Slevarenstvi rocnik lxiv 2016 05 06 by INA SPORT spol. s r.o.

SLÉVÁRENSTVÍ č. 5 – 6/ 2016

BEREME TEORII VÁŽNĚ!

Zvýšení kvality je možné jen tehdy, pokud systematicky používáte poznatky z procesu výroby odlitků k úpravám používaných technologií . Simulační program MAGMA5 je postaven na bázi fyziky a matematiky, ale pracuje také s rozsáhlým popisem procesů. Simulace neopomíjí žádné informace, přesto všechny výsledky jsou snadno a rychle přístupné.

MAGMA GmbH K Vinici 1256 53002, Pardubice Czech Republic +420 773 154 664 p.kotas@magmasoft.cz www.magmasoft.de

Všeobecné zaměření

Simulační program MAGMA5 je současně skvělým tréninkovým a učebním nástrojem, který zajistí prohloubení technických znalostí Vašich technologů a pozvedne Vaše firemní know-how na vysokou úroveň.

5–6/2016

Konstruováno podle požadavků sléváren a kováren Odlitek nebo výkovek – vždy perfektně tryskaný Rozmanitost slévárenských a kovárenských technologií vyrábějících díly nezná mezí. Odpovídajícím řešením jsou tryskací zařízení firmy Rösler, která jsou konstruována pro zvláštní a specifické díly. U výkovků a odlitků jsou nepostradatelnými pracovními procesy: odstranění okují, písku, jader a tryskání pro sjednocení povrchu. Zvláště pro tyto průmyslové účely vyvinul Rösler na základě individuálních přání a požadavků koncepty tryskacích zařízení – včetně automatizace.

Ediční plán časopisu Slévárenství na rok 2016 Media – Daten 2016 Editorial plan of the foundr y periodical Slévárenství for 2016 číslo / / Heft / / Issue No

uzávěrka / / Redaktionsschluss / / deadline

číslo vyjde / / Erscheinungstermin / / publication date

tematické zaměření / / Themenbereich / / special topic

Ekonomický pohled na slévárenskou výrobu 1–2

24. 11. 2015

25. 2. 2016

Adresa / editorial office redakce časopisu Slévárenství Technická 2, 616 00 Brno Czech Republic

Gussproduktion – ökonomische Aspekte Foundry production from the economic point of view Odlitky ze slitin neželezných kovů

3–4

Dva bloky motorů tryskané ve 25 sekundách

NE-Legierungenguss

tel.: +420 541 142 664 +420 541 142 665

Castings from non-ferrous metals Všeobecné zaměření 5–6

15. 4. 2016

30. 6. 2016

Allgemeine Themen

redakce@svazslevaren.cz slevarenstvi@svazslevaren.cz www.slevarenstvi.svazslevaren.cz

General topic number FOND-EX 2016 / odborné články 7–8

8. 6. 2016

31. 8. 2016

FOND-EX 2016 / Fachartikel FOND-EX Fair 2016 / specialized contribution 53. slévárenské dny® – vybrané přednášky 53. Giessereitage 2016 – ausgewählte Beiträge 53. Foundry Days 2016 – chosen papers Všeobecné zaměření / hodnocení veletrhu FOND-EX 2016

15. 12. 2016

Allgemeine Themen / Bewertungsberichte – FOND-EX 2016 General topic number / evaluation of the FOND-EX Fair 2016

Rozměry [mm] Abmessungen Parameters

1,300 €

21 000 Kč

•

1,200 €

20 500 Kč

•

4. strana

1,100 €

22 000 Kč

1,250 €

•

velikost / Grösse / size

čb. + 1 barva / sw. + + 1 Farbe / black-and-white plus 1 colour

bar. / vierfarb / colour

12 700 Kč

•

800 €

15 800 Kč

•

900 €

1/2 A4

6 400 Kč

•

400 €

7 900 Kč

•

500 €

9 400 Kč

•

700 €

1/3 A4

4 300 Kč

•

300 €

5 300 Kč

•

400 €

6 300 Kč

•

500 €

1/4 A4

3 200 Kč

•

190 €

4 000 Kč

•

250 €

4 800 Kč

•

350 €

1/8 A4

1 600 Kč

•

100 €

2 000 Kč

•

150 €

1 A4

Rösler Oberflächentechnik GmbH zaujímá vedoucí postavení na mezinárodním trhu mezi výrobci omílacích a tryskacích zařízení, lakovacích a konzervačních systémů a také procesních prostředků a technologií pro racionální opracování povrchů – odstraňování otřepů, okují, pískování, leštění, broušení atd. Ke skupině Rösler náleží kromě německých závodů v Untermerzbachu/Memmelsdorfu a Bad Stafellsteinu / Hausenu i pobočky ve Velké Británii, Francii, Itálii, Nizozemsku, Belgii, Rakousku, Švýcarsku, Španělsku, Rumunsku, Rusku, Brazílii, Jihoafrické republice, Indii, Číně a v USA.

čb. / sw. / / black-and-white

18 800 Kč

•

100

1,000 €

210

170

–

1 list (2 A4) / 1 Blatt / 1 sheet

24 500 Kč

1 A4 před nebo za obsahem / vor oder hinter dem Inhalt / preceding or behind the content

20 500 Kč

volně vložený list dodaný zákazníkem / Freieinlageblatt / loose inserted sheet

170

297

UVNITŘ / IM HEFT / INSIDE

210

145

•

3. strana

•

10 000 Kč

1 ,500 € 1,100 € •

23 000 Kč

2. strana

ceník inzerce 2016

1. strana

297

Ceník inzerce Preisliste von Anzeigen A rate card of advertisements OBÁLKA – 1 A4 – bar. / UMSCHLAGSEITE – 1 A4 – farbig / COVER – 1 A4 – colour

RKWS – dvě nezávisle na sobě pracující tryskací stanice, jejichž metací kola mohou být zaměněna, jsou srdcem tryskacího zařízení na klikové hřídele – zařízení lze snadno přizpůsobit nové variantě tryskaného odlitku

Brno 3.–7. 10. 2016

170

500 €

297

RMBS – tryskací zařízení ve tvaru bubnu pro bloky motorů obsahuje dvě tryskací komory – během tryskacího procesu lze zavážet a vyvážet díly

265

27. 9. 2016

265

11–12

125

27. 10. 2016

125

1. 8. 2016

265

9–10

Tryskací zařízení pro klikové hřídele s budoucností Když se u švédské pobočky indického dodavatele automobilů jednalo o investici do metací jednotky pro opracování výkovků klikových hřídelí, byl krátký takt a homogenní výsledek tryskání na prvním místě v seznamu priorit. Díly jsou až 700 mm dlouhé, mají obvodový rozměr do 200 mm a váží mezi 10 a 25 kg. Ve firmě Rösler se zadání vyřešilo inovativním tryskacím zařízením pro klikové hřídele RKWS, vybaveným dvěma nezávisle na sobě pracujícími tryskacími stanicemi a robotem. Řízení stroje je propojeno v integrovaném počítači. Ten předává informace, která kliková hřídel se má tryskat, aby se automaticky přiřadil tryskací program. Robot pokládá na transportní dopravník klikové hřídele do zakládání, které potom s dílem projíždí oběma tryskacími stanicemi. Každá stanice je opatřena jednotkou se dvěma metacími koly Rösler Gamma 400 G, každé o výkonu 22 kW. Metací kola tryskají vždy 10 s pod různými úhly s výhozem tryskacího média až do 600 kg/min (pro metací kolo) na rotující klikové hřídele. Tímto se dosahuje bezvadný výsledek tryskání také u klikových hřídelí s velkým množstvím okují. Robot klikové hřídele opět odebírá a pokládá je na transportní pás. V zařízení mohou být vyměněny jednotky s metacími tryskami, takže je možné zařízení přizpůsobit dalším variantám klikových hřídelí, které, jak je v automobilovém průmyslu běžné, se vyvíjejí každé dva až tři roky. Výměnu lze provést velmi jednoduše a bez vysokých nákladů.

28. 4. 2016

ediční plán 2016

Pro jednoho světového výrobce komponentů pro motorové vlaky bylo ve firmě Rösler navrženo tryskací zařízení RMBS se dvěma roboty pro tryskání povrchu bloků motorů pro čtyř, šesti a osmiválcové motory pro použití ve třísměnném provozu. Tryskací zařízení ve tvaru bubnu, vysoké kolem osmi metrů, disponuje dvěma tryskacími komorami, takže lze současně tryskat a zároveň zařízení zavážet a vyvážet. Robot, vybavený dvěma chapadly, odebírá z transportního pásu vždy dva bloky motorů o hmotnosti až do 43 kg a pokládá je do definované polohy ve zvláště vyvinutém „klešťovém systému“ do tryskací komory. Informaci, které bloky motorů mají být opracovány, obdrží robot a tryskací zařízení prostřednictvím systému pro rozeznávání dílů. Po zavážení se buben otočí o 180° a začne tryskání. Tryská se čtyřmi vysoce výkonnými metacími koly Rösler Long Life Gamma Y 400 s pracovním výkonem 22 kW, a to z různých úhlů na čelisťový systém s rotujícími díly. Podle druhu bloku motorů a programu opracování se pohybuje doba tryskání mezi 25 a 55 s pro oba díly. Potom se buben opět otočí, robot odebere oba bloky motorů a uloží je na odkládací místo. Zde tyto díly převezme druhý robot a provádí s nimi předem nadefinované otáčení, aby se beze zbytku odstranil tryskací prostředek, který je uvnitř. Na závěr jsou bloky motorů odkládány na transportní pás a dopravovány ke kontrole. Pro zajištění vysoké odolnosti proti opotřebení je zhotovena tryskací komora z manganové oceli, která je dodatečně vyložena 15 mm silnými vyměnitelnými manganovými deskami. Řetězový zdvih pro vytažení metacích kol a výkyvný portálový jeřáb usnadňují práce údržby na zařízení, které je postaveno bez základů.

18. 2. 2016

Ecoline S Pro Promyšlený a vyladěný Tlakový licí stroj se studenou komorou a uzavírací sílou 3 400 až 8 400 kN spojuje moderní technologii stroje s optimálními automatizačními řešeními. Výkonná licí jednotka umožňuje tlakové lití na nejvyšší úrovni.

Náš globální servisní tým Vám je neustále k dispozici: Tel.: +420 727 959 505 igor.rosenkranc@buhlergroup.com www.buhlergroup.com/die-casting

e S Pro Nový Ecolin produktivitu u o n e š ý v z ro P až o 10 %

Innovations for a better world.

Časopis Slévárenství získal osvědčení o zápisu ochranné známky. Dne 28. 11. 2014 byl Radou pro vědu, výzkum a inovace zařazen do aktualizovaného seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR (www.vyzkum.cz). Odborné články jsou posuzovány dvěma recenzenty. Recenzní posudky jsou uloženy v redakci. Časopis a všechny v něm obsažené příspěvky a obrázky jsou chráněny autorským právem. S výjimkou případů, které zákon připouští, je využití bez svolení vydavatele trestné. Vydavatel není dle zákona č. 46/2000 Sb. § 5 zodpovědný za obsah reklam. Firemní materiály nejsou lektorovány. Texty reklam nejsou bez vyžádání zadavatele korigovány. SDO.

časopis pro slévárenský průmysl foundry industry journal

r o č n í k L X I V . 2016 . č ís l o 5 – 6

Vydávání časopisu se řídí zásadami publikační etiky. Časopis je registrován v Ulrich’s International Periodicals Directory. ISSN 0037-6825 Číslo povolení Ministerstva kultury ČR – registrační značka – MK ČR E 4361

tematické zaměření: všeobecné topic: general topic number

Redakce / editorial office: CZ 616 00 Brno, Technická 2896/2 tel.: +420 541 142 664, +420 541 142 665 redakce@svazslevaren.cz slevarenstvi@svazslevaren.cz www.slevarenstvi.svazslevaren.cz

ÚVODNÍ SLOVO

obsah

Vydává © Svaz sléváren České republiky IČ 44990863

Introductory word 149

H L AV I N K A , J .

16. mezinárodní slévárenský veletrh FOND-EX 3.–7. 10. 2016 | Brno, Výstaviště, pavilon Z

ODBORNÉ RECENZOVANÉ ČLÁNKY Specialized peer-reviwed articles 150 Předplatné l subscription Rozšiřuje Svaz sléváren ČR. Informace o předplatném podá a objednávky přijímá redakce. Cena čísla 80 Kč. Roční předplatné 480 Kč (fyzické osoby) + DPH + poštovné + balné. Cena čísla 130 Kč. Roční předplatné 780 Kč (podniky) + DPH + poštovné + balné. Objednávky do zahraničí vyřizuje redakce. Předplatitelé ze Slovenska si mohou časopis objednat na adrese: SUWECO, spol. s r. o., Klečákova 347, 180 21 Praha, tel.: +420 242 459 202, 242 459 203, suweco@suweco.cz. Subscription fee in Europe: 80 EUR (incl. postage). Subscription fee in other countries: 140 USD or 90 EUR (incl. postage)

Spracovanie hliníkovej zliatiny na tvárnenie EN AW-2024 technológiou liatia s kryštalizáciou pod tlakom Casting with crystallization under pressure of EN AW-2024 wrought aluminium alloy

154

Chunky grafit v těžkých odlitcích z litiny s kuličkovým grafitem 161

Zlepšení vlastností lité Cr-Ni oceli DIN 1.4865 přísadou inokulantů 167

redakční rada l advisory board prof. Ing. Dana Bolibruchová, Ph.D. Ing. Jan Čech, Ph.D. Ing. Martin Dulava, Ph.D. prof. Ing. Tomáš Elbel, CSc. Ing. Štefan Eperješi, CSc. Ing. Jiří Fošum Ing. Josef Hlavinka prof. Ing. Milan Horáček, CSc. Ing. Jaroslav Chrást, CSc. Richard Jírek Ing. Václav Kaňa, Ph.D. Ing. Radovan Koplík, CSc. doc. Ing. Antonín Mores, CSc. prof. Ing. Iva Nová, CSc. Ing. Radan Potácel doc. Ing. Jaromír Roučka, CSc. prof. Ing. Karel Rusín, DrSc. prof. Ing. Augustin Sládek, Ph.D. prof. Ing. Karel Stránský, DrSc. Ing. František Střítecký doc. Ing. Jaroslav Šenberger, CSc. Ing. Jan Šlajs Ing. Ladislav Tomek Ing. Zdeněk Vladár, předseda

D LO U H Ý, I . – VÁ L K A , L .

Aplikovatelnost koncepce „master“ křivky pro hodnocení lomové houževnatosti C-Mn oceli na odlitky Applicability of the “master“ curve concept for evaluating the fracture toughness of the C-Mn cast steel

173

F O U S OVÁ , M . a ko l.

3D tisk – možná alternativa k technologiím odlévání, tváření a obrábění? 3D printing—a possible alternative to casting, forging and machining technologies?

Z PRAXE

vedoucí redaktorka l editor-in-chief Mgr. Helena Šebestová

jazyková spolupráce l language collaboration Edita Bělehradová Mgr. František Urbánek

PÁ L K A , S . – H A S I L , J . – D O L E Ž A L , P. Improvement of properties of cast Cr-Ni steel DIN 1.4865 via addition of refiners

Do sazby 11. 5. 2016, do tisku 10. 6. 2016 Náklad 500 ks Inzerci vyřizuje redakce

redaktorka l editor Mgr. Milada Písaříková

O D EH N A L , J . – H A M P L , J . – KO N EČN Á . K . Chunky graphite in heavy spheroidal graphite castings

Vychází 6krát ročně l 6 issues a year Číslo 5–6 vyšlo 30. 6. 2016. Sazba a tisk l typeset and printed by Reprocentrum, a. s., Bezručova 29 CZ 678 01 Blansko, tel.: +420 516 412 510 rybkova@reprocentrum.cz

VA N KO, B . a ko l.

Articles oriented to practice 176

J E L Í N EK , P.

Snížení nákladů na tryskací operace pomocí DSTP ®

Zkušební odlitek s chladítky (s. 157)

Princip metody SLM (s. 174)

T0  T 

 30  K 1 ln Jc(med)  0,19  70   30  K 1 ln Jc(med)  0,19  70 

SLÉVÁRENSTVÍ č. 5 – 6/ 2016

T0  T 

7 – 8 / 2 0 1 6 | F O N D - E X 2 0 1 6 – o d b o r n é č l á n k yBEREME TEORII VÁŽNĚ! | F O N D - E X Fair 2016 – s p e cialize d co nt r ib u t i o n KJc (med) = 30 + 70 exp [0,019 (T + 88)]

KJc (med) = 30 + 70 exp [0,019 (T + 88)] KJc (0,05) = 25,4 + 37,8 exp [0,019 (T + 88)]

KJc (0,05) = 25,4 + 37,8 exp [0,019 (T + 88)] KJc (0,95) = 34,6 + 102,2 exp [0,019 (T + 88)]

5–6/2016

KJc (0,95) = 34,6 + 102,2 exp [0,019 (T + 88)]

T0    Z (85)  T0    Z (85) 

I . D l ouhý – L . Válka

18 1,44  10 °C 6 18 1,44  10 °C 6

M . L u ň á k – Š. Ky s e l k a – M . Š p a č e k

A p likovate ln o s t ko nce p ce „mas ter“ k ř i v k y pro h o dn o cení l o m ové h ou žev nato s ti C- M n o ce li na o dlitk y

T0 ( margin )  T0  T0  78 C Potom T0 ( margin )  T0  T0  78 C

L i t e ra t u ra [1]

Obecné schéma tranzitního chování lomové houževnatosti General schema of the transition behaviour of the fracture toughness

Na obr.425jsou T  78křivek podle vztahů (11), K Jc(0,05) ,4  znázorněny 37,8 exp 0,019průběhy (12), (13) a (17). Křivka podle vztahu (17) se označuje jako spodní mez (LB) rozptylového pásu lomové houževnatosti. V obr. 4 jsou vyneseny všechny hodnoty K Jc. Je zřejmé, že v celé přechodové oblasti prakticky všechny platné hodnoty leží v rozptylovém pásu omezeném 5% a 95% tolerančními hranicemi a – zejména – žádná měřená hodnota lomové houževnatosti nepadla pod křivku LB. Z obr. 4 je rovněž zřejmé, že mimo toleranční pás leží všechny hodnoty lomové houževnatosti, které jsou vyšší než K Jc(limit), tj. hodnoty lomové houževnatosti pásu II. Jedná se o hodnoty závislé na úrovni

Obr. 1.

Celý tvar vstřelovaného pískového jádra

Obr. 2.

Typická vada pískového jádra

Obr. 3.

Obr. 4. Obr. 3.

Obr. 5. Obr. 2. Fig. 2.

Závislost naměřených hodnot lomové houževnatosti na teplotě a pásma veličin K Jc , K Jc–Q a K Ju Dependence of measured fracture toughness values on temperature and bands of Kc, K Jc – Q and K Ju parameters

Obr. 4. Fig. 4.

Master křivka s tolerančními mezemi 5 % a 95 % a LB; vyneseny jsou hodnoty lomové houževnatosti KJc iniciované štěpným mechanizmem The master curve with tolerance limits of 5 and 95% and LB; values of fracture toughness K Jc initiated by cleavage mechanism are plotted

Obr. 6.

Obr. 3. Fig. 3.

170

Průběh teplotní závislosti střední hodnoty lomové houževnatosti K Jc (mean) a spodní toleranční meze (10 %) určené podle ČSN 420347 The course of temperature dependence of mean fracture toughness values K Jc (mean) and the lower tolerance limit (10%) specified according to the ČSN 420347 standard

Obr. 5. Fig. 5.

Průběhy křivek teplotní závislosti lomové houževnatosti určené podle koncepce univerzální křivky a podle ČSN 42 0347 Curves of temperature dependence of the fracture toughness determined according to the master curve concept and according to the ČSN 42 0347 standard

Obr. 9.

180

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r ve n 2016 . 5 – 6

170

179

Blahopřání doc. Moresovi k 75. narozeninám

[2]

Varianty úhlů vstřelu jádrové směsi

Přímé porovnání výsledku simulace (vlevo) s reálným pískovým jádrem (vpravo)

Srovnání simulovaných variant – vstřelovací tryska kruhová (vlevo) a oválná (vpravo)

Obr. 7.

Vliv posunu oválné vstřelovací trysky na hustotu směsi pískového jádra, zleva – bez posunu, posun o 20 mm, posun o 30 mm

Redukce počtu vzdušníků a přidání jednoho koncového, zleva – původní verze a upravená verze

Celá geometrie určená k výpočtu v softwaru MAGMA 5

Obr. 11. Pískové jádro po kompletní optimalizaci výrobního procesu

Obr. 8.

Vliv tlaku vstřelu na hustotu směsi, zleva – 3 bary, 2,5 baru a 3,5 baru

Z P R ÁV Y ČE SK É S L É VÁ R EN SK É S P O L EČN O S T I

Obr. 1. Fig. 1.

(17)

Z PRAXE

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

K Jc(0,05)  25,4  37,8 exp 0,019T  78

H e l e n a M a t a l o v á l U m ě l e c ké o d l i t k y

Vá c l a v K a f k a l J a n Š l a j s l V l a d i m í r K r u t i š

N u m e r i c k á o p t i m a l i z a c e v s o f t w a r u M AG M A 5 j a ko p o m o c n í k v ý r o b y p í s ko v ý c h j a d e r

(16)

a průběh 5% dolní toleranční hranice pro 85% toleranční mez je potom dán vztahem

Obr. 10. Modifikace počtu vzdušníků s vlivem na hustotu směsi jádra, zleva – výchozí návrh a vítězná varianta

Obr. 4.

