of an inverse problem using fuzzy logic, combined with graphical interpretation of surface charts. Interesting results were obtained, and they enable control of mechanical properties of CuAl10Fe3Mn2 alloy, depending on the type of the carried out heat treatment.

Keywords: modification of copper alloys, copper alloys, heat treatment