Zasedání OK pro litiny, OK technologické a VII. konference firmy METOS, v. o. s.

Kybersochař z MCAE vytvořil novou lišku Bystroušku

Na pracovním jednání OK pro litiny pojednal doc. Ing. Antonín Mores, CSc., o stavu výroby odlitků z litiny. Představil slévárny v České republice, které se zabývají výrobou litinových odlitků, uvedl vyráběné materiály a typy tavicího zařízení, na kterém jsou litiny vyráběny. Jedná se o ucelený přehled výrobních možností České republiky v oblasti LLG a LKG. Nedílnou součástí zasedání OK byla přednáška doc. Ing. Břetislava Skrbka, CSc., na téma Teplotní únava – odolnost litin – brzdové kotouče – tepelné zpracování, kde se posluchači seznámili s výsledky vývoje tepelného zpracování litin používaného pro výrobu brzdových kotoučů. Byla sledována závislost životnosti a opotřebení brzdových kotoučů, životnosti brzdových destiček a brzdného účinku brzdné soustavy. Dvoudenní zasedání OK technologické bylo zahájeno exkurzí ve slévárně KASI, spol. s r. o., Nový Bydžov. Účastníci exkurze měli možnost zhlédnout poslední nově postavenou slévárnu v ČR na „zelené louce“, která vyrábí zejména litinové prvky pro kanalizace. Díky patří firmě KASI, spol. s r. o., která tuto exkurzi umožnila a zvláště pak Ing. Pavlu Hesounovi, který představil automatizovaný provoz slévárny a v živé diskuzi odpově-

M g r. H e l e n a M at a l ová m a r ke t i n g m a n a g e r, M C A E Sy s t e m s , s . r. o ., Ku ř i m

Adam Krhánek, sochař a náš kolega z MCAE Systems, byl vybrán zástupci Ostravsko-opavské diecéze, aby vymodeloval a vytvořil novou sochu lišky Bystroušky, která byla zcizena ze svého místa na jednom z bludných kamenů hukvaldské obory. Tato bronzová socha zde stála již více než půl století; Adam Krhánek se ujal její rekonstrukce a vytvořil kopii, která posloužila k finálnímu odlití z bronzu. Díky 3D technologiím, které společnost MCAE Systems nabízí, byl kámen na Hukvaldech nejprve naskenován optickým skenerem ATOS Compact Scan firmy GOM, aby výsledná socha přesně sedla na požadované místo. Naskenováním tak

Ing. Jan Šlajs M E TOS, v. o. s.

Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D. M E C A S E S I , s . r. o .

Obr. 5.

Gratulace k šedesátinám Ing. Uhrikovi

50. zasedání OKE. Hlavním bodem programu byla výměna informací o aktuálních problémech sléváren formou „kolečka změny“. Účastníci se dohodli, že příští, 51. zasedání proběhne 14.–15. 6. 2016 v komerční slévárně Ing. Henryho Kyncla v Turnově. Halvním tématem bude účinnost práce naší komise a její další zaměření. Z následné diskuze vyplynul problém se zajištěním pracovníků do sléváren, mj. ukrajinských pracovníků v českých slévárnách. Tento námět bude zařazen jako nosné téma zasedání komise. Miroslav Herzán seznámil účastníky se závěry zasedání vedení OK. Návštěva v Kovohutích přinesla výzvu pro každého. Členové OK prověří ve svých provozech, jaký zde vzniká elektroodpad, a zváží jeho předávání do Kovohutí.

Dne 27. 4. 2016 se v Chrudimi ve firmě METOS, v. o. s., konalo zasedání OK pro litiny (předseda doc. Ing. Antonín Mores, CSc.), OK technologické (předseda Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.) a VII. konference firmy METOS, v. o. s., na téma „Využití moderních technologií 3D tisku a skenování ve slévárenské praxi“. Konference se zúčastnilo 78 posluchačů z 39 firem a 3 škol (obr. 1).

196

Použití skeneru GOM ATOS Compact Scan v praxi

Bronzová liška před cizelováním a patinováním

Nová liška Bystrouška si vyzkoušela, jak se sedí na balvanu

byla data převedena do počítačové podoby a sloužila jako základ pro usazení modelu Bystroušky. Kromě tohoto uměleckého účelu nacházejí optické skenery široké uplatnění například pro přesnou a efektivní kontrolu kvality výroby, ukládání optimalizovaných dat z designových aplikací, skenování poškozených tvarů či celých sestav nástrojů i forem. Nejširší využití systému ATOS je v oblastech CAD, CAM a FEM, kde je vyžadováno měření reálných objektů a jejich následné srovnání s teoretickým modelem. Model lišky byl složen z jedenácti dílů 5 3D tiskárně MakerBot, vytištěných na která umožňuje snadný a rychlý tisk metodou Fused Deposition Modeling (FDM), kdy pomocí počítačem řízených drah tisková hlava vytlačuje a nanáší roztavený termoplast v polotekutém stavu, vrstvu po vrstvě, na modelovací podložku, kde okamžitě tuhne. Tento konkrétní model ještě nesplňoval požadované finální tvary lišky Bystroušky, takže se musel ještě domodelovávat plastelínou. Povrch nové sochy se totiž musí co nejvíce přiblížit původnímu originálu. Jedna z možných cest by byla vytištění modelu, jeho tmelení a zbroušení, aby bylo dosaženo správného, ručně modelovaného povrchu, ale kolega Krhánek zvolil jinou metodu, která mu umožňuje zakomponovat i klasickou sochařinu. Z konečného modelu se udělal sádrový odlitek a ve slévárně se pak liška dočkala své bronzové podoby.

Původní bronzovou lišku, která stála v oboře od roku 1962, navrhl sochař Karel Vávra. Liška měla vyleštěný ocásek, kterého se měl člověk dotknout a přitom si něco přát. Přání se mu mělo splnit do roka a do dne. Každá bronzová socha je někde osahaná, takže i pan Krhánek ji dotáhl do původního stavu, než ji někdo ukradl, tj. včetně naleštěného ocásku, pacek i čumáku. Ukotvení nové lišky bylo zesíleno, aby už nebyla tak snadno odcizitelná. Počítá se také se senzory pohybu a bezpečnostními čidly. Slavnostní odhalení nově instalované sochy proběhlo v pátek 8. 4. 2016 v 10 hodin v hukvaldské oboře. O společnosti MCAE Systems Již více než 20 let naše 3D technologie utvářejí průmysl a umožňují našim zákazníkům, aby přehodnotili svůj způsob návrhu designu, vývoje produktů i výrobních procesů. Jsme partnerem všude tam, kde je potřeba vyvíjet, konstruovat, tvořit, měřit, testovat a vyrábět. Veškeré technologie nabízíme také jako služby. Více informací: www.mcae.cz.

Umělecké odlitky Art castings

Kadidelnice

Zvýšení kvality je možné jen tehdy, pokud systematicky používáte poznatky z procesu výroby odlitků k úpravám z období vlády císaře

používaných technologií . Simulační program MAGMA je postaven na bázi fyziky a matematiky, Xuandeho – špičkováale pracuje také s roz-

technologie barvení sáhlým popisem procesů. Simulace neopomíjí žádné informace, přesto všechny výsledky jsou snadno a rychle přístupné.

Obr. 2.

Praktická ukázka skenování

povrchu předmětů

ze slitin mědi který zajistí prohloubení Simulační program MAGMA5 je současně skvělým tréninkovým a učebním nástrojem, Odlitky z období 3. roku vlády císaře technických znalostí Vašich technologů a pozvedne Vaše firemní know-how na vysokou úroveň. Xuande (1428), dynastie Ming

Obr. 1.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r ve n 2016 . 5 – 6

180

Poděkování dr. Lánovi za obětavou práci

KUNICKÝ, Z.; K. VURM: 700 let hutnictví stříbra a olova na Příbramsku (1311–2011), 225 let Stříbrné hutě – Kovohutí Příbram (1786–2011): 700 years anniversary of Příbram s metallurgy (1311–2011), 225 years anniversary of Silver smelting works— Kovohutě Příbram (1786–2011). 1. vyd. Příbram: Kovohutě Příbram, 2011. ISBN 978-80-260-0451-6. KAFKA, V. a kol.: Vývoj nákladového hodnocení apretace odlitků (V. etapa). PROJEKT XVI. In: Sborník přednášek, seminář XV. Kovohutě Příbram, 22. 3. 2016. Brno: ČSS, 2016, s. 1–70. ISBN 978-80-02-02651-8.

MAGMA GmbH K Vinici 1256 53002, Pardubice Czech Republic +420 773 154 664 p.kotas@magmasoft.cz www.magmasoft.de

Účastníci zasedání a příklady výrobků 3D tiskáren

206

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r ve n 2016 . 5 – 6

Anzeige_Raum_4_czech.indd 1

196

Portfolio 3D tiskáren MakerBot

Lití bronzu ve slévárně

Celková délka: 10,6 cm, hmotnost: 1,78 kg Materiál: mosaz

Všeobecné zaměření

N [°C]

V třetím roce své vlády si císař Xuandeho z dynastie Ming objednal výrobu ceremoniální nádoby Din a Yi, které měly být používány v chrámech předků a v císařském paláci. Celkem 3765 nádob bylo vyrobeno pomocí technologie vytavitelného vosku a jsou známy pod názvem kadidelnice Xuande (obr. 1) nebo Xuan.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r ve n 2016 . 5 – 6

206

LU Ň Á K , M . – K Y S E L K A , Š. – Š PAČEK , M .

Numerická optimalizace v softwaru MAGMA5 jako pomocník výroby pískových jader metodou cold box ve společnosti BENEŠ a LÁT, a. s.

FIREMNÍ PREZENTACE

23.06.2014 15:56:12

in ze r c e

N [°C]

 

AK T UA L I T Y I U M ĚLECK É O DL I TK Y

 

8.4.2016 14:30:49

ALFE-titul_Slévárenství.indd 1

OBÁLKA Cover

Presentations of companies 2. s. Konstruováno podle požadavků sléváren a kováren / Odlitek nebo výkovek – obálky vždy perfektně tryskaný (RÖSLER Oberflächentechnik GmbH, Německo)

ALFE BRNO, s. r. o.

182

Kryogenní odstraňování otřepů z kovových odlitků (Messer Technogas, s. r. o., Praha)

RÖSLER Oberflächentechnik GmbH, Německo

183

Hana Portová, ALFE BRNO, s. r. o.

Ediční plán Slévárenství 2016 MAGMA GmbH, Pardubice

RUBRIKY Sections 184

Zaostřeno na materiál | Focused on material

190

Roční přehledy | Annual overviews

193

Zprávy Svazu sléváren České republiky | News from the Association of Foundries of the Czech Republic

195

Zprávy České slévárenské společnosti | News from the Czech Foundrymen Society

199

Transactions AFS 2015

200

Zahraniční slévárenské časopisy | Foreign foundry journals

202

Ze zahraničních časopisů | From the foreign journals

203

Slévárenské konference | Foundry conferences

205

Aktuality | News

206

Umělecké odlitky | Art castings

207

Vzpomínáme | Commemorations

207

Blahopřejeme | Congratulations

208

Z historie | From the history

INZERCE

PRO

MSV 2016

IMT 2016

3.–7. 10. 2016 Brno – Výstaviště

Advertisements 145

BÜHLER AG, Švýcarsko

182

Messer Technogas, s. r. o., Praha

148

Veletrhy Brno, a. s., Brno

16. mezinárodní slévárenský veletrh

MSV 2016

IMT 2016

Zaregistrujte se před svou návštěvou veletrhu, ušetříte čas i peníze! www.bvv.cz/msv

3.–7. 10. 2016 MSV 2016

Brno 148 – Výstaviště

www.bvv.cz/fondex

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Josef Hlavinka

ÚVODNÍ SLOVO

16. mezinárodní slévárenský veletrh FOND-EX 3.–7. 10. 2016 | Brno, Výstaviště, pavilon Z Ing. Josef Hlavinka v ýkonný ředitel Svazu sléváren ČR

Vážení čtenáři, po dvou letech se v termínu 3.–7. 10. 2016 opět uskuteční mezinárodní slévárenský veletrh FOND-EX, jehož přípravy začaly již na konci minulého ročníku. Tento, již 16. slévárenský veletrh FOND-EX bude součástí Mezinárodního strojírenského veletrhu (MSV) spolu s dalšími odbornými veletrhy PLASTEX, PROFINTECH, WELDING a IMT. Poslední ročníky strojírenského veletrhu odrážely požadavky na automatizaci a robotizaci výroby. Slévárenství je tradiční řemeslo, ale rozhodně nestojí mimo novodobé „trendy“ obory. Sofistikovanost výroby a technologií nijak nezaostává za jinými odvětvími. Veletrh FOND-EX 2016 se bude konat na BVV a bude umístěn do pavilonu Z. Svaz sléváren ČR připravuje stánek v podobném duchu jako v roce 2014. Opět chceme dát prostor naší členské základně a prezentovat slévárenskou výrobu České republiky. Je to i naše povinnost – není totiž možné, abychom na domácí půdě vyklízeli prostor očekávané invazi výrobců z Číny či Indie, a to nejen z pohledu výroby odlitků, ale také co se týče strojního vybavení. Stejný přístup zaujmou určitě všichni prozíraví dodavatelé vstupů či technologií do sléváren, pro které má účast na veletrhu jasný cíl: udržet si své pozice na trhu. Organizátoři veletrhu se chovají tržně,

proto se nelze divit rostoucímu počtu asijských expozic s obdobnými produkty, na které jsme zvyklí u našich zaběhlých obchodních partnerů. Tento trend, který je často odrazem politické vůle našich zákonodárců, může SSČR bohužel ovlivnit jen velmi málo… Novinkou letošního veletrhu bude prostor určený pro odborné semináře vystavovatelů, a to přímo v pavilonu Z, nedaleko stánku SSČR. Každý z vystavovatelů bude mít možnost pozvat si své hosty na přednášku, na které je bude informovat o novinkách ze své oblasti. Pomalu se tak dostáváme k doprovodnému programu, který pro vás připravujeme. Všechny členy našeho svazu a významné osobnosti slévárenské branže zveme v úterý 4. října ve 13 hodin na „Setkání slévačů“, které proběhne v pavilonu Z na stánku SSČR. Po celý týden opět spoluorganizujeme návštěvy studentů ze středních i vysokých škol. Věříme, že tento veletrh naplní očekávání jak vystavovatelů, tak i samotných návštěvníků a čas strávený na veletrhu FOND-EX 2016 bude přínosný. Zveme všechny k účasti na 16. mezinárodním veletrhu FOND-EX 2016.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

149

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

B. Vanko – M. Čeretka – E. Sedláček – R . M oravčí k – L. Stanček

Spracovanie hliníkovej zliatiny na tvárnenie EN AW-2024 technológiou liatia s kryštalizáciou pod tlakom Casting with crystallization under pressure of EN AW-2024 wrought aluminium alloy Received: 05.04.2016 Accepted: 28.04.2016 669.715 : 621.74.03 Al-alloys—special casting processes

Ing. Branislav Vanko, PhD. Slovenská technická univerzita v Bratislave, Strojnícka fakulta, Ústav technológií a materiálov S l o v a k U n i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y i n B r a t i s l a v a , Fa c u l t y o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y a n d M a t e r i a l s

Ing. Michal Čeretka Slovenská technická univerzita v Bratislave, Strojnícka fakulta, Ústav technológií a materiálov S l o v a k U n i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y i n B r a t i s l a v a , Fa c u l t y o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y a n d M a t e r i a l s

Ing. Eduard Sedláček Slovenská technická univerzita v Bratislave, Strojnícka fakulta, Ústav technológií a materiálov S l o v a k U n i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y i n B r a t i s l a v a , Fa c u l t y o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y a n d M a t e r i a l s

doc. Ing. Roman Moravčík, PhD. Slovenská technická univerzita v Bratislave, Materiálovo technologická fakulta so sídlom v Tr nav e, Ú s t av m a te r i á l o v S l o v a k U n i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y i n B r a t i s l a v a , Fa c u l t y o f M a t e r i a l s , S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y i n Tr n a v a

doc. Ing. Ladislav Stanček, CSc. Slovenská technická univerzita v Bratislave, Strojnícka fakulta, Ústav technológií a materiálov S l o v a k U n i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y i n B r a t i s l a v a , Fa c u l t y o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y a n d M a t e r i a l s

150

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Spracovanie hliní kovej zliatiny na t várnenie EN AW-2024...

The ef for t to put castings of high strength wrought aluminium alloys into foundr y prac tice has become a global issue in recent years. The advantage of casting technology compared to forming technology is the abilit y to produce parts with more complex shapes at a lower total cost. The aim of using these alloys is to create castings with higher mechanical proper ties than achieved with castings made of standard cast aluminium alloys. Wrought aluminium alloys of the series 2x x x, 6x x x and 7x x x are most of ten cast. The EN AW-2024 alloy, which has been cast by a modified technology of casting with cr ystallization under pressure and heat-treated, was studied in the experiment.

Ú vo d Potenciál zlievarenských zliatin hliníka je už pravdepodobne nateraz vyčerpaný a ani žiadna nová technológia liatia v blízkej budúcnosti asi neumožní dosiahnuť vyššie mechanické vlastnosti odliatkov vyrobených z týchto zliatin. V snahe využiť výhody zlievarenských technológií oproti technológiám tvárnenia, napr. vyššiu tvarovú zložitosť výrobkov alebo nižšie náklady na výrobu, nastúpil trend skúmania použiteľnosti vysokopevných hliníkových zliatin na tvárnenie pri výrobe odliatkov rôznymi metódami liatia, napr. liatím s kryštalizáciou pod tlakom (priamym aj nepriamym) [1], [2] alebo liatím zliatin v čiastočne tuhom stave (CDS proces, SIM proces, LSPSF proces) [3], [4], [5]. Najčastejšie skúmané zliatiny sú zo sérií 2xxx, 6xxx a 7xxx lebo ponúkajú najvyššie mechanické vlastnosti [6]. Problémom pri odlievaní týchto zliatin je však napr. tvorba trhlín za tepla [7], [8]. Cieľom tohto výskumu je zistiť vplyv parametrov liatia pri liatí s kryštalizáciou pod tlakom s vynúteným prúdením [9] na základné mechanické vlastnosti odliatkov zo zliatiny EN AW-2024 v stave liatom a po tepelnom spracovaní. Materiál a metódy Experimentálny materiál, hliníková zliatina na tvárnenie EN AW-2024, bol odliaty v štyroch rôznych režimoch liatia s kryštalizáciou pod tlakom s vynúteným prúdením (tab. I). Odliatky mali pohárový tvar (obr. 1) s výškou približne 130 mm, hrúbkou steny 15 mm a hrúbkou dna približne 20 mm (v závislosti od výšky odliatku). Chemické zloženie zliatiny bolo nasledovné: 92,783 % Al, 4,264 % Cu, 1,446 % Mg, 0,8 % Mn, 0,356 % Fe, 0,22 % Si, 0,06 % Zn, 0,025 % Ti, 0,013 % Cr a 0,033 % ostatných prvkov. Vsádzka bola počas tavenia v grafitovom tégliku chránená krycou soľou. Pred liatím tavenina nebola odplynená, iba boli z povrchu mechanicky stiahnuté oxidy. Tavenina bola odliata do spodnej časti formy a následne uzavretá hornou časťou (lisovníkom), (obr. 1). Forma bola vyrobená z nástrojovej ocele určenej pre prácu za tepla (X40CrMoV5-1) a ohrievaná počas 90 minút na teplotu 200, resp. 250 °C (tab. I). Pred liatím nebola ošetrená žiadnym ochranným prostriedkom. Tlak sa prenášal na odliatok priamo (bez vtokovej

Spracovanie hliní kovej zliatiny na t várnenie EN AW-2024...

Tab. I. Tab. I.

č. 1

č. 2

č. 3

č. 4

teplota liatia [°C]

650

700

teplota formy [°C]

200

250

lisovací tlak [MPa]

100

200

100

200

doba lisovania [s]

opisujú podmienky tuhnutia a tým v podstate celý proces výroby každého odliatku v danom režime liatia. Na základe nich je možné pri opakovaných cykloch liatia odhaliť odchýlky v procese liatia (tuhnutia) a nemôže dôjsť k odchýlke reprodukovateľnosti odliatkov.

Vyhodnocované parametre z vybraných záznamov liatia Evaluated parameters from the chosen records of casting

Režim liatia (odliatok)

č. 1

č. 2

č. 3

č. 4

teplota taveniny v čase uzavretia formy a aplikácie tlaku [°C]

619

617

631

632

doba tuhnutia pod tlakom [s]

4,3

7,8

7,7

565

550

390

383

priemerná rýchlosť ochladzovania počas tuhnutia [°C · s−1]

26,5

16,4

16,8

pohyb lisovníka počas tuhnutia [mm]

4,3

5,5

5,3

6,5

priemerná rýchlosť pohybu lisovníka počas tuhnutia [mm · s−1]

1,1

1,3

0,7

0,8

počiatočná rýchlosť ochladzovania počas tuhnutia [°C · s−1]

sústavy) počas 30 s. Následne bol odliatok z formy vyhodený a dochladený voľne na vzduchu. Zaznamenávané a vyhodnocované boli nasledovné veličiny: teplota zliatiny, teplota formy, poloha (pohyb) lisovníka a lisovací tlak. Z osových rezov odliatkov boli vyfrézované ploché skúšobné telieska (obr. 2) na ťahovú skúšku. Časť skúšobných teliesok bola tepelne spracovaná a zvyšné boli ponechané v stave liatom. Optimalizácia parametrov tepelného spracovania zohľadňujúceho odlišný východiskový stav mikroštruktúry nebola predmetom predloženej práce. Použité tepelné spracovanie T6 pozostávalo z 3hodinového rozpúšťacieho žíhania pri teplote 495 °C, ochladenia vo vode s teplotou okolia a 12hodinového umelého starnutia pri teplote 190 °C s voľným ochladzovaním na vzduchu. Niekoľko skúšobných teliesok bolo podrobených výlučne iba 12hodinovému umelému starnutiu pri teplote 190 °C s voľným ochladzovaním na vzduchu. Tento v praxi bežne nevyužívaný proces by mal byť blízky tepelnému spracovaniu T5, a preto bolo v experimente použité takéto označenie. Ťahová skúška bola vykonaná pri teplote okolia v súlade s normou STN EN ISO 6892-1. Hodnoty mechanických vlastností (pevnosť, zmluvná medza klzu a ťažnosť) boli stanovené ako priemerná hodnota zo štyroch meraní (v stave liatom aj po tepelnom spracovaní T6 a T5). Výsledky a diskusia V experimente bol vyhodnocovaný vplyv teploty liatia a teploty formy spolu s tlakom pôsobiacim počas tuhnutia na mechanické vlastnosti odliatkov. Metodika vyhodnocovania podmienok tuhnutia jednotlivých režimov liatia vychádza z predchádzajúcich prác pracoviska [10]. Zo záznamov režimov liatia bola vyhodnotená teplota taveniny uprostred stien odliatkov (obr. 1) v čase uzavretia formy a začiatku aplikácie tlaku, doba tuhnutia pod tlakom uprostred stien odliatkov (časový interval od teploty taveniny v čase začiatku aplikácie tlaku po rovnovážnu teplotu solidu 503 °C), počiatočná a priemerná rýchlosť ochladzovania uprostred stien odliatkov počas tuhnutia, posunutie lisovníka a jeho priemerná rýchlosť pohybu počas tuhnutia odliatkov. Tieto parametre (tab. II)

Rozdielne počiatočne podiely tuhej fázy v čase uzavretia formy a aplikácie tlaku a rozdielne teplotné pomery počas lisovania spôsobili rôzne využitie pohybu lisovníka na fragmentáciu a sferoidizáciu dendritov prostredníctvom šmykových napätí daných Newtonovým zákonom viskozity. Rôzny stupeň zmien dendritickej štruktúry na nedendritickú štruktúru (obr. 3) zabezpečil okrem iného vyššiu priepustnosť skeletu tuhej fázy pre lepšie dosadzovanie kvapalnej fázy do miest posledného tuhnutia. Týmto postupom sa zabránilo tvorbe trhlín za tepla a umožnilo sa ich liečenie až do posledného štádia tuhnutia. Kvalitná nedendritická štruktúra je schopná podľa výsledkov zo spracovania zliatin v čiastočne tuhom stave poskytnúť odliatkom aj vyššie mechanické vlastnosti [5]. Získané mecha-

Obr. 2. Fig. 2.

Obr. 3. Fig. 3.

Skúšobné teliesko pre ťahovú skúšku vyrobené v súlade s normou STN EN ISO 6892-1 Testing element for the tensile test made in accordance with the STN EN ISO 6892-1 standard

Typická mikroštruktúra uprostred stien odliatkov (režim liatia č. 1 vľavo a režim liatia č. 2 vpravo) Typical microstructure in the middle of the casting walls (left the casting mode No 1 and right the casting mode No 2)

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

151

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

Fig. 1.

Schéma nástroja (1 – spodná časť formy, 2 – horná časť formy – lisovník, 3 – vyhadzovač odliatku, 4 – odliatok pohárového tvaru, X – miesto snímania teploty zliatiny) Diagram of the tool (1—the drag, 2—the cope—the die, 3—the ejector of castigs, 4—the casting of a cup shape, X—the point of recording the alloy temperature)

Parametre liatia Casting parameters

Režim liatia

Tab. II. Tab. II.

Obr. 1.

B. Vanko – M. Čeretka – E. Sedláček – R . M oravčí k – L. Stanček

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

B. Vanko – M. Čeretka – E. Sedláček – R . M oravčí k – L. Stanček

nické vlastnosti odliatkov v stave liatom a po tepelnom spracovaní sú uvedené v tab. III a graficky znázornené na obr. 4. Vplyv teploty liatia a teploty formy (tzn. vplyv počiatočného podielu tuhej fázy pri aplikácii tlaku, rýchlosti ochladzovania počas tuhnutia, času tuhnutia, dráhy a rýchlosti pohybu lisovníka) na mechanické vlastnosti odliatkov v stave liatom je jednoznačný. Režimy s nižšou teplotou liatia a nižšou teplotou formy (č. 1 a 2) vykazujú v porovnaní s režimami s vyššou teplotou liatia a vyššou teplotou formy (č. 3 a 4) v stave liatom (podľa príslušnej výšky tlaku, režimy č. 1 a 3 s tlakom 100 MPa a režimy č. 2 a 4 s tlakom 200 MPa) nižšie pevnosti a ťažnosti, ale vyššie medze klzu. V stave liatom bola najvyššia pevnosť a ťažnosť dosiahnutá v režime liatia č. 4 (340 MPa, 4,5 %), ale medza klzu bola najnižšia (106 MPa). Najvyššia hodnota medze klzu v stave liatom bola dosiahnutá v režime liatia č. 1 (120 MPa), avšak pevnosť a ťažnosť boli najnižšie (293 MPa, 2 %). Po tepelnom spracovaní T5 sa pozitívny prínos vyššej teploty liatia a teploty formy na všetky sledované mechanické vlastnosti preukázal na oboch dvojiciach režimov č. 1 a 3 aj č. 2 a 4. Avšak po tepelnom spracovaní T6 sa pozitívny prínos vyššej teploty liatia a teploty formy na všetky sledované mechanické vlastnosti preukázal len na dvojici režimov č. 1 a 3.

č. 1 5

č. 2

č. 3

č. 4

4,5

4,5 4

3,5

2,5

2,5 2

2,5

1,5 1 0,5 0

stav liaty

stav po T5

stav po T6

A [%]

č. 1

č. 2

č. 3

č. 4

450

420

400 350 300

293

317

309

340 250

250

418

400

356 286

301

305

200 150 100 50 0

stav liaty

stav po T5

stav po T6

Rm [MPa]

č. 1

č. 2

č. 3

č. 4

400

368

378

350 300 250

223

200 150

344

245 204

211

165 120

100

108

115

106

50 0

Obr. 4. Fig. 4.

152

stav liaty

stav po T5

stav po T6

Rp0.2 [MPa]

Grafické vyhodnotenie mechanických vlastností odliatkov v stave liatom a po tepelnom spracovaní Graphical evaluation of mechanical properties in the as cast castings and after heat treatment

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Spracovanie hliní kovej zliatiny na t várnenie EN AW-2024...

Tab. III. Mechanické vlastnosti odliatkov v stave liatom a po tepelnom spracovaní Tab. III. Mechanical properties in the as cast castings and after heat treatment Stav odliatkov liaty stav

stav po tepelnom spracovaní T5 stav po tepelnom spracovaní T6

režim liatia

č. 1

č. 2

č. 3

č. 4

Rp0,2 [MPa]

120

108

115

106

Rm [MPa]

293

317

309

340

A [%]

3,5

2,5

4,5

Rp0,2 [MPa]

165

223

204

245

Rm [MPa]

250

286

301

305

A [%]

2,5

Rp0,2 [MPa]

211

368

378

344

Rm [MPa]

356

420

418

400

A [%]

2,5

Režim č. 4, pri ktorom sa odlievalo pri tlaku 200 MPa, vykázal nízku citlivosť na tepelné spracovanie a výsledná pevnosť (400 MPa) a medza klzu (344 MPa) boli nižšie ako v režime č. 2 (pevnosť 420 MPa a medza klzu 368 MPa), dokonca boli nižšie ako v režime č. 3 (pevnosť 418 MPa a medza klzu 378 MPa), v ktorom sa odlievalo pri tej istej teplote liatia a teplote formy, ale pri nižšom tlaku 100 MPa. Najnižšie hodnoty všetkých sledovaných mechanických vlastností po tepelnom spracovaní T6 aj T5 boli namerané v režime liatia č. 1 (pevnosť 356 MPa, medza klzu 211 MPa a ťažnosť 2 % po tepelnom spracovaní T6 a pevnosť 250 MPa, medza klzu 165 MPa a ťažnosť 2 % po tepelnom spracovaní T5). Po tepelnom spracovaní T5 boli najvyššie hodnoty všetkých sledovaných mechanických vlastností dosiahnuté v režime liatia č. 4 (pevnosť 305 MPa, medza klzu 245 MPa a ťažnosť 2,5 %), ale po tepelnom spracovaní T6 sú výsledky rôznorodé, najvyššia pevnosť bola dosiahnutá v režime č. 2 (420 MPa), medza klzu v režime č. 3 (378 MPa) a ťažnosť v režime č. 4 (3 %). Najvýhodnejším režimom liatia z hľadiska dosiahnutých mechanických vlastností po tepelnom spracovaní T6 je režim č. 3. Pevnosť 418 MPa dosiahnutá v tomto režime je v podstate na úrovni najvyššej dosiahnutej pevnosti (420 MPa) v režime č. 2, medza klzu 378 MPa je najvyššou dosiahnutou hodnotou a ťažnosť 2,5 % je iba o 0,5 % nižšia ako najvyššia dosiahnutá ťažnosť (3 %) v režime č. 4. Vplyv vyššieho tlaku počas tuhnutia na mechanické vlastnosti odliatkov v stave liatom je podľa očakávania tiež jednoznačný. Hodnoty pevností a ťažností v stave liatom boli u oboch dvojíc režimov liatia (č. 1 a 2 aj č. 3 a 4) vyššie vtedy, keď bol aplikovaný na tuhnúcu taveninu vyšší tlak, čo je v zhode so všeobecnými teoretickými a praktickými poznatkami o tuhnutí hliníkových zliatin na tvárnenie pod tlakom [11]. To ale neplatí o medzi klzu, ktorá bola v oboch režimoch liatia s vyšším tlakom (č. 2 a 4) nižšia. Prínosom vyššieho aplikovaného tlaku počas tuhnutia odliatkov je najmä vyššia ťažnosť v stave liatom aj po tepelnom spracovaní. V režimoch liatia č. 1 a 2 sa pozitívny vplyv vyššieho tlaku počas tuhnutia prejavil po tepelnom spracovaní T6 aj T5 na všetkých sledovaných mechanických vlastnostiach. V režimoch liatia č. 3 a 4 sa po tepelnom spracovaní T5 očakávaný prínos vyššieho tlaku prejavil tiež na všetkých sledovaných vlastnostiach, ale po tepelnom spracovaní T6 sa očakávaný prínos vyššieho tlaku prejavil len v ťažnosti, hodnoty pevnosti a medze klzu boli v režime č. 4 pri tlaku 200 MPa nižšie ako v režime č. 3 pri tlaku 100 MPa. V režimoch liatia č. 2, 3 aj 4 dosiahli hodnoty pevností, ktoré sú porovnateľné s výsledkami iných laboratórií [5], [11]. Napríklad pevnosť v stave liatom v režime č. 3 (309 MPa) je iba

Spracovanie hliní kovej zliatiny na t várnenie EN AW-2024...

Z áve r V experimentoch bola úspešne odliata hliníková zliatina na tvárnenie EN AW-2024 technológiou liatia s kryštalizáciou pod tlakom s vynúteným prúdením. V stave liatom boli dosiahnuté najvyššie hodnoty pevnosti a ťažnosti v režime liatia č. 4 (340 MPa, 4,5 %). Medza klzu v stave liatom dosiahnutá v tomto režime liatia bola 106 MPa. Po tepelnom spracovaní T5 boli dosiahnuté najvyššie hodnoty všetkých mechanických vlastností v režime liatia č. 4 (pevnosť 305 MPa, medza klzu 245 MPa a ťažnosť 2,5 %). Po tepelnom spracovaní T6 bol dosiahnutý najvýhodnejší pomer hodnôt mechanických vlastností v režime liatia č. 3, lebo pevnosť 418 MPa je v podstate na úrovni najvyššej dosiahnutej pevnosti (420 MPa) v režime liatia č. 2, medza klzu 378 MPa je najvyššou dosiahnutou hodnotou a ťažnosť 2,5 % je iba o 0,5 % nižšia ako najvyššia dosiahnutá ťažnosť (3 %) v režime liatia č. 4. Vplyv vyššej teploty liatia a teploty formy na pevnosť a ťažnosť odliatkov v stave liatom je možné hodnotiť ako pozitívny na oboch dvojiciach režimov liatia, č. 1 a 3 aj č. 2 a 4, zanedbateľný negatívny vplyv to malo na medzu klzu. Pozitívny vplyv vyššej teploty liatia a teploty formy na všetky sledované mechanické vlastnosti po tepelnom spracovaní T5 je možné hodnotiť na oboch dvojiciach režimov, č. 1 a 3 aj č. 2 a 4, ale po tepelnom spracovaní T6 je to možné potvrdiť iba porovnaním režimov č. 1 a 3. Vplyv vyššieho tlaku aplikovaného počas tuhnutia na pevnosť a ťažnosť odliatkov v stave liatom je možné tiež hodnotiť ako pozitívny na oboch dvojiciach režimov liatia, č. 1 a 2 aj č. 3 a 4, ale opäť to malo negatívny vplyv na medzu klzu. Pozitívny vplyv vyššieho tlaku aplikovaného počas tuhnutia na všetky sledované mechanické vlastnosti po tepelnom spracovaní T5 je možné hodnotiť na oboch dvojiciach režimov, č. 1 a 2 aj č. 3 a 4, ale po tepelnom spracovaní T6 je to možné potvrdiť iba porovnaním režimov č. 1 a 2. Hodnoty pevnosti a medze klzu skúmaných vzoriek sú porovnateľné s výsledkami iných laboratórií. Hodnoty ťažnosti sú z dôvodu mikropórovitosti v odliatkoch na nízkej úrovni, je potrebné sa v ďalších experimentoch zamerať na ich zvýšenie. Taktiež by bolo vhodné v ďalších experimentoch overiť režim liatia č. 4, či sa potvrdia hodnoty mechanických vlastností po tepelnom spracovaní T6. Rozsahom samostatnú štúdiu si bude vyžadovať optimalizácia parametrov tepelného spracovania zohľadňujúcich osobitný stav štruktúry získanej pri tuhnutí pod vplyvom vysokého vonkajšieho tlaku s vynúteným prúdením.

Poďakovanie Ďakujeme grantovej agentúre Slovenskej republiky VEGA za finančnú podporu projektu 1/0876/14 – Štúdium získavania sféroidickej morfológie primárneho tuhého roztoku zliatiny hliníka na tvárnenie a jeho vplyvu na mechanické vlastnosti. L i t e ra t ú ra [1]

CHINNATHAMBI, K.: Study on mass effect of indirect squeeze cast 2014 wrought aluminum alloy. Die Casting Engineer, 2006, 40–47. [2] HAJJARI, E.; M. DIVANDARI: An investigation on the microstructure and tensile properties of direct squeeze cast and gravity die cast 2024 wrought Al alloy. Materials and Design, 2008, 29(9), 1685–1689. DOI: 10.1016/j. matdes.2008.04.012. ISSN 02613069. Dostupné také z: h t t p : / / l i n k i n g h u b . e l s e v i e r. c o m / r e t r i e v e / p i i / S0261306908000848 [3] SHANKAR, S.; D. SAHA; M. M. MAKHLOUF; D. APELIAN: Casting of wrought aluminum-based alloys. Die Casting Engineer, 2004, 52–56. [4] YANLEI, L.; L. YUANDONG; L. CHUN; W. HUIHUI: Microstructure characteristics and solidification behavior of wrought aluminum alloy 2024 rheo-diecast with self-inoculation method. China Foundry, 2012, 9(4), 328–336. ISSN 1672-6421. [5] GUO, H.; X. YANG; M. ZHANG: Microstructure characteristics and mechanical properties of rheoformed wrought aluminum alloy 2024. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2008, 18, 555–561. [6] CURLE, U. A.: Semi-solid near-net shape rheocasting of heat treatable wrought aluminum alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2010, 20, 1719–1724. [7] ESKIN, D. G.; SUYITNO; L. KATGERMAN: Mechanical properties in the semi-solid state and hot tearing of aluminium alloys. Progress in Materials Science, 2004, 49(5), 629–711. DOI: 10.1016/S0079-6425(03)00037-9. ISSN 0079-6425. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0079642503000379 [8] VIANO, D.; D. StJOHN; J. GRANDFIELD; C. CÁCERES: Hot tearing in aluminium – copper alloys. In: HALVOR KVANDE (Ed.): Light metals 2005 proceedings of the technical sessions presented by the TMS Aluminum Committee at the 134th TMS Annual meeting, San Francisco, California, February 13-17th, 2005. Warrendale, Pa: TMS, 2005, s. 1069–1073. ISBN 978-087-3395-809. [9] STANČEK, L.; B. VANKO: Nástroj na liatie s kryštalizáciou pod tlakom so zvýšenou intenzívnosťou prúdenia. 10. medzinárodná konferencia Technológia 2007, 19.–20. 9. 2007, Bratislava, Slovenská republika. [10] VANKO, B.; M. ČERETKA; E. SEDLÁČEK; R. MORAVČÍK; L. STANČEK: Aproximatívne určenie teploty liatia pri liatí s kryštalizáciou pod tlakom s vynúteným prúdením zliatiny hliníka na tvárnenie. Strojírenská technologie, 2014, 19(1), 56–61. ISSN 1211-4162. [11] ZHONG, Y.; G. SU; K. YANG: Microsegregation and improved methods of squeeze casting 2024 aluminium alloy. Journal of Materials Science & Technology, 2003, 19(5), 413–416. ISSN 1005-0302.

Recenzenti | Peer-reviewers: Ing. Ivo Lána, Ph.D. Ing. Barbora Bryksí Stunová, Ph.D. S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

153

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

o 3 MPa vyššia ako najvyššia dosiahnutá pevnosť odliatkov v stave liatom (306 MPa) v experimentoch [5] a pevnosť po tepelnom spracovaní T6 v režime č. 3 (418 MPa) je iba o 10 MPa nižšia ako najvyššia dosiahnutá pevnosť odliatkov po tepelnom spracovaní T6 (428 MPa) v tých istých experimentoch [5]. Medza klzu v stave liatom v režime č. 3 (115 MPa) je síce o 83 MPa nižšia ako najvyššia uvedená hodnota v experimente [5], ale po tepelnom spracovaní T6 je medza klzu v režime č. 3 (378 MPa) o 57 MPa vyššia ako najvyššia hodnota medze klzu (321 MPa) dosiahnutá v tých istých experimentoch [5]. V porovnaní s výsledkami iných laboratórií je na veľmi nízkej úrovni ťažnosť odliatkov v stave liatom (2 až 4,5 %) aj po tepelnom spracovaní (2 až 3 %). Ťažnosť odliatkov zo zliatiny 2024 sa v stave liatom pohybuje v rozmedzí cca od 6,5 do 10,5 % [5] a v stave po tepelnom spracovaní od 8 do 13 % [5], [11]. Nízku ťažnosť je možné prisúdiť mikropórovitosti, ktorú preukázalo predbežné mikroskopické skúmanie odliatkov na riadkovacom elektrónovom mikroskope (REM).

B. Vanko – M. Čeretka – E. Sedláček – R . M oravčí k – L. Stanček

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

J . O d e h n a l – J . H a m p l – K . Ko n e č n á

Ch u n k y g r a f i t v t ě ž k ý c h o d l i tc í c h z l i t i ny s ku l i č ko v ý m g r a f i t e m

Chunky grafit v těžkých odlitcích z litiny s kuličkovým grafitem Chunky graphite in heavy spheroidal graphite castings Received: 08.04.2016 Received in revised form: 27.04.2016 Accepted: 02.05.2016 669.111 : 669.131.018.2 : 621746-11 chunky graphite—spheroidal graphite cast iron— casting wall thickness

Theoretically and experimentally verified conditions of the formation of chunky graphite in spheroidal graphite cast iron (GJS) are described in the contribution. Influence of chemical composition, the rate of solidification and metallurgical processing of GJS on occurrence of chunky graphite has been verified on test castings with high module. Using the solidification simulation the occurrence of porosit y, of chunky graphite and the reduc tion of mechanical proper ties in the heat axis of the casting were predic ted. Worsened microstruc tural and mechanical proper ties in the critical point s of the test casting were verified with done mechanical test s and detailed microscopic analysis.

Ing. Josef Odehnal, Ph.D. P I L S E N S T E E L , s . r. o . ( L t d .), P l z e ň

doc. Ing. Jiří Hampl, Ph.D. VŠB – TU Ostrava, katedra metalurgie a slévár e n s t v í | Te c h n i c a l U n i v e r s i t y o f O s t r a v a , Fa cult y of Metallurgy and Materials Engineering, Depar tment of Metallurgy and Foundry Engineering

Ing. Kateřina Konečná VŠB – TU Ostrava, katedra metalurgie a slévár e n s t v í | Te c h n i c a l U n i v e r s i t y o f O s t r a v a , Fa cult y of Metallurgy and Materials Engineering, Depar tment of Metallurgy and Foundry Engineering

154

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Ú vo d Mezi mikroskopickými vadami LKG je výskyt chunky grafitu velmi nebezpečný, protože v postižených oblastech vede k radikálnímu snížení mechanických vlastností. Problematikou vzniku chunky grafitu v LKG se zabývalo více autorů. Rozbor teorií jeho vzniku poukazuje na různé mechanizmy tvorby tohoto typu grafitu. Zvýšené riziko vzniku chunky grafitu je při odlévání silnostěnných odlitků vysokých hmotností z litiny s kuličkovým grafitem se zvýšeným obsahem křemíku a dlouhou dobou tuhnutí. Te o r i e v z n i k u c h u n k y g ra f i t u Teorie vzniku chunky grafitu se zakládají na předpokladu, že grafit roste na přednostních rovinách. Tento typ grafitu nemůže být vysvětlen jako důsledek degenerace kulovitého tvaru grafitu, „který je přirozeným tvarem grafitu v LKG“ [1], [2]. Výchozí teorie vzniku chunky grafitu jsou následující: – teorie vysvětlující tvorbu chunky grafitu přednostním růstem grafitu podél osy „C“ (obr. 1) [3]; – teorie vzniku chunky grafitu obohacením atomů uhlíku v tekuté fázi mezi rameny dendritů primárního austenitu. Následně se tvoří oblasti přesycené uhlíkem, z nichž se vylučuje chunky grafit [4]; – teorie popisující růst krystalů na základní rovině jako šroubové dislokace [5]; – teorie, která naznačuje růst grafitu uvnitř bublin hořčíkových par v tavenině LKG (obr. 2) [6]; – teorie vzniku chunky grafitu během eutektického tuhnutí, ještě před vyloučením sférolitů [7]. Současné poznatky o vzniku chunky grafitu: a) Všeobecně je uznáván přirozený růst grafitu v kulovitém tvaru v tavenině. Kulovitý tvar je modifikovaným druhem lupínkového grafitu, který roste na sulfidických a oxidických zárodcích. Růst grafitu probíhá mechanizmem povrchové adsorbce [2]. b) Předchozí výsledky vedou k závěru, že tuhnutí silnostěnných odlitků z eutektické litiny s kuličkovým grafitem začíná vylučováním primárních kuliček grafitu. Současně probíhá růst austenitu, který tyto kuličky obklopuje. Růst chunky grafitu je jednoznačně spojen se zvětšujícím se přechlazením během eutektické reakce. Antimon může obsah chunky grafitu podstatně snížit a poměr antimonu k ceru přes 0,8 by mohl tuto degeneraci grafitu pravděpodobně odstranit [8]. c) Nové výsledky zkoumání týkající se očkování tavenin litiny a tvorby chunky grafitu jednoznačně ukazují, že očkování zvyšuje riziko tvorby chunky grafitu. Očkováním odlitých bloků s modulem od 3 do 5 cm byl podíl chunky grafitu zvýšen. Očkováním byl kromě zvýšení počtu kuliček grafitu také podpořen sklon k tvorbě chunky grafitu [9]. d) Z porovnání křivek chladnutí a mikrostruktur LKG vyplývá: – tvorba zárodků primárního grafitu v tavenině (TL konstantní); – počáteční eutektická reakce začíná růstem dendritů austenitu, které obklopují primární sférolity grafitu (TEN konstantní); – k růstu buněk chunky grafitu a sekundárních kuliček grafitu dochází v závěrečné fázi eutektické reakce (TEU konstantní). Počáteční teplota začínající eutektické reakce se zdá být značně závislá na metalurgické kvalitě taveniny, a ne na následném očkování. Teplota prodlevy na začátku eutektické reakce byla dána víceméně přechlazením během

Ch u n k y g r a f i t v t ě ž k ý c h o d l i tc í c h z l i t i ny s ku l i č ko v ý m g r a f i t e m

Mechanizmus vzniku chunky grafitu dle klínové teorie Mechanizmus tvorby chunky grafitu dle A. Udroiu [11], [12] probíhá v níže uvedených fázích. Tvorba zárodků začíná následkem podchlazení: u podeutektické litiny s vylučováním primárních dendritů austenitu, u eutektické litiny vylučováním austenitu a eutektického grafitu, u nadeutektické litiny vylučováním primárního grafitu. Po dosažení eutektické teploty začíná u pod- i nadeutektické litiny tvorba zárodků komplexu, tvořeného austenitem a eutektickým grafitem. Přirozenou modifikací grafitu ze zárodků v tavenině litiny je kulovitý tvar [1]. Nastává první tvorba zárodků primárních kuliček grafitu, což vede k růstu sférolitů grafitu. Rostoucí buňky austenitu obklopují kuličky grafitu z primární tvorby zárodků. Za přítomnosti křemíku je rozpustnost uhlíku v austenitu podstatně snížena. Následkem difuze se uhlík ve vnější oblasti buňky dostane k hranici oblasti tekuté a tuhé fáze, kde se vylučuje do tekuté fáze. Během růstu zrna austenitu je tekutá fáze obohacována nejen uhlíkem, ale i nekovovými vměstky, atomy prvků o poloměrech větších než Fe (např. Ce, Sn, Sb, Bi, Mo, Ca a Mg) a atomy s větší pozitivní segregační schopností (jako S, O a N). Vměstky uložené v austenitických obálkách způsobují krystalografické vady: bodové, vady Schottkyho nebo Frenkela, intersticiární a substituční atomy, lineární vady, stupňovité nebo šroubovité dislokace, jakož i dvou- a třírozměrné vady (shluky Koch-Cohenových vad). Tyto vady způsobují pozdější přednostní lomové čáry obálek austenitu. Prvky s vysokou vzájemnou chemickou afinitou, které se vyloučily do tekuté fáze, tvoří nekovové sloučeniny jako MgO, MgO2, MgS, CaO, CaS, CeO, CeS, Ce3S 4, Ce2O2S atd. Podle jejich hustoty tyto složky zůstávají v tavenině, nebo vyplouvají na povrch při konvekčním proudění nebo s bublinami plynů při modifikaci hořčíkem. Zbytková tavenina je obohacována uhlíkem a prvky Ce, Sn, Sb, Bi, Mo, Ca, Mg, S, O a N, čímž dochází k mikrosegregaci a v tepelných centrech k makrosegregaci. Růst primárních sférolitů a buněk austenitu je umožněn difuzí atomů uhlíku obálkou austenitu ve směru do grafitových kuliček. V první fázi je růst nepřerušovaný, protože zrna se ještě nedostala do vzájemného přímého styku. Dojde-li k fyzickému styku mezi eutektickými buňkami, jsou eutektické buňky, které se nacházejí na stykové ploše tekuté a tuhé fáze, vytlačovány ve směru do tekuté fáze, aniž by přitom docházelo k deformaci nebo destrukci. Tímto způsobem může fronta tuhnutí dále růst. Růst kuliček grafitu souvisí a je přímo úměrný přechlazení (R = TE high − TE low), měřenému termickou analýzou. P. Larranaga a kol. [8] potvrzují, že tvorba chunky grafitu s největší pravděpodobností souvisí s rostoucím přechlazením. Sklon k tvorbě chunky grafitu je značně spojen s expanzí grafitu v tepelném centru odlitku. Zvětšování objemu grafitu spolu s kontrakcí obklopující obálky austenitu vyvolává pnutí a může vést k trhlinám v obálkách austenitu. Tyto trhliny vznikají na těch plochách, které mají vady bodové, vady Schottkyho nebo Frenkela, intersticiární a substituční atomy, lineární vady, stupňovité nebo šroubovité dislokace, jakož i dvou- a třírozměrné vady (shluky Koch-Cohenových vad). Trhliny se mohou po nadměrné expanzi grafitu rozevřít: když jsou zrna v kontaktu a trhliny jsou ve stejných rovinách, může grafit, vyloučený v trhlině, tvořit můstky mezi sousedními kuličkami grafitu a mohou vzniknout „dvojčatové kuličky“. S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

155

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

přeměny. Zvýšený výskyt chunky grafitu u odlitých bloků je v přímém vztahu k vyššímu přechlazení, zjištěnému termickou analýzou při použití zkušebních kelímků quick-cup [10]. e) Byla zkoumána makro- i mikrostruktura LKG obsahující chunky grafit. Vzorky z kontrolních měření u zkušebních těles v rozsahu tlouštěk stěn od 10 do 200 mm byly zkoumány optickým i elektronovým mikroskopem. Morfologie grafitu byla zviditelněna hloubkovým leptáním. Informace o průběhu tuhnutí byly získány kombinací výsledků z termické analýzy a metody barevného leptání ke zviditelnění „profilu“ segregace. Podíl chunky grafitu se stoupající tloušťkou stěny všeobecně vzrůstá. Dají se však najít také velké kuličky grafitu v odlitcích s tloušťkou stěny pod 10 mm. Dále je možno zjistit, že se většina kuliček grafitu nacházela v oblastech segregace. To ukazuje na to, že se chunky grafit tvoří během eutektického tuhnutí ještě před kuličkovým grafitem. Rychlost růstu eutektických buněk s chunky grafitem nabývá podobných hodnot jako u litiny s lupínkovým grafitem, je však nižší než u litiny s podchlazeným D-grafitem [7]. f) Nový náhled k vysvětlení mechanizmu vzniku chunky grafitu uvedl A. Udroiu [11], [12] (klínová teorie), (2011). Dle něj ke vzniku chunky grafitu dochází při primární i sekundární tvorbě zárodků a růstu kuliček grafitu během eutektického tuhnutí. Přírůstek objemu grafitu a smrštění austenitu vede k pnutím ve struktuře tuhnoucí austenitické obálky. V austenitických obálkách jsou mikroskopická vadná místa, která pocházejí od nekovových vměstků, vzniklých během fáze tuhnutí, jakož i od vad krystalické struktury, jako jsou bodové, čárové, rovinné a třírozměrné defekty (shluky Koch-Cohenových vad). Expanze grafitu vede se současným smrštěním austenitu k radiálním trhlinám v austenitické obálce. Rozšíření těchto trhlin pokračuje účinkem defektů v přednostních rovinách. Pokud eutektická zrna začnou překážet ve zbytkové tavenině, která je obohacená uhlíkem a nekovovými vměstky (oxidy a sulfidy), budou se během sekundární tvorby zárodků tvořit tzv. „vražedné“ kuličky. Jejich tvorba je stejná jako tvorba těch primárních, ale počet na jednotku objemu je podstatně vyšší. Současně tyto mají velmi malé rozměry a dobrou pevnost. Kromě toho jsou obklopeny austenitem, který je vlivem svého smrštění a současné expanze grafitu rozbit. Fragmenty austenitu (primární roli hrají ostrohranné úlomky) jsou působením expanze grafitu a vlivem úlomků austenitu, obklopujících „vražedné“ kuličky, stlačovány v radiálním směru k primárním sférolitům a poškozují je (klínový efekt). Ulámané části primárních sférolitů představují chunky grafit. Na konci tuhnutí (TSol) není ještě průběh tvorby chunky grafitu ukončen. Sférolity nepřetržitě zvětšují svůj průměr. Zvětšení objemu má za následek zvýšení tlaku, který také vede v tuhnoucím materiálu k dalšímu poškozování větších sférolitů. Mechanický pohyb, vyvolaný růstem grafitu, tříští ještě více již existující útvary grafitu, které se nacházejí v kašovité oblasti. V tuhnoucím odlitku je expanze grafitu stále doprovázena smrštěním austenitu, což při přeměně opět zvyšuje pnutí. Následně během eutektické přeměny musí začít v kašovité oblasti tvorba chunky grafitu, která trvá až do eutektoidní přeměny v tuhém stavu. Tvorba chunky grafitu je výsledkem mechanického pohybu obálek austenitu a zničení velkých křehkých sférolitů. Je známo, že cer podporuje tvorbu chunky grafitu. Podle [11], [12] způsobuje cer nadměrnou expanzi grafitu v silnostěnných odlitcích v oblastech s vysokou koncentrací uhlíku v tepelné ose.

J . O d e h n a l – J . H a m p l – K . Ko n e č n á

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

J . O d e h n a l – J . H a m p l – K . Ko n e č n á

Ch u n k y g r a f i t v t ě ž k ý c h o d l i tc í c h z l i t i ny s ku l i č ko v ý m g r a f i t e m

Na konci tuhnutí je podle TE high zbytková tavenina přesycena ky grafitu. P. Larranaga a kol. [8] navrhují, že by poměr obsauhlíkem a nekovovými sloučeninami MgO, MgO2, MgS, CaO, hů antimonu a ceru měl být vyšší než 0,8, aby se zabránilo CaS, CeO, CeS, Ce3S 4, Ce2O2S atd. Z nich sulfidy podporují degeneraci grafitu. tvorbu grafitových zárodků sekundárního eutektického grafitu. V praxi tavení může být u silnostěnných odlitků zjišťován sklon Nedostatečná tvorba sekundárních grafitových kuliček eutekk tvorbě chunky grafitu pomocí termické analýzy, přičemž jsou tického grafitu může vést k mikrostaženinám. Nadměrná měřeny hodnoty podchlazení (R v systému ATAS) jako paratvorba sekundárního grafitu může vést, zvláště u silnostěnných metry pro expanzi grafitu. odlitků, kde je rychlost ochlazování v tepelném centru relativPohyb kovové matrice nastává následkem terciárního růstu graně nízká, k tvorbě chunky grafitu, což je značně usnadněno fitu a nepřetržitým smršťováním kovové matrice také v tuhém mikro- i makrosegregací. stavu až k dosažení eutektoidní teploty. Pod touto teplotou se Sekundární kuličky grafitu vznikají stejným mechanizmem jako zastavuje růst grafitu, zatímco smršťování kovu dále pokračuje. primární a vedou k trhlinám v obálce austenitu. Mají malou Je možné uvést, že se chunky grafit netvoří podél přednostních velikost a největší povrchovou hustotu. směrů růstu (obr. 1), nevzniká ani před sférolity grafitu [7], neSekundární kuličky grafitu zaujímají přednostní polohu vzhlevzniká ani současně se sekundárním kuličkovým grafitem [10]. dem k primárním, kde jsou také nahromaděny perlitotvorné Chunky grafit je degenerativním tvarem grafitu, který vzniká prvky (Sn, Sb, Bi atd.). Následkem toho může být v těchto rozbitím primárních sférolitů grafitu na základě expanzního oblastech zjišťována vysoká koncentrace perlitu. tlaku sekundárních kuliček grafitu. To se děje rozbitím obálek Sekundární expanze grafitu stlačuje úlomky okolního austeaustenitu, postižených strukturními vadami, které byly vyvonitu do vnějšku. Tyto úlomky mohou přijít do styku s již ulálány sekundárními kuličkami grafitu obklopujícími úlomky manými obálkami austenitu kolem primárních kuliček grafitu, austenitu. Posun těchto zlomků poškozuje primární kuličky čímž jsou tyto do směru primárních kuliček stlačovány a pografitu. Úlomky zničených kuliček grafitu a také zničená zrna škozují je. Toto je klínový efekt. austenitu se rozmisťují kolem neporušených kuliček. Z toho Je-li poškození jen malé, není kulička grafitu zničena. Naproti důvodu jsou sekundární kuličky grafitu nazývány také „zabitomu může však také dojít k částečnému nebo rozsáhlému jácké“ kuličky. Expanze grafitu u tenkostěnných odlitků je zničení – „explodovaný“ grafit. V extrémním případě dochází omezena pro vysokou ochlazovací rychlost následkem malých k úplnému zničení a vzniká chunky grafit. teplotních gradientů mezi tepelným centrem odlitku a formou. Klínový efekt rozštěpuje kuličky grafitu a tříští je na jednoZde je nebezpečí tvorby mikrostaženin. Naproti tomu u silnoduché kuželovité spirálové částice a tlačí je v radiálním směru. stěnných odlitků probíhá tuhnutí postupně a pomalu, tj. střed Úlomky grafitu jsou v kovové matrici nově rozloženy mezi je ještě tekutý, zatímco vnější vrstvy jsou již ztuhlé. Vnitřní neporušenými primárními a sekundárními kuličkami. Úlomky expanze grafitu nemůže zbytkovou taveninu přetvořit, může rozbitého austenitu jsou malé a jsou zbytkem původních obávšak napájet dutiny vznikající smršťováním. Jsou-li tyto dutiny lek austenitu. Ne všechny primární kuličky grafitu jsou klínovyplněny, dochází při pokračujícím zvětšování objemu k vývivým efektem zničeny. Tento jev závisí na koncentraci uhlíku nu vysokého tlaku, který může vést k rozbití primárních kuliček a křemíku ve zbytkové mezibuněčné tavenině, a také na hořgrafitu. Z toho důvodu je u masivních odlitků také přiznáno číku, vápníku a ceru, které tvoří sulfidy a podporují intenzivní určité samonapájecí chování [11], [12]. sekundární tvorbu zárodků. E x p e r i m e n t á l n í t av by – E N - G J S - 4 5 0 -1 8 Dalším důležitým činitelem při tvorbě chunky grafitu je rychlost ochlazování, která je u masivních silnostěnných odlitků velmi Cílem experimentu bylo vytvoření podmínek pro vznik chunky nízká a poskytuje čas k intenzivnímu sekundárnímu růstu grafitu. grafitu v navrženém zkušebním bloku a následné studium Cer je největším podporovatelem chunky grafitu, dosud však mechanizmu jeho vzniku. nebyl pro toto tvrzení vypracován žádný teoretický model. Hmotnost taveniny pro experimentální tavbu byla 600 kg, Klínová teorie nabízí kombinaci CeS jako vynikajícího tvůrce která se odlila do připravených forem s různými rozměry zkuzárodků v tavenině s hustotou podobnou ostatním. Sloučenšebních odlitků. Tyto odlitky se vyhodnotily a část výsledků již iny podporující tvorbu zárodků sekundárních kuliček zůstabyla prezentována v literatuře [13], [14]. Vyhodnocení největnou, protože jsou uzavřeny v tavenině. Za přítomnosti ceru se šího odlitku z uvedené tavby o rozměrech 200 × 200 × 300 v tekuté mezibuněčné fázi tvoří velký počet kuliček grafitu, mm bude uvedeno v následujících kapitolách. které při jejich následující expanzní fázi, podle jejich počtu a velikosti, podporují klínový efekt. Intenzivní očkování snižuje tvorbu chunky grafitu, protože podporuje sekundární tvorbu zárodků. I. Asenjo a kol. [9] uvádí, že intenzivnějším očkováním podstatně vzroste počet kuliček grafitu a tím také množství vyloučeného grafitu. Tento úkaz je přímo úměrný expanzi grafitu (růstu objemu) v tepelném centru. Antimon, bizmut a berylium jsou prvky, které mají značný sklon ke kladné segregaci, takže jimi je naposled ztuhlá oblast obohacena. Tyto prvky mají značně antigrafitizační účinek a brání uhlíku v tom, Obr. 1. Přednostní růst grafitu Obr. 2. Schematické znázornění tvorby grafitických aby se vylučoval na zárodcích v mezibupodél osy C útvarů něčné zbytkové tavenině. Z toho důvodu Fig. 1. Preferential growth of Fig. 2. Schematic representation of the formation of graphitic graphite along the C axis formations jsou považovány za kompenzátory chun-

156

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Ch u n k y g r a f i t v t ě ž k ý c h o d l i tc í c h z l i t i ny s ku l i č ko v ý m g r a f i t e m

Tab. I. Tab. I.

Chemické složení tavby 10704/12 Chemical composition of the 10704/12 melt

Chemické složení tavby 10704/12 po dodatečné modifikaci předslitinou NiMg5(M) C

3,30

0,289

3,43

0,024

0,009

0,027

0,269

0,03

0,00

0,004

0,014

CEL

0,022

0,002

0,050

0,002

0,001

4,25

Tab. II. Tab. II.

Mechanické vlastnosti vzorků ze zkušebního odlitku 200 × 200 × 300 mm Mechanical properties of samples from the test casting 200 × 200 × 300 mm

Dosažené výsledky mechanických vlastností odlitků z EN-GJS-450-18C R p0,2 [MPa]

R m [MPa]

A 5 [%]

Z [%]

KV [J]

429

525

16,3

14,2

3,7

–

380

387

0,4

0,7

4,1

–

434

518

10,8

10,2

3,9

–

min. 350

min. 450

min. 14

inf.

inf. 7,0

160–190

Označení

EN 1563:2011

Metalurgické zpracování litiny Vsázka pro tavbu o hmotnosti 600 kg v elektrické indukční peci (EIP) byla složena z následujících surovin: surové železo PIG NOD: 35 %, pakety z hlubokotažného plechu: 50 %, litinový odpad: 10 %, elektrodový grafit: 1 %, SiC: 2 %, FeSi 65%: 2 %. Vsázka byla roztavena a upravena na předepsané chemické složení v EIP. Po dosažení předepsané teploty se provedl odpich do pánve, ve které proběhla modifikace a očkování polévací metodou. V pánvi bylo připraveno předepsané množství směsi modifikační předslitiny FeSiMg6(O) a FeSiMg6(M) v poměru 30 : 70 zasypané 0,6 % očkovací předslitiny SMW 605 (FeSi65Al CaBi). Po modifikaci a očkování byl odebrán vzorek pro chemickou analýzu taveniny a na základě výsledku proběhla přísada VL4 (NiMg5), konečné chemické složení viz tab. I. Následně se termickou analýzou provedla kontrola taveniny. Teplota taveniny v pánvi po modifikaci a očkování dosáhla teploty 1360 °C a byla odlita do připravených forem. Pro porovnání vlivu metalurgické kvality taveniny na vznik chunky grafitu byla provedena i druhá srovnávací tavba se směrným chemickým složením C = 3,0–3,3 %, Si = 3,1–3,4 %. Tavba byla realizována podle předchozího předpisu, ale bez použití předslitiny NiMg5. Zkušební odlitky Model zkušebního bloku o rozměrech 200 × 200 × 300 mm byl na dvou stěnách opatřen chladítky o ∅ 100/100 mm a na dvou stěnách chladítky 100 × 100 × 80 mm; dále se doplnila vtoková soustava a výfuky (obr. 3). Rychlost ochlazování stanovená simulací byla 20 °C/s. Druhý zkušební blok o rozměrech 300 × 300 × 500 mm byl ochlazován chladítky o rozměrech 500 × 250 × 200 mm a spodní plocha 75 × 50 × 150 mm; dále se doplnila vtoková soustava a výfuky. Rychlost ochlazování stanovená simulací byla 23 °C/s. Formy byly zhotoveny z křemenného ostřiva pojeného furanovou pryskyřicí. Po ztuhnutí a vychladnutí se zkušební bloky vyjmuly z formy a vzorky se připravily pro mechanické zkoušky a metalografický rozbor. Mechanické vlastnosti zkušebního bloku 200 × 200 × 300 mm Zkušební vzorky pro zkoušku tahem a rázem v ohybu byly vyrobeny dle rozřezového plánu (obr. 4). V tab. II jsou uvedeny dosažené hodnoty mechanických vlastností.

Predikce mechanických vlastností u bloku 200 × 200 × 300 mm Při daném chemickém složení experimentální tavby (tab. I) jakosti EN-GJS-450-18 byly simulovány mechanické vlastnosti (obr. 5) – jejich reálně zjištěné hodnoty jsou uvedeny v tab. II. Metalografický rozbor vzorků zkušebního bloku 200 × 200 × 300 mm Metalografické vyhodnocení tvaru grafitu a struktury dle EN ISO 945-1 na vzorcích ze zkušebního bloku je uvedeno na obr. 6–11. Vzorky na metalografický rozbor byly odebrány ze závitových hlav tahových zkoušek, a tak struktura materiálu odpovídá naměřeným mechanickým vlastnostem.

Mikroskopická analýza – REM Po získání výsledků mechanických vlastností ze zkoušek tahem se provedl rozbor vzorků na elektronovém mikroskopu (REM) lomové plochy vzorku S, kde byl zjištěn obsah chunky grafitu. Na fotografiích (obr. 12–15) je porovnání morfologie zrnitého a chunky grafitu: rozhraní zrnitého a chunky grafitu na lomové ploše (obr. 12), křehký štěpený lom se zrnitým grafitem (obr. 13), lomová plocha jen s chunky grafitem (obr. 14) a „vřetenová“ morfologie chunky grafitu (obr. 15).

Obr. 3. Fig. 3.

Obr. 5. Fig. 5.

Zkušební odlitek s chladítky (blok 200 × 200 × 300 mm) A test casting with chills (the block 200 × 200 × 300 mm)

Obr. 4. Fig. 4.

Rozřezový plán zkušebního odlitku 200 × 200 × 300 mm A plan of cutting the casting 200 × 200 × 300 mm

Výsledky simulace maximálních hodnot R p0,2 , R m a A 5 u zkušebního bloku – bez ohledu na chunky grafit Results of simulation of maximum values R p0.2, R m and A 5 in the test block – regardless of chunky graphite

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

157

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

Sn 0,004

J . O d e h n a l – J . H a m p l – K . Ko n e č n á

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

J . O d e h n a l – J . H a m p l – K . Ko n e č n á

Ch u n k y g r a f i t v t ě ž k ý c h o d l i tc í c h z l i t i ny s ku l i č ko v ý m g r a f i t e m

Rozložení prvků na lomové ploše vzorku s chunky grafitem Ke zjištění rozložení koncentrace jednotlivých chemických prvků na vzorku v oblasti s výskytem chunky grafitu bylo provedeno jejich mapování. Na obr. 16–19 jsou zobrazeny mapy koncentrací prvků: C, Si, Ce a Mg. Z uvedených map bylo možné zjistit, že obsah Si v oblasti s chunky grafitem byl v rozsahu 2,79 % až 3,15 %, ale v oblasti s kuličkovým grafitem byl rozsah 3,87 až 4,04 %. Dále se zjistilo, že koncentrace Mg v místech výskytu chunky grafitu se pohybovala v rozsahu 0,00 % až 0,14 % a v místech s kuličkovým grafitem byl rozsah 0,18 až 0,24 %. Ze získaných informací o vzniku chunky grafitu lze za hlavní příčinu jeho vzniku označit metalurgickou jakost taveniny. Vliv doby tuhnutí je v případě vzniku chunky grafitu méně významný, což bylo dokázáno porovnáním výsledků experimentu na bloku s modulem odlitku Mo: 3,75 cm z EN-GJS-450-18 (v1), v němž byl nalezen chunky grafit, s výsledky rozboru materiálových vlastností hlavy stojanu s modulem odlitku Mo: 22,5 cm z EN-GJS-400-15U. Autor [15] hodnotil mechanické vlastnosti a mikrostrukturu po celém průřezu a chunky grafit nebyl nalezen. Příčinou vzniku chunky grafitu ve zkušebním bloku z EN-GJS-450-18 (v1) byl vysoký uhlíkový ekvivalent a zvýšený obsah křemíku, niklu a ceru. Predikce chunky grafitu u bloku 200 × 200 × 300 mm Kritérium pro predikci chunky grafitu v programu MAGMA v5.3 je stále ve vývoji. Predikci výskytu lze popsat jako funkci obsahů Si, Ce, Pb, Sb, As a doby tuhnutí.

Obr. 6. Fig. 6.

Mikrostruktura vzorku K1, zv. 12,5× Microstructure of the K1 castin, magnification 12.5×

Obr. 7.

Fig. 7.

Obr. 9.

Fig. 9.

158

Mikrostruktura vzorku S. Tvar grafitu: VI, V, III, velikost grafitu: 5/6, obsah perlitu: 1 %, obsah feritu: 99 %, leptáno, zv. 100× Microstructure of the S sample. The shape of graphite: VI, V, III, graphite size: 5/6, the perlite content: 1%, the ferrite content 99%, etched, magnification 100×

Na obr. 20 jsou zobrazeny výsledky simulace výskytu pórovitosti (porosity [%]) a makropórovitosti (Niyama criterion [K½ · min½ · cm−1]) pro zkušební blok 200 × 200 × 300 mm s vyznačeným umístěním zkušebních vzorků pro zkoušku tahem. Obr. 21 ukazuje oblast předpokládaného výskytu chunky grafitu dle výše uvedeného kritéria. Vyhodnocení experimentálních taveb Vliv uhlíkového ekvivalentu, zvýšeného obsahu křemíku a niklu na vznik chunky grafitu byl ověřen experimentem na zkušebních odlitcích o rozměrech 200 × 200 × 300 mm a 300 × × 300 × 500 mm. Chunky grafit byl zjištěn u zkušebního odlitku 200 × 200 × × 300 mm odlitého z tavby č. 10704/12 (tab. I). Z výsledků metalografického rozboru (obr. 7–12) vyplývá, že chunky grafit se vyskytoval ve středové oblasti zkušebního odlitku. U odlitku z tavby s upraveným chemickým složením se chunky grafit nevyskytoval a mechanické vlastnosti v celém průřezu odpovídaly požadavkům normy EN 1563:2011. Naměřené mechanické vlastnosti uvedené v tab. II odpovídají mikrostruktuře (obr. 6–11). Mechanické vlastnosti predikované simulačním programem MAGMA v tomto případě plně neodpovídají skutečnosti z důvodu nezahrnutí kritéria pro predikci vlivu chunky grafitu na vlastnosti LKG. Toto nově vyvíjené kritérium pro predikci chunky grafitu v LKG zatím není standardní součástí modulu MAGMAiron pro predikci strukturních a mechanických vlastností LKG.

Mikrostruktura vzorku K1. Tvar grafitu: VI a V, velikost grafitu: 5/6, obsah perlitu: 0 %, obsah feritu: 100 %, leptáno, zv. 100× Microstructure of the K1 sample. The shape of graphite: VI. and V., graphite size: 5/6, the perlite content: 0 %, the ferrite content: 100 %, etched, magnification 100×

Obr. 10. Mikrostruktura vzorku K2, zv. 12,5× Fig. 10. Microstructure of the K2 sample, magnification 12.5×

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Obr. 8. Fig. 8.

Mikrostruktura vzorku S, zv. 12,5× Microstructure of the S sample, magnification 12.5×

Obr. 11. Mikrostruktura vzorku K2. Tvar grafitu: VI, V, velikost grafitu: 5/6, obsah perlitu: 0 %, obsah feritu: 100 %, leptáno, zv. 100× Fig. 11. Microstructure of the K2 sample. The shape of graphite: VI, V, graphite size: 5/6, the perlite content: 0 %, the ferrite content: 100 %, etched, magnification 100×

Ch u n k y g r a f i t v t ě ž k ý c h o d l i tc í c h z l i t i ny s ku l i č ko v ý m g r a f i t e m

Obr. 13. Lomová plocha se zrnitým grafitem, zv. 300× Fig. 13. Fracture surface with granular graphite, magnification 300×

Dále bylo v rámci vyhodnocení experimentu provedeno mapování rozložení prvků na vzorku s chunky grafitem (obr. 16 –19), které potvrdilo výskyt nerovnoměrného rozložení prvků v matrici v místech výskytu chunky grafitu. Z porovnání morfologie chunky grafitu vyplývá, že se může výrazně odlišovat v závislosti na podmínkách tuhnutí LKG (obr. 9 a 22). Na základě orientačních mikroanalýz chemického složení LKG okolí chunky grafitu lze konstatovat: – zvýšený obsah Si + Ni + KVZ + Ti (obr. 9); – zvýšený obsah Si + Ce (obr. 22). Podle [16] lze hodnotit vliv obsahu Si a doby tuhnutí na vznik chunky grafitu (obr. 23). Z ávě r

Obr. 14. Lomová plocha v oblasti s chunky grafitem, zv. 300× Fig. 14. Fracture surface in the field with chunky graphite, magnification 300×

Obr. 15. Detail lomové plochy v oblasti s chunky grafitem, zv. 1000× Fig. 15. A detail of the fracture surface in the field with chunky graphite, magnification 1000×

Obr. 16. Mapa rozložení uhlíku ve vzorku s chunky grafitem Fig. 16. Map of carbon distribution in the sample with chunky graphite

Obr. 17. Mapa rozložení křemíku ve vzorku s chunky grafitem Fig. 17. Map of silicon distribution in the sample with chunky graphite

Z provedených analýz vyplývá, že při srovnatelném chemickém složení a rychlosti ochlazování obou zkušebních odlitků se chunky grafit vyskytoval v odlitku zpracovaném NiMg předslitinou. Dále je třeba uvést, že testované odlitky z LKG měly velké hodnoty modulu (do určité míry eliminovány chladítky) a obsahovaly i vysoké procento křemíku. Dlouhá doba tuhnutí (velký modul) i vysoký obsah křemíku jsou v odborné literatuře uváděny jako možné příčiny podporující vznik chunky grafitu. Na základě provedeného srovnávacího experimentu je možné konstatovat, že pravděpodobně významným parametrem pro eliminaci tvorby chunky grafitu v těžkých odlitcích je způsob metalurgického zpracování taveniny – od vedení tavby a úpravy výchozího stavu litiny v peci až po očkování a modifikaci s cílem zabezpečit vysokou „metalurgickou kvalitu“ litiny. L i t e ra t u ra [1]

[2]

[3]

Obr. 18. Mapa rozložení ceru ve vzorku s chunky grafitem Fig. 18. Map of cerium distribution in the sample with chunky graphite

Obr. 19. Mapa rozložení hořčíku ve vzorku s chunky grafitem Fig. 19. Map of magnesium distribution in the sample with chunky graphite

[4]

STEFANESCU, D. M.: Science and Engineering of Casting Solidification. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2002. STEFANESCU, D. M.: Solidification and modeling of cast iron—A short history of the defining moments. Materials Science and Engineering A 413–414, 2005, s. 322–333. LIU, P. C.; C. L. LI; D. H. WU; C. R. LOPER, jr.: SEM Study of Chunky Graphite in Heavy Section Ductile Iron. AFS Transactions, 1983, sv. 91, s. 119–126. ZHOU, J.; W. SCHMITZ; S. ENGLER: Untersuchung der Gefügebildung von Gusseisen mit Kugelgraphit bei

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

159

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

Obr. 12. Lomová plocha s rozhraním zrnitého a chunky grafitu, zv. 100× Fig. 12. Fracture surface with the interface of granular and chunky graphite, magnification 100×

J . O d e h n a l – J . H a m p l – K . Ko n e č n á

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

J . O d e h n a l – J . H a m p l – K . Ko n e č n á

Ch u n k y g r a f i t v t ě ž k ý c h o d l i tc í c h z l i t i ny s ku l i č ko v ý m g r a f i t e m

Obr. 20. Zobrazení výskytu pórovitosti a makro pórovitosti (Niyama criterion) ve zkušebním bloku Fig. 20. Illustration of the occurrence of porosity and macroporosity (Niyama criterion) in the test block

Obr. 21. Zobrazení výskytu chunky grafitu ve středové oblasti zkušebního bloku Fig. 21. Illustration of the occurrence of chunky graphite in the central part of the test block

Graphite in Heavy-Section Spheroidal Graphite Cast Iron Parts. International Journal of Cast Metals Research, 2007, 20(6), 319–324. ISSN 1364-0461 (print), 1743-1336 (online). [10] SERTUCHA, J.; R. SUAREZ; I. ASENJO; P. LARRANAGA a kol.: Experimental Investigation by Thermal Analysis of the Formation of Chunky Graphite during Solidification of Heavy-Section Obr. 22. Chunky grafit v silnostěnném odSpheroidal Graphite Cast Iron Parts. ISIJ litku z LKG (mikrostruktura z odlité zkoušky tvaru krychle 800 × International, 2009, 49(2), 220–228. Obr. 23. Vliv obsahu Si a doby tuhnutí na × 800 × 800 mm) [7], [8] ISSN: 1347-5460 (online), ISSN: 0915výskyt chunky grafitu [12] Fig. 22. Chunky graphite in a thick-walled -1559 (print). DOI: http://doi.org/ Fig. 23. Influence of Si content and solidificacasting from GJS (microstructure from tion time on the occurrence of chunky the cast test of the cube shape 800 × 10.2355/isijinternational.49.220. graphite [12] × 800 × 800 mm) [7], [8] [11] UDROIU, A.: Wedge Theory—A new Approach to explain the Formation of Chunky-Graphite in Ductile Iron. WFO Technical Forum, 1. 7. 2011, Düsseldorf. langsamer Erstarrung. Giessereiforschung, 1987, 39(2), [12] UDROIU, A.: Wedge Theory—A new Approach to explain 55–70. ISSN 0046-5933. the Formation of Chunky-Graphite in Ductile Iron, 70. Foun[5] GAGNÉ, M.; D. ARGO: Proc. Int. Conf. of Advanced Casting dry World Congress on 25.–27. 4. 2012, Monterrey, Mexico. Technology, Part I and II, ed. by J. Easwaren, ASM Interna[13] ODEHNAL, J.; J. HAMPL; J. JAKUB: Influence of the Sphetional, OH, 1987, s. 231. roidization on the Mechanical Properties of Ductile Iron. In: [6] ITOFUJI, H.; H. UCHIKAWA: Formation Mechanism of ChunProceedings Współpraca 2014, duben 2014, s. 1–10. ky Graphite in Heavy-Section Ductile Cast Irons. AFS Transac[14] ODEHNAL, J.; J. JAKUB: Vliv zvýšeného obsahu křemíku na tions, 1990, sv. 98, s. 429–448. vlastnosti těžkých odlitků z EN-GJS. In: Sborník přednášek [7] KÄLLBOM, R.; K. HAMBERG; M. WESSÉN; L. E. BJÖRKEGREN: z 51. slévárenských dnů®: Blok B – Sekce metalurgie litin. On the solidification sequence of ductile iron castings con1. vyd. Brno: Česká slévárenská společnost (vlastním náklataining chunky graphite. Materials Science and Engineering: dem), 2014, s. 43–50. ISBN 978-80-02-02567-2. A. 2005, 413–414, 346–351. DOI: 10.1016/j.msea.2005.08.210. [15] BOREČEK, M.: Vliv doby tuhnutí na vlastnosti hmotných ISSN 09215093. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier. odlitků z tvárné litiny. Ostrava, 2011. Diplomová práce. VŠB – com/retrieve/pii/S0921509305010014 TU Ostrava, FMMI, katedra slévárenství. [8] LARRANAGA, P.; I. ASENJO; J. SERTUCHA; R. SUAREZ; [16] PRINZ, B. a kol.: Untersuchung von Ursachen von GraphitI. FERRER; J. LACAZE: Effect of Antimony and Cerium on entartungen bei Gusseisen mit Kugelgraphit in Form von the Formation of Chunky Graphite during Solidification of Chunky-Graphit. Giessereiforschung, 1991, 43(3), 107–115. Heavy-Section Castings of Near-Eutectic Spheroidal GraphiISSN 0046-5933. te Irons. Metallurgical and Materials Transactions A, 2009, 40(3), 654–661. ISSN 1073-5623 (print), 1543-1940 (online). Recenzenti | Peer-reviewers: [9] ASENJO, I.; P. LARRANAGA; J. SERTUCHA; R. SUAREZ a kol.: doc. Ing. Antonín Mores, CSc. Effect of Mould Inoculation on the Formation of Chunky prof. Ing. Tomáš Elbel, CSc.

160

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Z l e p š e n í v l a s t n o s t í l i t é Cr- N i o c e l i D I N 1. 4 8 65 p ř í s a d o u i n o ku l a nt ů

Improvement of properties of cast Cr-Ni steel DIN 1.4865 via addition of refiners Received: 10.09.2015 Received in revised form: 08.10.2015 Accepted: 20.10.2015 669.15-194 : 621.745.4 : 539.4 alloyed steel—inoculation—strength

Cr- Ni steels belong to the group of alloys used at high temperature application. The proper ties of these alloys could be strongly affected by the base structure. It has been tested on superalloys that lowering of the pouring temperature together with the addition of grain refiners leads to the improvement of the grain size by up to 56% [1]. Plent y of existing work s deal with the evaluation of macrostruc ture, microsegregations and mechanical fatigue. It has been rarely tested the impac t of refining on the resistance to the thermal fatigue. Thermal fatigue resistance ( TFR) at 950 °C was tested on the refined and non-refined samples respec tively. TFR proper ties of the refined struc ture were improved. Microstruc ture changes and hot tensile proper ties were reviewed as well.

Ing. Stanislav Pálka Cr o n i t e C Z , s . r. o . ( L t d .), B r n o

Ing. Jan Hasil Cr o n i t e C Z , s . r. o . ( L t d .), B r n o

Ing. Petr Doležal Cr o n i t e C Z , s . r. o . ( L t d .), B r n o

Ú vo d Lité Cr-Ni oceli nacházejí široké uplatnění v průmyslových aplikacích. Navzdory jejich časté náhradě niklovými superslitinami v nejnáročnějších aplikacích si tyto slitiny stále drží velký podíl v petrochemii a v tepelném zpracování. Velmi rozsáhlý vývoj technologií ke zjemnění zrna byl učiněn pro superslitiny, zatímco Cr-Ni oceli zůstávaly stranou. Mnohé studie, jako např. [1], [2], [3], pracovaly s aplikací inokulantů, ale žádná z nich se nezabývala měřením vysokoteplotních vlastností. Proto je nutno prověřit možnosti této technologie v oblasti vysokoteplotních aplikací, kde mnohé technologie narážejí na své limity. C r - N i o c e l i v t e p e l n é m z p ra c ová n í Zmíněná skupina slitin je nejčastěji používaným materiálem pro výrobu přípravků pro tepelné zpracování. V současnosti je nejčastější výrobní metodou odlévání do forem pojených bentonitem, případně jiné metody odlévání do pískových forem. Současný tlak na zvyšování přesnosti a povrchové jakosti výrobků vede také k častějšímu využívání metody ztraceného vosku. Běžný pracovní cyklus přípravků sestává z mechanického zatížení, ohřevu až na 1100 °C a prudkého ochlazení na okolní teplotu. Klíčovými faktory, limitujícími životnost v tomto prostředí, jsou odolnost vůči nízkocyklové tepelné únavě, nastávající díky opakovaným ohřevům a kalením, chemickému prostředí, způsobujícímu difuzi prvků do materiálu, a creep, který způsobuje deformaci přípravků zřejmou především v podobě ohýbání. Pro některé aplikace jsou důležité také tahové vlastnosti materiálu za vysokých teplot z důvodu sil vznikajících při krátkodobé manipulaci za horka. Cr-Ni oceli mají austenitickou strukturu, která neprochází žádnými změnami struktury v průběhu pracovních cyklů a je schopna pracovat až do teploty blízké 90% tavicí teplotě materiálu. Zpevnění materiálů je obvykle zajištěno precipitáty M23C6, MC a jemnými Lavesovými fázemi na hranicích i uvnitř zrn [4]. V la st no st i hrub o - a je m nozrnné st ruk t ur y Bylo zjištěno, že hrubá struktura vykazuje lepší creepové vlastnosti z důvodu menší plochy hranic zrn, na kterých se odehrávají pokluzy v první fázi creepu [5]. Odolnost vůči mechanické únavě je obvykle lepší u jemnozrnné struktury. Bylo změřeno, že vzorky s jemnozrnnou strukturou mohou dosáhnout 2–4× delší doby do lomu [2]. Odolnost vůči tepelné únavě je ovlivněna především velikostí a tvarem vměstků. Obzvláště hrubé vměstky pracují jako zdroje mikronapětí ve struktuře, které narůstá z důvodu rozdílů v tepelné expanzi vměstků a základního materiálu. Pokud mezi vměstky není dostatečně velká pružná oblast materiálu, napětí mohou dosáhnout hodnot převyšujících mez pružnosti materiálu. Taková napětí mohou vést až k mechanickému porušení materiálu [6]. Proto je nutné zabránit vzniku hrubých vměstků volbou správné výrobní metody. Inokulace Homogenní nukleace nastává v materiálu bez zárodků, kde je nutné dosažení silného podchlazení pro samotné nastartování tuhnutí. Růst zárodků s poloměrem r je pak řízen změnou volné entalpie ∆G (1). ∆G = –

4 3 πr ∆G V + 4πr 2γ 3

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

(1)

161

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

Zlepšení vlastností lité Cr-Ni oceli DIN 1.4865 přísadou inokulantů

S . P á l k a – J . H a s i l – P. D o l e ž a l

Z l e p š e n í v l a s t n o s t í l i t é Cr- N i o c e l i D I N 1. 4 8 65 p ř í s a d o u i n o ku l a nt ů

Pokud je dosaženo kritické velikosti zárodku, volná entalpie se zmenšuje a zárodek se stává stabilním pro následný růst (2).

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

4  2γ ∆G = – π  3  ∆G V

  ∆G V + 4π  

 2γ   ∆G V 

  γ  

(2)

Heterogenní nukleace nastává na povrchu cizích částic uvnitř taveniny. Energetická bariéra je v tomto případě mnohem menší a tuhnutí začíná při nižším podchlazení. Souhrnná ∆G heterogenní nukleace je rovna ∆G homogenní nukleace (3). Podmínkou nukleace je smáčivost vměstků taveninou [3]. Ghe  Gho f  

(3)

Existuje několik známých typů inokulantů pro Cr-Ni oceli. Nejběžnějšími jsou Nb a Al/Ce inokulanty, které mají hustotu velmi podobnou tavenině, což způsobuje pomalé vyplavávání částic z taveniny. V laboratorních podmínkách je s úspěchem používána také přísada boru, zirkonu nebo kovových oxidů. Několik studií se věnovalo přídavku EGR (Elkem grain refiner), který pracuje s oxidy Al/Ce. Principem EGR inokulace je snížení licí teploty pracující v součinnosti s kombinovanou dezoxidací hliníkem a EGR. Hliník vytváří oxidy, které dále reagují s cerem z EGR a vytvářejí se částice s vysokou hustotou, které pomalu vyplouvají z taveniny a zůstávají v ní při tuhnutí, čímž vytvářejí zárodky. Po p i s e x p e r i m e n t u Slitina DIN 1.4865 byla natavena ve 20kg laboratorní indukční peci. Byly vyrobeny dva typy odlitků. Kostky 50 × 50 × 100 mm byly použity pro vyhodnocení roztečí mezi větvemi dendritů (DAS). Kýlový blok byl souběžně využit pro výrobu obráběných vzorků pro mechanické testy. Bylo provedeno celkem 22 taveb a vyrobeno 44 vzorků s různými kombinacemi dezoxidace a inokulace. Licí teplota byla ve všech případech jednotně 1480 °C. Nejdříve byl odlit referenční vzorek bez inokulantu a všechny ostatní byly srovnávány s tímto vzorkem. Granularita inokulantů byla ve všech případech 1–4 mm v souladu s doporučením výrobce. Přesné podmínky testů a průměrné hodnoty DAS uvádí tab. I. Mikrostruktura byla vyhodnocena ve čtyřech bodech odlitku (obr. 1). Tahové vlastnosti a tepelná únava při 950 °C byly následně vyhodnoceny na vzorcích vyrobených technologií, při níž bylo dosaženo nejlepšího DAS (vzorek 73) v laboratoři firmy Cronite CZ. Pro zkoušku tahem byly použity dva typy vzorků, tj. lité do normální a izolované formy. Oba typy vzorků byly modifikovány EGR. Zkouška tahem za tepla dle EN ISO 6892-2 pak byla provedena na přístroji LLoyd. Zkouška odolnosti vůči tepelné únavě byla provedena na stroji vlastní výroby, který kombinuje mechanické napětí, indukční ohřev a vodní chlazení (obr. 2). Vyhodnocovanou hodnotou je počet cyklů do přetržení vzorku. Byly testovány vzorky z neizolované formy. V y h o d n o c e n í z l e p š e n í DA S Struktury všech vyrobených vzorků byly vyhodnoceny a jako hlavní kritérium pro hodnocení bylo zvoleno DAS. Jak je popsáno v tab. I, bylo testováno mnoho typů výroby, ale zlepšení bylo zaznamenáno velmi zřídka. Výsledná struktura vykázala běžně velmi malé změny. Celkově může být řečeno, že nejlepší výsledky byly zaznamenány u taveb s využitím kombinované inokulace 0,1 % FeSiCa do pece a 0,1 % Al + 1 % EGR do pánve při přelévání. Na druhou stranu nebyly zazna-

162

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Introduction Cast Cr-Ni steels are being widely used for the industry applications. In spite of their wide replacement by the Nickelbased superalloys in the most critical product these alloys still hold a big market share within petrochem and heat treatment. Very wide development of grain refinement techniques was done at superalloys while Cr-Ni steels stayed beside. Several studies, e.g. [1], [2], [3], worked with the application of inoculants, but none of them was focused in measurement of the high temperature properties. Therefore it is necessary to check also the possibilities of the technology in the field of hot applications because many technologies reach its limits in this field. Cr-Ni steels in heat treatment The noted group of alloys is most commonly used for production of fixture for heat treatment. In the recent times the most common production method is green sand and further sand casting methods but with the increasing pressure on the sur face qualit y and shape preciseness the lost wax technology becomes a common method as well. The common work cycle of the parts consists of mechanical load, heating up to 1,100 °C and rapid cooling to ambient temperature. The key factors limiting the lifetime in this environment are the resistance to low cycle thermal fatigue occurring via repeated heating and quenching cycles, resistance to chemical environment causing the diffusion of the elements into the material and creep which causes the deformation of the fixtures expressed mainly via bending. For some applications also hot tensile properties are important due to the forces occurring during the short-run hot manipulation. Cr-Ni steels have an austenitic structure which does not pass any structural changes during the work cycles and which is also able to work up to temperatures close to 90% of melting temperature. Strengthening of the alloys is usually carried out via precipitates M23C6, MC and fine Laves phases distributed at grain boundaries and also within the grains [4]. Pr o p e r t i e s o f c o a r s e - a n d f i n e - g ra i n e d structure It has been investigated that coarse structure express better creep properties due to smaller area of the grain boundaries where the sliding occurs in the first phase of creep [5]. The resistance to mechanical fatigue is commonly better for fine grained structure. It has been measured that fine grained structure can achieve 2 – 4 times longer time to fracture [2]. Thermal fatigue resistance is mainly affected by the shape and size of inclusions. Especially rough inclusions work as a source of micro-stresses in the structure developing due to the difference between thermal expansion of inclusions and the base material. If there is not enough elastic area between inclusions, the stresses can reach very high values reaching the elastic strength of the material. Such stresses can lead to the mechanical rupture of the material [6]. Therefore it is important to avoid the development of the rough inclusions via proper production method. Inoculation Homogeneous nucleation takes place in the material without any nuclei where it is necessary to achieve strong undercooling

Z l e p š e n í v l a s t n o s t í l i t é Cr- N i o c e l i D I N 1. 4 8 65 p ř í s a d o u i n o ku l a nt ů

menány žádné rozdíly výdrže před odlitím, přídavku boru, síry nebo zvýšení množství EGR, přestože jsou známá zlepšení u jiných typů materiálů. [3]. Nejlepších výsledků z vyhodnocovaných vzorků bylo dosaženo při inokulaci 1 % EGR s kombinovanou dezoxidací. Také přísada 0,7 % EGR vedla k měřitelnému zlepšení v případě správné dezoxidace (obr. 3).

V oblasti vysokoteplotní pevnosti byl zaznamenán mírně negativní efekt technologie. Z testů je však zřejmé, že zhoršení pevnosti jde ve prospěch tvárných vlastností (tab. II). Pokles pevnosti je nejzřetelnější u vzorků litých do izolované formy. Průměrné hodnoty pevnosti byly cca o 6 % nižší. Přínos k plastické deformaci byl 16 %, ale rozdíl v rozptylu výsledků je největší ze sledovaných vzorků. U vzorků litých do standardní formy byl pokles pevnosti velmi malý, ale došlo k razantnímu zlepšení tvárnosti, a to o 36 % (obr. 4).

Tab. I. Tab. I.

in order to start the solidification. The development of the nuclei with radius r is driven by the change of the free enthalpy ∆G (1). 4 (1) ∆G = – πr 3 ∆G V + 4πr 2γ 3 Once the critical size of the nuclei is reached the free enthalpy decreases and the nucleus becomes stable and able to grow further (2). 4  2γ ∆G = – π  3  ∆G V

  ∆G V + 4π  

 2γ   ∆G V 

  γ  

(2)

Heterogeneous nucleation occurs on the surface of the foreign particles in the melt. Energy barrier is much smaller in this case and the solidification starts at lower undercooling. Cumulative ∆G of heterogeneous nucleation is equal to ∆G of homogeneous nucleation (3). The condition of the nucleation is wettability of the inclusions [3].

Parametry taveb Parameters of test melts

dezoxidace / deoxidation Vzorek číslo / do pánve / Sample No do pece / furnace ladle

inokulace / inoculation

výdrž před odlitím / holding time

umístění inokulantu / location of inoculation pec / furnace

pánev / ladle

forma / mould

průměrné DAS / average DAS [%]

0,2 % FeSiCa

–

100

–

1,5 % FeNb

–

yes

–

0,2 % Al

–

0,4 % EGR

–

yes

–

0,2 % Al

0,7 % EGR

–

yes

–

0,1 % Al + 0,1% FeSiCa

–

0,7 % EGR

–

yes

–

0,1 % Al + 0,1% FeSiCa

–

0,7 % EGR

1 min

–

yes

–

0,2 % Al

–

0,7 % EGR

1 min

–

yes

–

0,1 % Al + 0,1% FeSiCa

–

0,7 % EGR

–

yes

–

0,7 % EGR

–

yes

–

0,1 % Al

1 % EGR

–

yes

–

0,2 % Al

0,1 % FeSiCa

–

1 % EGR

–

0,1 % Al + 0,1 % FeSiCa

–

0,7 % EGR

–

yes

–

107

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al + 0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

1 % EGR

–

yes

–

0,7 % EGR

–

yes

–

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

0,7 % EGR

–

yes

–

100

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

1 % EGR

–

yes

–

73B

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

1 % EGR

–

yes

–

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

2 % EGR

–

yes

–

0,1% FeSiCa

0,1 % Al

0,4 % EGR

–

yes

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

0,7 % EGR

–

yes

–

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

0,7 % EGR

–

yes

–

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

–

100

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

1 % EGR

–

yes

–

0,2 % Al

1 % EGR

–

yes

–

101

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

1 % EGR

–

yes

102

0,1 % FeSiCa

0,1 % Al

–

112

103

0,2 % Al

–

1,73 % EGR

–

yes

–

201K

0,1 %Al + 0,038 % FeB

–

1 % EGR

–

yes

–

201P

0,1 %Al + 0,038 % FeB

–

1 % EGR

–

yes

–

108

202K

0,2 %Al + 0,038 % FeB

–

0,15 % EGR

–

yes

104

202P

0,2 %Al + 0,038 % FeB

–

0,15 % EGR

–

yes

114

203

0,2 % FeSiCa+0,1 % Al + 0,01 % FeS

–

1 % EGR

–

yes

–

204

0,2 % FeSiCa + 0,1 % Al

–

0,7 % EGR + 0,01 % FeS

–

yes

–

101

205

0,1 % FeSiCa + 0,1 % Al

–

0,7 % EGR

–

yes

–

109

206

0,1 % FeSiCa + 0,1 % Al

–

0,7 % EGR

–

yes

insulated

106

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

163

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

V y h o d n o c e n í t a h ov ýc h v l a s t n o s t í

S . P á l k a – J . H a s i l – P. D o l e ž a l

Z l e p š e n í v l a s t n o s t í l i t é Cr- N i o c e l i D I N 1. 4 8 65 p ř í s a d o u i n o ku l a nt ů

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

Ghe  Gho f  

Obr. 1. Fig. 1.

Rozměry vzorku a vyhodnocované body Dimensions of the sample and points of evaluation

Vyhodnocení odolnost i vůči tepelné únavě Rozptyl dosažených výsledků při této zkoušce je obvykle celkem velký (tab. III), proto byl soubor výsledků statisticky otestován a došlo k vyřazení jedné hodnoty. Navzdory rozptylu zde bylo zaznamenáno viditelné zlepšení odolnosti vůči tepelné únavě u vzorků s EGR. Průměrná hodnota dosažených cyklů byla o 19 % vyšší (obr. 5).

(3)

There are several types of the inoculants known for Cr-Ni steels. The most common are niobium and Al/Ce inoculants which have a density very similar to the melt which causes slow floating of the particles from the melt. Also the addition of boron, zirconium or metallic oxides is being successfully used in laboratory conditions. Several studies worked with the addition of EGR (Elkem grain refiner) which is based on Al/Ce oxides. Principle of the EGR inoculation is the lowering of the pouring temperature working together with combined deoxidation via aluminium and EGR. Aluminium creates oxides which further react with cerium from EGR and there develop dense particles with the density very similar to the melt. Such inclusions slowly float out of the melt and they remain trapped in the base metal where they work as nuclei.

Z ávě r Úspěšné použití inokulantů v Cr-Ni austenitických ocelích vyžaduje užití a kontrolu správné výrobní technologie. Je poměrně snadné dosáhnout zjemnění struktury niobem, ale toto vede ke změně chemického složení materiálu. Použití

Obr. 3. Fig. 3.

164

Obr. 2. Fig. 2.

Zkouška odolnosti vůči tepelné únavě TFR test

Srovnání struktur a průměrného DAS: a) referenční vzorek, DAS 60,8 µm, b) inokulace 1,5 % FeNb, DAS 47,9 µm, c) inokulace 1 % EGR, DAS 41,9 µm, d) inokulace 0,7 % EGR, DAS 52,3 µm Comparison of structures and average DAS: a) reference DAS, 60.8 µm, b) refined by 1.5 % FeNb, DAS 47.9 µm, c) refined by 1 % EGR, DAS 41.9 µm, d) refined by 0.7 % EGR, DAS 52.3 µm

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Experiment description The alloy DIN 1.4865 was melted in a 20 kg laboratory induction furnace. There were two kinds of castings produced. Cubes 50 × 50 × 100 mm were used for evaluation of the dendrite arm spacing (DAS). A keel block was parallel used for the production of machined samples for the mechanical testing. There were carried out 22 melts total and produced 44 samples with different combination of deoxidation and inoculation. Pouring temperature was the same in all cases, i.e. 1,480 °C. First of all the reference sample with no inoculation was produced and all further products were compared to it. The granularity of the refiners was 1 – 4 mm in all cases following the recommendation of the producer. The exact conditions of tests and results of average DAS is stated in tab. I. The microstructure was evaluated in 4 points (fig. 1). Hot tensile properties and thermal fatigue at 950 °C were evaluated on the samples produced by the technology

Z l e p š e n í v l a s t n o s t í l i t é Cr- N i o c e l i D I N 1. 4 8 65 p ř í s a d o u i n o ku l a nt ů

Strength comparison

S . P á l k a – J . H a s i l – P. D o l e ž a l

Thermal fatigue comparison

95% CI for the Mean

140 250

Number of cycles [-]

130

125

225

200

175

150

120

Refrence

Reference

EGR isolated

EGR normal

EGR

Individual standard deviations are used to calculate the intervals.

Obr. 5. Fig. 5.

Elongation comparison

Vyhodnocení odolnosti vůči tepelné únavě Evaluation of TFR

95% CI for the Mean 55

Elongation [%]

with the best impact on DAS (Sample 73) in laboratory Cronite CZ. Two types of samples were used for tensile test, i.e. pouring into the normal uncovered mould and pouring into the insulated mould. Both of them were EGR modified. Hot tensile test EN ISO 6892-2 was carried out on the machine LLoyd. Thermal fatigue test was carried out on the self-designed machine combining mechanical stress, induction heating and water cooling (fig. 2). The evaluated value is the amount of cycles until rupture. Only samples from standard uninsulated mould were tested.

25 E Reference

EGR isolated

EGR normal

Individual standard deviations are used to calculate the intervals.

Obr. 4. Fig. 4.

Vyhodnocení tahové zkoušky Evaluation of hot tensile properties

E va l u a t i o n o f DA S i m p r ove m e n t inokulantu EGR s cerem je mnohem komplikovanější. Obzvláště důležitá je pak správná dezoxidace a kontrola dávkování inokulantu. Efekt na výslednou strukturu je i tak omezený. Největší přínos přídavku EGR byl zaznamenán ve zlepšení odolnosti vůči tepelné únavě, což je klíčová vlastnost při aplikaci za horka. Byl zaznamenán mírně negativní vliv na vysokoteplotní pevnost. Ten byl na druhou stranu vyrovnán zlepšením tvárnosti. Inokulace je efektivním způsobem zlepšení materiálových vlastností. Průmyslová aplikace technologie je možná i v průmyslovém měřítku po poměrně rychlém odladění. Cenový dopad je více než vyrovnán delší životností v oblastech, kde součásti prochází tepelnou únavou. Vzhledem k požadavkům na správnou výrobní praxi může být tato technologie snadno zvládnuta v pokročilých slévárnách a může tak poskytnout konkurenční výhodu proti nízkonákladovým výrobcům.

Tab. II. Tab. II.

The structure of all produced samples was checked and DAS was chosen as a criterion to evaluate the refinement effect. As described in the tab. I it was tested many types of production but the improvement was quite rarely achieved. Commonly the final structure expressed very small changes. In general it can be said that the best results were achieved in the melts with combined deoxidation 0.1% FeSiCa into the furnace and 0.1% Al + 1% EGR into the ladle. On the other hand no influence of holding time or addition of boron, sulphur or higher amount of EGR was recorded in spite of known benefits on other materials [3]. Out of the evaluated samples the best results were achieved via inoculation by 1% EGR with combined deoxidation. Also 0.7% EGR addition led to measureable improvement in case of proper deoxidation (fig. 3).

Tab. III. Výsledky testu odolnosti vůči tepelné únavě Tab. III. Results of the TFR test

Výsledky zkoušky v tahu na 950 °C Results of the 950 °C tensile test

Zkouška tahem / tensile test

Počet cyklů / number of cycles

referenční vzorek / reference sample

EGR izolovaná forma EGR normální forma / EGR isolated mould / EGR normal mould

referenční vzorky / refrence samples

Rm [MPa]

E [%]

Rm [MPa]

E [%]

Rm [MPa]

E [%]

157

135,1

33,1

119,5

45,6

125,7

50,9

164

218

137,7

29,9

132,7

26,0

136,8

48,8

169

206

130,2

28,9

125,1

36,1

132,0

45,4

207

191

135,2 133,4

32,0 30,6

122,2 129,4

40,2 31,9

128,9 133,9

44,2 53,2

168

204

185

EGR vzorky / EGR samples 278

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

165

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

Strength [M Pa]

135

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

S . P á l k a – J . H a s i l – P. D o l e ž a l

Z l e p š e n í v l a s t n o s t í l i t é Cr- N i o c e l i D I N 1. 4 8 65 p ř í s a d o u i n o ku l a nt ů

L i t e ra t u ra

E va l u a t i o n o f t e n s i l e p r o p e r t i e s

[1]

In the field of hot tensile strength there was recorded slight detrimental effect of the technology. Out of the tests it is clear that the strength decrease is done at the benefit of ductile properties (tab. II). Strength decrease was the most significant for the samples poured into the isolated mould. The average value of strength was about 6% worse. The impact on plastic deformation is 16% but the spread of the results is the biggest of measured samples. For the samples poured into normal mould the strength decrease was very small but the improvement of the ductility was 36% (fig. 4).

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

LIN, L.; H. TAIWEN; X. YUHUA; Z. ZHILONG a kol.: Cast structure and mechanical properties of fine grained superalloy K4169 by addition of refiners [online]. [cit. 2015-07-14]. Dostupné z: http://www.tms.org/superalloys/10.7449/2004/Superalloys_2004_493_500.pdf. Development of a conventional fine grain casting process [online]. [cit. 2015-07-15]. Dostupné z: http://www.tms. org/superalloys/10.7449/1984/Superalloys_1984_3_12. pdf. STRAND DAHLE, E.: Grain Refinement of High Alloyed Steel [online]. 2011 [cit. 2015-08-17]. Norweigian university of Science and Technology. DULIEU, D.: The role of niobium in austenitic and duplex stainless steels. [online]. [cit. 2012-02-19]. Dostupné z: http://www.cbmm.com.br/portug/sources/techlib/science_techno/table_content/sub_5/images/pdfs/050.pdf. SKLENICKA, V.; L. KLOC: Creep in boiler materials: mechanisms, measurement and modelling. In: Power plant life management and performance improvement. Ed. by OAKEY, J. London: Woodhead Publishing Series in Energy, 2011. 704 s. ISBN: 9781845697266, e-Book ISBN: 9780857093806. PIEKARSKI, P.: The thermal fatigue behaviour of creep-resistant Ni-Cr cast steel [online]. [cit. 2015-07-14]. http:// www.afe.polsl.pl/index.php/en/147/the-thermal-fatigue-behaviour-of-creep-resistant-ni-cr-cast-steel.pdf.

Recenzenti | Peer-reviewers: prof. Ing. Ladislav Zemčík, CSc. Ing. Martin Dulava, Ph.D.

Aluminium China 2016 Termín konání: 12.–14. 7. 2016 Místo konání: Šanghaj, Čína Bližší informace: www.messeinfo.de/AluminiumChina-M316/Shanghai.html

AMB – mezinárodní výstava pro obrábění kovů Termín konání: 13.–17. 9. 2016 Místo konání: Stuttgart, Německo Bližší informace: www.amb-messe.de

166

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

E va l u a t i o n o f t h e r m a l fa t i g u e r e s i s t a n c e Spread of the results achieved by this test is usually quite big (tab. III). Therefore the batch of values was statistically tested and one value was erased. In spite of the spread there is visible improvement of the thermal fatigue resistance recorded on the inoculated samples. The average improvement reached the value of 19% (fig. 5). Conclusion Successful use of inoculants in Cr-Ni austenitic steels requires proper production methods and checking them. It is easy to achieve grain refinement via addition of Nb but this leads to the modification of chemical composition. Use of cerium based inoculants EGR is much more complicated. Especially right deoxidation and checking of inoculants dosing is very important. The effect on the final structure is limited. The biggest impact of EGR addition was recorded in the improvement of thermal fatigue resistance which is a critical property in hot applications. Slight detrimental effect was recorded in the field of tensile strength. This is on the other hand followed by the improvement in the field of ductility. Inoculation is an effective method to improve the material properties. It is technically possible to apply this technology in the industrial range over fast customization in the plant. Small price impact is more than equalized by longer lifetime in the applications where parts face the thermal fatigue. Due to the requirement of proper foundry methods this technology supposes to be easily managed by the advanced foundries which can gain the competition advantage against low cost competitors.

56. mezinárodní slévárenská konference PORTOROŽ 2016 Termín konání: 14.–16. 9. 2016 Místo konání: Portorož, Slovinsko Bližší informace: www.drustvo-livarjev.si

METAL, NonFerMet a Recycling Termín konání: 20.–22. 9. 2016 Místo konání: Kielce, Polsko Bližší informace: www.metal.targikielce.pl

A p likovate ln o s t ko nce p ce „mas ter“ k ř i v k y pro h o dn o cení l o m ové h o u žev nato s ti C- M n o ce li na o dlitk y

I . D l o uhý – L . Válka

the lower frac ture toughness values of the cast steel examined. The temperature dependence of the frac ture toughness has been also evaluated using exponential fit. The resulting frac ture toughness cur ve was almost similar to the cur ves obtained by using master cur ve concept.

Applicability of the “master” curve concept for evaluating the fracture toughness of the C-Mn cast steel

Ú vo d

Received: 15.04.2016 Accepted: 25.04.2016 669.141.25 : 539.55 cast steel—fracture toughtness

The frac ture toughness transition behaviour of C- Mn cast steel has been examined in the temperature range −140 °C to − 40 °C. The master cur ve concept has been applied to evaluate the temperature dependence of median cur ve K J c (m e d ) and the upper and lower tolerance bound, respec tively. The reference temperature T 0 has been estimated as − 88 °C using six 1T SENB specimens. It is demonstrated that all the cleavage initiated fracture toughness result s meeting the validit y condition lay inside the scat ter band given by 5% and 95% tolerance bounds. A s no frac ture toughness data fall below the 5% tolerance bound, this curve can be taken as that one determining

prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc. V U T v B r n ě, Fa ku l t a s t r o j n í h o i n ž e n ý r s t v í , Ú s t a v m a t e r i á l o v ý c h v ě d a i n ž e n ý r s t v í; N E T M E Ce n t r e | B r n o U n i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y, D e p a r t m e n t o f M a t e r i a l S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g

Ing. Libor Válka, CSc. V U T v B r n ě, Fa ku l t a s t r o j n í h o i n ž e n ý r s t v í , Ú s t a v m a t e r i á l o v ý c h v ě d a i n ž e n ý r s t v í; N E T M E Ce n t r e | B r n o U n i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y, D e p a r t m e n t o f M a t e r i a l S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g

Posuzování mezního stavu křehkého porušení různých komponent a zařízení vyžaduje znalost odolnosti oceli proti křehkému porušení. Pro toto posuzování se v podstatě používají dva přístupy: teplotně tranzitní přístup (podléhá-li ocel tranzitnímu chování) a přístup vycházející z mechaniky lomu. První z těchto přístupů hodnotí odolnost proti křehkému porušení podle tranzitních teplot, pro jejichž stanovení se používají nejrůznější typy zkušebních těles a způsoby zkoušení. Praxe ukázala, že tento v podstatě empirický přístup má omezenou využitelnost. Bylo prokázáno, že většina křehkých lomů byla iniciována z defektů, které existovaly v konstrukci buď po výrobě, případně vznikly za provozu. Proto dnes, zejména u náročných zařízení (např. u tlakových nádob) se pro posuzování odolnosti proti iniciaci křehkého lomu používá aparát lomové mechaniky. Aplikace lomově mechanických přístupů však vyžaduje exaktní znalost lomové houževnatosti stanovené experimentálně a v případě ocelí s tranzitním chováním určení její teplotní závislosti. Zatímco metodika měření lomové houževnatosti je již solidně propracována a postupně došlo i k určité unifikaci norem [1], vymezení tranzitní oblasti a kvantitativní vyhodnocování průběhu a rozptylu lomové houževnatosti v tranzitní oblasti je ve stadiu vývoje, v poslední době zejména v souvislosti s aplikacemi dvouparametrového přístupu v lomové mechanice [2]. Pro hodnocení teplotního průběhu a rozptylu lomové houževnatosti v tranzitní oblasti kromě některých starších přístupů (např. koncepce referenční křivky ASME [3]) existuje v podstatě: – možnost proložení exponenciální funkce teplotní závislostí platných hodnot lomové houževnatosti v tranzitní oblasti, mj. např. použité v dřívější normě ČSN 42 0347 (Příloha I) [4]. S ohledem na výrazný rozptyl lomového chování oceli v tranzitní oblasti vyžaduje zpracování dat statistické přístupy, v tomto případě obvykle vycházející z logaritmicko-normálního rozdělení; – koncepce univerzální (master) křivky zavedené K. Wallinem [5], [6], využívající Weibullovy statistiky, posléze rozpracované v normě ASTM E1921-14 pro praktické použití [7]. Samotný přístup je předmětem intenzivního zájmu lomově mechanické komunity, o čemž svědčí četné aktualizace uvedené normy. Podle druhé z uvedených koncepcí lze teplotní průběh lomové houževnatosti K Ic, K Jc zjištěných na tělesech tloušťky 1T s hlubokou trhlinou (a/W ~ 0,5) a porušujících se za podmínek malé plastické zóny u čela trhliny, stav SSY, popsat univerzální křivkou (master curve). Univerzální křivka je křivka udávající S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

167

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

Aplikovatelnost koncepce „master“ křivky pro hodnocení lomové houževnatosti C-Mn oceli na odlitky

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

I . D l o uhý – L . Válka

A p likovate ln o s t ko nce p ce „mas ter“ k ř i v k y pro h o dn o cení l o m ové h o u žev nato s ti C- M n o ce li na o dlitk y

průběh mediánu lomové houževnatosti KIc, K Jc v tranzitní oblasti. Bylo zjištěno, že křivka má pro nízkouhlíkové a nízkolegované oceli i jejich svarové spoje jednotný tvar reprezentující střední hodnotu teplotního průběhu lomové houževnatosti. Poloha základní křivky na ose teplot je dána tzv. referenční teplotou T0, při níž medián lomové houževnatosti dosahuje hodnoty K Jc = 100 MPa · m½. Současně bylo prokázáno, že hodnoty lomové houževnatosti ocelí s mezí kluzu od 275 do 825 MPa, určené při různé teplotě T na tělesech tloušťky 1T, a/W ~ 0,5 a vynesené v závislosti na T–T0, by měly vykazovat zcela totožný teplotní průběh, a to jak co do tvaru, tak i do velikosti rozptylového pásu. Poněvadž tvar master křivky je nezávislý na typu oceli, je hlavním materiálovým parametrem určujícím tranzitní chování referenční teplota T0. Vzhledem k tomu, že dále bude detailně pojednáno o tranzitním chování lomové houževnatosti C-Mn ocelí na odlitky, je vhodné uvést aktuální pojetí schématu tranzitního chování lomové houževnatosti tak, jak je v současné době přijímáno v literatuře [8], [9], [10], [11]. Schéma je prezentováno na obr. 1 [12], kde: – tDBU, tB, tDBL a tC představují tranzitní teploty, při nichž nastávají nestabilní lomy po tvárném natržení u čela původní únavové trhliny (interval mezi teplotami tDBL a tDBU), resp. přímo před čelem otupené trhliny (tB). Teplota tC odděluje tranzitní oblast od oblasti spodních prahových hodnot; – současně jsou v jednotlivých oblastech porušení, uvedených ve schématu, představeny odpovídající hodnoty lomové houževnatosti. Je nezbytné podotknout, že schéma na obr. 1 bylo sestaveno zejména na základě měření tranzitního chování lomové houževnatosti ocelí pro tlakové nádoby, případně rotory turbín. V experimentální části pak bude ukázáno, že pro oceli s nižší mezí kluzu a současně s vyšší odolností proti iniciaci tvárného lomu bude nutno schéma modifikovat. V příspěvku jsou prezentovány výsledky ukazující možnost aplikace univerzální (master) křivky i pro hodnocení lomové houževnatosti C-Mn oceli na odlitky a výsledné průběhy lomové houževnatosti jsou porovnány s teplotním průběhem určeným za použití obecné exponenciální funkce. M a t e r i á l, m e t o d i ka z ko u š e n í Ke studiu byly využity výsledky získané na vývojové C-Mn oceli na odlitky určené pro předpokládanou výrobu dopravních a úložných kontejnerů na vyhořelé palivové články. Měření byla realizována v rámci projektu [2]. Materiál v podobě desky tloušťky 250 mm byl dodán v rámci uvedeného projektu firmou Škoda JS, a. s., [13], ze které byly řezány polotovary zkušebních těles pro zkoušky lomové houževnatosti a vyráběna vlastní ohybová tělesa. Pro měření lomové houževnatosti byla použita zkušební tělesa rozměrů 25 × 50 × 240 mm. Byl použit poměrně velký počet zkušebních těles (padesát), který umožnil exaktní statistická vyhodnocení rozptylu v tranzitní oblasti, zejména pak určení spodní toleranční meze lomové houževnatosti. Zkoušky byly realizovány v souladu se standardními postupy [1]. Zatěžování v tříbodovém ohybu bylo realizováno na 200 kN elektromechanickém stroji Zwick při rychlosti zatěžování 1 mm/min. Zkoušky při nízkých teplotách proběhly v kryostatu při ochlazování parami kapalného dusíku; teplota byla měřena termočlánkem připevněným ke zkušebnímu tělesu.

168

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

V ý s l e d k y z ko u š e k a d i s k u z e Teplotní závislost lomové houževnatosti Na obr. 2 jsou uvedeny souhrnné výsledky měření lomové houževnatosti zjištěné při použití standardních ohybových těles. Jsou vyneseny hodnoty KJu a KJc. Čísla u hodnot KJu značí délku tvárného přírůstku trhliny ∆a předcházejícího iniciaci nestabilního štěpného porušení. V diagramu jsou vyznačeny: – tranzitní teploty tB a tDBL; teplota tDBU byla vyšší než −40 °C; – linie vymezující platnost hodnot lineárně elastické lomové houževnatosti KIc a elastoplastické lomové houževnatosti podle vztahů: K Jc, tj. KIc(limit) a0,K 5  B  Jc(limit) K Ic(limit)  Re    2B,5  0,5 K Ic(limit) ≤ Re   (1)  2,5   E W  a Re  K Jc(limit)   (2)  50  První rovnice vyplývá z běžné podmínky určení platné hodnoty KIc z výpočtové hodnoty KQ uvedené v každé normě pro měření lomové houževnatosti. Druhá rovnice je zmíněna např. ve standardu [7] a má zaručit, že měřené hodnoty K Jc jsou určeny za podmínek plastické zóny malých rozměrů u čela trhliny (stav označovaný v zahraniční literatuře jako small scale yielding, SSY [14]) a současně při existenci K Jcvysoké  A  Btriaxiality exp(CT ) napjatosti (vyjádřeno aparátem dvouparametrové mechaniky lomu je hodnota parametru kvantifikujícího „constraint“ na čele trhliny Q = 0 [15]). Ve standardu ASTM E 1921 je uvedena ve jmenovateli hodnota 30. Poslední práce [16], [17] a diskuze v subkomisi ASTM [18] doporučují změnit hodnotu konstanty ze 30 na 50. Tato čísla vyplynula jednak z výpočtu napjatosti u čela trhliny pro těleso konečné tloušťky metodou 3D konečných prvků [16], jednak z praktických měření Jc [18]; – linie K Ji, hodnota lomové houževnatosti při iniciaci tvárného lomu odhadnutá z hodnot K Ju a délek tvárného šíření u čela trhliny; – linie K Jm, reprezentující horní mez orientačních hodnot elasto-plastického faktoru intenzity napětí vypočtených z maximální síly zatěžovací křivky (nejedná se o platné hodnoty lomové houževnatosti). Na základě schématu teplotního průběhu lomové houževnatosti uvedeného na obr. 1, na základě teplot tB a tDBL a podle průběhu křivky K Ic(limit) lze konstatovat, že interval teplot −40 °C až −140 °C pro vyšetřovanou C-Mn ocel na odlitky reprezentuje tranzitní oblast a veškeré měřené hodnoty lomové houževnatosti se nacházejí v tranzitní oblasti. Vyneseme-li však do diagramu na obr. 2 křivku podle vztahu (2), dostaneme poněkud rozdílný obrázek o lomovém chování v tranzitní oblasti. Křivka KJc(limit) a přímka KJi spolu s teplotou tDBL vymezují v tranzitní oblasti tři pásy hodnot lomové houževnatosti s rozdílnými podmínkami napjatosti u čela trhliny v okamžiku iniciace nestabilního štěpného lomu (obr. 2): Pás I: Lomová houževnatost pro nestabilní štěpně iniciované lomy za podmínek malé velikosti plastické zóny na čele trhliny (SSY) a úrovně constraintu na čele trhliny Q = 0. Pás II: Lomová houževnatost pro nestabilní štěpně iniciované lomy. K iniciaci však jsou již potřeba větší rozměry plastické zóny u čela trhliny. S růstem rozměrů plastické zóny klesá triaxialita napjatosti a lomovou houževnatost je již nutno hodnotit dvouparametrovou lomovou mechanikou. Každá hodnota lomové houževnatosti již není charakterizována pouze globálním parametrem K Jc, ale dvojicí (K Jc, Q), kde Q reprezentuje hodnotu parametru kvantifikujícího constraint na čele 0,5

A p likovate ln o s t ko nce p ce „mas ter“ k ř i v k y pro h o dn o cení l o m ové h o u žev nato s ti C- M n o ce li na o dlitk y

I . D l o uhý – L . Válka

Z grafu vyplývá, že: – průběh K Jc(mean) určený pouze pro platné hodnoty K Jc vykazuje nižší střední hodnoty ve srovnání s průběhem K *Jc(mean); – rovněž spodní toleranční mez K Jc(0,1) je nižší než tato charakteristika K *Jc(0,1) vypočtená pro soubor zahrnující data korigovaná na ztrátu constraintu.

ln Kteplota ln vB[K]  CT kde T je (platí pro vztahy (3) až (9)) a A, B a C jsou Jc  25  regresní parametry křivky K Jc vs. T. Pro C-Mn a nízkolegované ln K Jcpředstavuje  25  ln B  CT oceli parametr A nejnižší hodnotu lomové houževnatosti, opodstatněnou z hlediska fyzikálních, resp. metalurgických zákonitostí. V literatuře se lze setkat s hodnotami 15 až 29 MPa · m½, v rámci této práce byla zvolena hodnota ln K Jc  25  ln B½ CT 25 · 4m ,333 exp( 0,0158TB) a C lze pak určit po úpravě . Parametry AK Jc(mean) = 25 MPa vztahu (3) do tvaru: K Jc(mean)  25  4,333 exp( 0,0158T ) (4) ln K Jc  25  ln B  CT

Podle citovaného postupu byly určeny z hodnot v tab. I parametry K0 = 92,8 MPa · m½ a K Jc(med) = 86,4 MPa · m½ tříparametrového Weibullova rozdělení používaného pro hodnocení rozptylu v tranzitní oblasti. Za použití vztahu:

K Jc(mean)  25  4,333 exp( 0,0158T ) lineární regresí. Parametry B a C z rovnice (4) byly vypočteny pro dva různě K Jc(mean)soubory  25  4experimentálních ,333 exp( 0,0158T ) dat. V prvním případě lze velké pro soubor platných 4,333 hodnot K Jc pod teplotou tB (obr. 2) získat K Jc(0,1)  25  exp( 0,0158T ) rovnici: exp( sup ) 4,333 (5) 0,0158 T )T ) K Jc(0,1) 2525 4,333 exp( exp( 0,0158 Jc(mean) exp( sup ) a pro spodní hranici 4,333 rozptylového pásu lomové houževnatos25 10% toleranční exp( 0,0158 ) Jc(0,1) pro tiKvyjde mezTvztah: supexp( ) 0,0158 K Jc(mean)  25 exp( 4,333 T) 4,333 (6) K Jc(0,1)  25  exp( 0,0158T ) exp( sup ) K Jc(0,1)  25  2,211 exp(odchylka 0,0158T ) logaritmicko-normálního rozkde s je směrodatná 4,333 pro jednostranný 90% odhad. Po dosadělení a up je kvantil K  exp( 0,0158 KJc(0,1)  25 25  2 ,211 0,0158 T) T) Jc(0,1) zení obdržíme rovnici exp( suexp( p ) ve tvaru: K Jc(0,1)  25  2,4211 exp( 0,0158T ) (7) ,333 K Jc(0,1)  25  exp( 0,0158T ) exp( supbyly ) do výpočtu pro stanovení parametrů Ve druhém případě  25  2,211 0,0158 T) BKaJc(0,1) C zahrnuty jakexp( platné hodnoty K Jc, tak i hodnoty lomové houževnatosti z pásu II po provedené korekci na ztrátu constraintu (výrazně vyznačené body v obr. 3; postup korekce je naznačen v práci K Jc(0,1)  25např.  2,211 exp( 0[23]). ,0158T ) * 25  2,2954 exp( 0,0196 T ) závislosti K vs. T ve tvaru: Jc(mean)  VKtomto případě byly získány rovnice Jc * (8) K Jc(mean)  25  2,2954 exp( 0,0196T ) K Jc(0,1)  25  2,211 exp( 0,0158T ) * K Jc(0,1)  25  1,1715 exp( 0,0196T ) (9) * K Jc(mean)  25  2,2954 exp( 0,0196T ) * K Jc(0,1)  25  1,1715 ,0196K T *) a Kexp( ,0resp. a K *Jc(0,1) podle vztahů (5), Průběhy K Jc(mean) Jc(mean) Jc(0,1) * K  25  2 , 2954 exp( 0 , 0196 T ) (7),Jc(mean) (8) a (9) jsou vyneseny spolu s experimentálně určenými * K Jc(0,1)  25 lomové 1,1715 exp( 0,0196T ) v grafu na obr. 3. hodnotami houževnatosti * * K  25  1,1715 exp( 0,0196T ) K Jc(0,1) Jc(mean)  25  2,2954 exp( 0,0196T )

* *

Hodnocení průběhu a rozptylu lomové houževnatosti v tranzitní oblasti za použití univerzální křivky a referenční teploty T0 (ASTM E 1921-2014) Postup stanovení referenční teploty T0 a průběhu univerzální křivky byl popsán např. v příspěvcích [8], [24]. Uvedeným postupem byla určena teplota T0 i pro C-Mn ocel na odlitky. Pro určení referenční teploty T0 byla použita data ze šesti zkušebních ohybových těles a jako zkušební teplota byla zvolena teplota −100 °C. Naměřené hodnoty elasto-plastické lomové houževnatosti jsou uvedeny v tab. I.

Tab. I. Tab. I.

Naměřené hodnoty lomové houževnatosti Measured values of the fracture toughness

i KJc [MPa · m1/2]

T0  T 

65,8

71,7

75,1

87,2

90,6

99,2

 30  K 1 ln  Jc(med)  0,19  70 

(10)

pak byla stanovena hodnota referenční teploty T0 = −88 °C. Rovnice univerzální (master) křivky a tolerančních mezí pro pravděpodobnost porušení p = 0,05 a 0,95 pro vyšetřovanou C-Mn ocel na odlitky jsou potom: K Jc (med) = 30 + 70 exp [0,019 (T + 88)]  K Jc(med)  30  1 T0  T = 25,4ln+ 37,8 K exp [0,019 (T + 88)]  Jc (0,05) 0,19 70   = 34,6 30 + 70 exp [0,019 (T + 88)] K (med) = KJc + 102,2 exp [0,019 (T + 88)] Jc (0,95)

(11) (12) (13)

Konstanty v rovnicích (12) a (13) byly stanoveny na základě K + 37,8 exp [0,019 (Trozdělení + 88)] a kvantilu pro jedJc (0,05) = 25,4 standardní odchylky Weibullova nostranný 5% a 95% odhad normálního rozdělení za zjednodušujícího předpokladu nekonečně velkého souboru dat. K Jc (0,95) = 34,6 + 102,2 exp [0,019 (T + 88)] Vliv konečné velikosti souboru dat na průběh dolní toleranční meze se koriguje posuvem teploty T0 k vyšším hodnotám. K 30 + 70posuvu exp [0,019 88)] nejistotou při určení T0, Velikost ∆T0(Tje+dána Jc (med) =tohoto způsobenou použitím malého počtu zkušebních těles N při    NT0.[°C] Postup určování ∆T0 je následující. Standardní určování K + 37,8 [0,019 (T + 88)] Jc (0,05) = 25,4 dána vztahem: odchylka určení T jeexp 0

σ = β N [°C] (14) KJc (0,95) = 34,6 + 102,2 exp [0,019 (T + 88)] kde parametr β je18funkcí K Jc (med) a je uveden v tabulce ve stan°C zkušebních těles souboru. T0  ASTM  Z (85)E19211[7], ,44Nje 10počet dardu 6 Míra nejistoty ve stanovení T0 se zahrnuje uvážením konfidenční meze pro zvolenou hodnotu spolehlivosti. [°C] je uveden příklad, v němž se uvažuje 85%  ASTM   NE 1921 V konfidenční mez pro dolní toleranční hranici K Jc(0,05). Použijeme-li tohoto postupu pro vyšetřovanou C-Mn ocel na odlitky, dostaneme: 18 1,44  10 °C T0    Z (85)  (15) 6 T0 ( margin )  T0  T0  78 C kde Z(85) je kvantil pro oboustranný 85% odhad. S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

169

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

trhliny. Znamená to, že K Jc již nemá význam lomové houževnatosti v obecném významu. Tento pás lomové houževnatosti nebyl pozorován ani u ocelí pro tlakové nádoby [11], ani u ocelí pro rotory turbín [19]. Lze se domnívat, že se pás II bude vyskytovat u ocelí s nižší mezí kluzu a vyšší odolností proti iniciaci tvárného lomu. Podobné lomové chování však pozorovali Faucher a Tysson [20] u oceli určené pro arktické podmínky. Pás III: Lomová houževnatost pro iniciaci nestabilních lomů po jisté délce tvárného nárůstu, předcházejícího lomu. Podle 0,5  B  nejnovějších K Ic(limit)  Re  prací  [21], [22] přechod tvárný – štěpný lom je 2,5  dán růstem constraint parametru u čela tvárné trhliny ve srovnání s hodnotou „constraint“ parametru v okamžiku iniciace tvárného lomu u čela zaoblené trhliny při hodnotě K Ji. 0,5  E W  a Re  K Jc(limit)    50 Hodnocení  teplotního  průběhu a rozptylu lomové houževnatosti za použití exponenciální funkce Postup byl zaveden a je používán pro charakterizaci lomového chování v tranzitní oblasti (detailně popsán např. starší normou ČSN 42 0347 „Lomová húževnatost kovov při statickom zaťažení“ v příloze I. [4]). Pro stanovení teplotního průběhu střední houževnatosti je obvykle používán empiln hodnoty K Jc  25 lomové  ln B  CT rický vztah: ln K  25  ln B  CT K Jc Jc A  B exp(CT ) (3)

I . D l o uhý – L . Válka

A p likovate ln o s t ko nce p ce „mas ter“ k ř i v k y pro h o dn o cení l o m ové h o u žev nato s ti C- M n o ce li na o dlitk y

T0 ( margin )  T0  T0  78 C

Potom T0 ( margin )  T0  T0  78 C

(16)

a průběh 5% dolní toleranční hranice pro 85% toleranční mez je potom dán vztahem

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

K Jc(0,05)  25,4  37,8 exp 0,019T  78

Obr. 1. Fig. 1.

Obr. 2. Fig. 2.

Obr. 3. Fig. 3.

170

Obecné schéma tranzitního chování lomové houževnatosti General schema of the transition behaviour of the fracture toughness

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

(17)

Na obr. K4 jsou znázorněny průběhy vztahů (11), 0,019křivek  25,4  37,8 exp T  78podle Jc(0,05) (12), (13) a (17). Křivka podle vztahu (17) se označuje jako spodní mez (LB) rozptylového pásu lomové houževnatosti. V obr. 4 jsou vyneseny všechny hodnoty KJc. Je zřejmé, že v celé přechodové oblasti prakticky všechny platné hodnoty leží v rozptylovém pásu omezeném 5% a 95% tolerančními hranicemi a – zejména – žádná měřená hodnota lomové houževnatosti nepadla pod křivku LB. Z obr. 4 je rovněž zřejmé, že mimo toleranční pás leží všechny hodnoty lomové houževnatosti, které jsou vyšší než K Jc(limit), tj. hodnoty lomové houževnatosti pásu II. Jedná se o hodnoty závislé na úrovni constraintu na čele trhliny v důsledku plastické deformace přesahující podmínky SSY.

Obr. 4. Fig. 4.

Obr. 5. Fig. 5.

Master křivka s tolerančními mezemi 5 % a 95 % a LB; vyneseny jsou hodnoty lomové houževnatosti K Jc iniciované štěpným mechanizmem The master curve with tolerance limits of 5 and 95% and LB; values of fracture toughness K Jc initiated by cleavage mechanism are plotted

A p likovate ln o s t ko nce p ce „mas ter“ k ř i v k y pro h o dn o cení l o m ové h o u žev nato s ti C- M n o ce li na o dlitk y

Z ávě r y Hlavním cílem studie bylo ověření možnosti aplikovat univerzální (master) křivku i pro hodnocení teplotních závislostí lomové houževnatosti C-Mn oceli na odlitky. Hlavní poznatky prezentované studie lze shrnout následovně: – Charakter lomového chování C-Mn oceli na odlitky se v tranzitní oblasti lomové houževnatosti liší od lomového chování ocelí pro tlakové nádoby a rotory. Před dosažením horní prahové hodnoty vykazuje poměrně výraznou oblast (v intervalu tranzitních teplot tB – tDBL), ve které jsou získané hodnoty závislé na úrovni constraintu na čele trhliny a jsou obecně neplatné. – V uvedeném intervalu lomová houževnatost vykazuje značný rozptyl s výskytem pásu hodnot lomové houževnatosti, pro jejichž hodnocení je nutno použít dvouparametrové lomové mechaniky (nebo realizovat zkoušky na větších zkušebních tělesech). – Byla ověřena aplikovatelnost koncepce univerzální křivky pro hodnocení teplotního průběhu a rozptylu hodnot lomové houževnatosti v tranzitní oblasti pro C-Mn ocel na odlitky. – Teplotní průběh a rozptyl lomové houževnatosti v tranzitní oblasti lze hodnotit rovněž s použitím exponenciální závislosti za předpokladu logaritmicko-normálního rozdělení. Bylo prokázáno, že obě metodiky hodnocení dávají prakticky stejné výsledky. – Byl zdůrazněn význam koncepce univerzální křivky zejména pro studium vlivu degradačních procesů na tranzitní chování lomové houževnatosti, zejména z důvodů možnosti charakterizovat zkřehnutí na základě posuvu referenční teploty. Poděkování Prezentované výsledky byly získány v rámci projektu NETME CENTRE PLUS (LO1202) za finančního přispění Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I“. L i t e ra t u ra [1] [2]

[3]

[4] [5]

[6]

[7]

[8]

ČSN EN ISO 12737. Kovové materiály – stanovení lomové houževnatosti při rovinné deformaci, 2011. DLOUHÝ, I., (ed.): Transferability of fracture mechanical characteristics. Boston: Kluwer Academic Publishers, c2002. ISBN 14-020-0794-9. MARSDON, T. U., (ed.): Flaw evaluation procedures: Background and Application of ASME Section XI, Appendix A EPRI NP-719-SR, Paolo Alto, CA, 1978. ČSN 42 0347 – Lomová húževnatosť kovov pri statickom zaťažení (1990). WALLIN, K.: Fracture toughness transition curve shape for ferritic structural steels, Proceedings of the joint EFG/ICF IC on Fracture of Engineering Materials, Singapore, 1991, 83–88. WALLIN, K.: Macroscopic Nature of Brittle Fracture. Journal de Physique: N, Colloq. C7, suppl. J. de Physique II., 1993, 3(3), 575–584. ISSN 1155-4339. ASTM E1921-14. Standard Test Method for Determination of Reference Temperature, T0, for Ferritic Steels in the Transition Range, 2014. HOLZMANN, M.; L. JURÁŠEK; I. DLOUHÝ: Master curve methodology and data transfer from small on standard specimens. In: Dlouhý, I., (ed.) Transferability of Fracture

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

171

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

Tyto hodnoty lze aplikací mikromechanických modelů převést na ekvivalentní hodnoty lomové houževnatosti pro těleso porušující se za podmínek SSY, avšak při zachování stejné pravděpodobnosti štěpného porušení jako dané zkušební těleso s větší plastickou zónou na čele trhliny. Principy a postupy jsou naznačeny v práci [23]. Jedná se o korekci na ztrátu constraintu (constraint adjustment) a proces (přístup) se nazývá škálovací model pro lomovou houževnatost (toughness scaling model – TSM [14], [16]). Takto zpracované hodnoty by měly ležet v tolerančním pásu nebo alespoň pod hodnotou KJc(limit). Přepočtené hodnoty z hlediska lomové mechaniky mají hodnotu constraint parametru Q = 0, tj. mají stejnou platnost jako hodnoty lomové houževnatosti v pásu I a jsou plnohodnotné z hlediska dalších inženýrských aplikací. Plné body na obr. 4 reprezentují lomovou houževnatost z pásu II po korekci na ztrátu constraintu při použití Anderson-Doddsova TSM [14], [16]. Je zřejmé, že ne všechny korigované hodnoty padly do rozptylového pásu univerzální křivky. Avšak až na jednu hodnotu lomové houževnatosti se přiblížily k linii K Jc(limit). Tento nesoulad lze vysvětlit volbou materiálových parametrů v TSM a mimořádně velkým rozptylem lomové houževnatosti použité oceli na odlitky (viz např. teplotu −70 °C na obr. 2). V obr. 5 jsou porovnány průběhy univerzální křivky K Jc(med) s průběhy křivek KJc(mean) a K *Jc(mean) a průběhy spodních tolerančních mezí. V případě koncepce univerzální křivky jsou vyneseny spodní hranice z obr. 4 označené KJc(0,05) a LB, v případě aplikace exponenciální funkce spodní toleranční mez KJc(0,1) a K *Jc(0,1). Z obr. 5 pak vyplývá, že: – průběh K Jc(med) (univerzální křivka) je prakticky totožný s průběhem K Jc(mean); – v případě průběhu spodních tolerančních mezí je prakticky totožný průběh LB a K Jc(0,01). Pod spodní hranicí LB by se měly vyskytnout s vysokou pravděpodobností jen ojedinělé hodnoty lomové houževnatosti. Naproti tomu podle koncepce využívající exponenciální proložení by se pod spodní hranicí mohlo vyskytnout 10 % hodnot LH z měřeného souboru. Podle zastánců koncepce univerzální (master) křivky spočívají přednosti jejího použití pro hodnocení lomové houževnatosti v tranzitní oblasti: • Pro stanovení referenční teploty T0, která určuje polohu tranzitní křivky na ose teplot, je potřeba malý počet zkušebních těles. • Podle změny teploty T0 lze hodnotit vliv metalurgických, technologických a degradačních procesů na tranzitní chování. Hodnocení těchto faktorů podle změny T0 má být podstatně objektivnější než hodnocení podle změny nárazové práce KV. • Pro určení teploty T0 lze použít i malá zkušební tělesa s trhlinou, např. s průřezem 10 × 10 (pre-cracked Charpy), případně jiné typy podrozměrných těles. V těchto případech je však třeba do hodnocení zahrnout vliv tloušťky (chápaný rovněž jako ztráta constraintu napříč tloušťkou zkušebního tělesa, tzv. out-of-plane constraint) a vliv nedolomené části tělesa před čelem trhliny (ztráta constraintu na čele trhliny, tj. in-plane constraint) [25]. Výhodou podrozměrných zkušebních těles je, že k jejich výrobě je potřeba podstatně méně materiálu, což je zejména nutné např. při studiu degradačních procesů a jejich vlivu na zkřehnutí. Pro vyšetřovanou C-Mn ocel na odlitky byla teplota T0 stanovená při použití těles typu Charpy s trhlinou (průřez 10 × 10 mm) −78,2 °C [8]; srovnej s T0(margin), rovnice (16).

I . D l o uhý – L . Válka

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

[9]

[10]

[11]

[12] [13]

[14]

[15]

[16]

A p likovate ln o s t ko nce p ce „mas ter“ k ř i v k y pro h o dn o cení l o m ové h o u žev nato s ti C- M n o ce li na o dlitk y

Mechanical Characteristics, Boston: Kluwer, 2002, s. 225–242. ISBN 14-020-0794-9. MOSKOVIC, R.: Statistical analysis of censored fracture toughness data in the ductile to brittle transition temperature region. Engineering Fracture Mechanics. 1993, 44(1), 21-41. DOI: 10.1016/0013-7944(93)90079-8. ISSN 00137944. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier. com/retrieve/pii/0013794493900798. DOIG, P.; R. MOSKOVIC: The influence of competing fracture mode on the ductile to brittle transition temperature. Engineering Fracture Mechanics. 1993, 46(3), 529–535. DOI: 10.1016/0013-7944(93)90245-N. ISSN 00137944. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier. com/retrieve/pii/001379449390245N. HOLZMANN, M.; J. MAN; L. VÁLKA; B. VLACH.: R-Curves and fracture toughness transition behaviour at static, rapid and impact loading of Cr-N-Mo-V reactor pressure vessel steel. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 1995, 62(1), 39–47. DOI: 10.1016/0308-0161(95) 93827-R. ISSN 03080161. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/030801619593827R. HOLZMANN, M.; I. DLOUHÝ; V. KOZÁK: Sborník Konstrukčné materiály ’99. Bratislava, 1999, s. 161. DLOUHÝ, I.; M. HOLZMANN; Z. CHLUP: Fracture resistance of cast ferritic C-Mn steel for container of spent nucelar fuel. In: Dlouhý, I., (ed.) Transferability of Fracture Mechanical Characteristics, Boston: Kluwer, 2002, s. 47–64. ISBN 14-020-0794-9. ANDERSON T. L.; R. H. DODDS: Specimen Size Requirements for Fracture Toughness Testing in the Transition Region. Journal of Testing and Evaluation. 1991, 19(2), 123. DOI: 10.1520/JTE12544J. ISSN 00903973. Dostupné také z: http://www.astm.org/doiLink.cgi?JTE12544J. DLOUHÝ, I.; Z. CHLUP; V. KOZÁK: Constraint effects at brittle fracture initiation in a cast ferritic steel. Engineering Fracture Mechanics. 2004, 71(4–6), 873–883. DOI: 10.1016/S0013-7944(03)00027-4. ISSN 00137944. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/ S0013794403000274. NEVALAINEN, M.; R. H. DODDS: Numerical investigation of 3-D constraint effects on brittle fracture in SE(B) and C(T) specimens. International Journal of Fracture. 1996, 74(2), 131–161. DOI: 10.1007/BF00036262. ISSN 0376-9429. Dostupné také z: http://link.springer.com/10.1007/ BF00036262.

[17] RUGGIERI, C.; R. H. DODDS; K. WALLIN: Constraint effects on reference temperature, T0, for ferritic steels in the transition region. Engineering Fracture Mechanics. 1998, 60(1), 19–36. DOI: 10.1016/S0013-7944(98)00001-0. ISSN 00137944. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0013794498000010. [18] Session of ASTM Subcommittee E 08.08 on Elastic-Plastic Fracture, July 1998. [19] HOLZMANN, M.; I. DLOUHÝ; B. VLACH; J. KRUMPOS: Degradation of mechanical properties of Cr Mo V and Cr MoV W steam turbine rotors after long-term operation at elevated temperatures. Part II: fracture toughness, correlation of fracture toughness with Charpy V-notch results. DOI: 10.1016/0308-0161(95)00043-7. ISBN 10.1016/0308-0161(95)00043-7. Dostupné také z: http:// linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0308016195000437. [20] READ, D. T.; R. P. REED, editors: Fracture mechanics: eighteenth symposium. Online-Ausg. Philadelphia, PA: ASTM, 1988, s. 164. ISBN 08-031-0949-0. [21] RUGGIERI, C.; R. H. DODDS: A transferability model for brittle fracture including constraint and ductile tearing effects: a probabilistic approach. International Journal of Fracture. 1996, 79(4), 309–340. DOI: 10.1007/BF00018594. ISSN 0376-9429. Dostupné také z: http://link.springer. com/10.1007/BF00018594. [22] YAN, C.; Y. W. MAI: Effect of constraint on ductile crack growth and ductile-brittle fracture transition of a carbon steel. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 1997, 73(3), 167–173. DOI: 10.1016/S0308-0161(97)000574. ISSN 0308-0161. Dostupné také z: http://linkinghub. elsevier.com/retrieve/pii/S0308016197000574. [23] DLOUHÝ I.; V. KOZÁK; M. HOLZMANN: Toughness scaling model applications. In: Dlouhý, I., (ed.) Transferability of Fracture Mechanical Characteristics, Boston: Kluwer, 2002, 195–212. ISBN 14-020-0794-9. [24] HOLZMANN, M.; I. DLOUHÝ; L. VÁLKA: Sborník Konstrukčné materiály ’97, 1997, Bratislava, s. 161. [25] HOUR, K. Y.; K. K. YOON: in Small Specimens Test Techniques, ASTM STP 1329, American Society Testing Materials, 1998, s. 173. Recenzenti / Peer-reviewers: prof. RNDr. Jan Kohout, CSc. doc. Ing. Jaroslav Šenberger, CSc.

50. konference Metalografie

Mezinárodní slévárenské fórum 2016

Termín konání: 21.–23. 9. 2016 Místo konání: Berlín, Německo Bližší informace: www.dgm.de

Termín konání: 23.–24. 9. 2016 Místo konání: Drážďany, Německo Bližší informace: www.international-foundry-forum.org/

Mezinárodní konference tlakového lití zinku

Španělský slévárenský kongres

Termín konání: 21.–23. 9. 2016 Místo konání: Brescia, Itálie Bližší informace: www.zinc.org/iza-events

Termín konání: 29. 9. 2016 Místo konání: Bilbao, Španělsko Bližší informace: www.metalspain.com/foundry-bilbao.html

172

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

3D tisk – možná alternativa k technologiím odlévání, t váření a obráb ění ? M. Fousová – D. Dvor sk ý – J. Kubásek – D. Vojtě ch

3D printing—a possible alternative to casting, forging and machining technologies? Received: 19.04.2016 Accepted: 29.04.2016 621.74:338.45 : 621.725:519.68 : 655.3 foundry production—rapid prototyping—3D printing

3D printing as an additive layer by layer manufacturing approach brings about many advantages into production. Our research was therefore focused on the comparison of stainless steel AISI 316L prepared by Selective Laser Melting (SLM) with a material prepared by conventional multiple-step fabrication route represented by casting, forging and machining into the final form. The aim was to demonstrate if 3D printing technology is able to substitute conventional technologies while preser ving demanded product properties. First set of measurements proved comparable microstructure and mechanical properties.

Bc. Michaela Fousová Vysoká škola chemicko -technologická v Praze | University of Chemistr y and Te c hn o l o g y, P ra g u e

Bc. Drahomír Dvorský Vysoká škola chemicko -technologická v Praze | University of Chemistr y and Te c hn o l o g y, P ra g u e

Ing. Jiří Kubásek Vysoká škola chemicko -technologická v Praze | University of Chemistr y and Te c hn o l o g y, P ra g u e

prof. Dr. Ing. Dalibor Vojtěch Vysoká škola chemicko -technologická v Praze | University of Chemistr y and Te c hn o l o g y, P ra g u e

Ú vo d 3D tisk je technologií sloužící k přípravě trojrozměrných výrobků na základě CAD modelů. Označení 3D tisk je českým ekvivalentem k anglickému rapid prototyping (RP), což značí, že se původně jednalo o technologie sloužící pro rychlou přípravu prototypů, zejména v automobilovém nebo leteckém průmyslu. Jedná se o aditivní způsob výroby, kdy je produkt zhotovován postupně vrstvu po vrstvě. V současné době se však často setkáváme i s novým označením rapid tooling, které značí, že se již nejedná o přípravu prototypů, ale finálních výrobků jako takových [1], [2], [3]. 3D tisk byl zpočátku zaměřen především na polymerní materiály. Jednalo se o metody jako stereolitografie, fused deposition modelling (FDM), multi-jet modelling (MJM) a mnohé další [4]. Dnes však existuje již několik metod aditivní technologie schopných zpracovávat i materiály kovové. Těmito metodami jsou zejména selective laser sintering (SLS) a selective laser melting (SLM) využívající laserový paprsek nebo electron beam melting (EBM) využívající paprsek elektronový. Tyto tři nejčastější výrobní techniky jsou schopné připravit trojrozměrný produkt téměř ve finální podobě přímo zpracováním kovového prášku [5]. V této práci jsme se zaměřili na charakterizaci materiálu připraveného pomocí selective laser melting (SLM), tedy selektivního laserového tavení. Schéma výrobního procesu je pro ilustraci uvedeno na obr. 1. 3D tiskárna sestává ze tří základních částí: pracovní komora, manipulační komora a zásobárna výchozího práškového materiálu. V pracovní komoře je umístěna základní deska opatřená pístem umožňujícím pohyb ve vertikálním směru. Tato deska je vyhotovena ze shodného materiálu, jako je materiál zpracovávaný. Vedlejší komora se zásobním práškem je taktéž opatřena pístem. Vždy je určena tloušťka jedné vrstvy prášku, která bude skenováním laseru selektivně tavena. O tuto vzdálenost se simultánně posune pracovní deska směrem dolů a píst s práškem naopak nahoru tak, že vytlačí potřebné množství prášku. Pomocí podavače je tento prášek rovnoměrně nahrnut na pracovní desku a začíná samotný proces výstavby produktu. Do pracovní komory opatřené ochrannou atmosférou inertního plynu (argon či dusík) je optickým vláknem přiváděn laserový paprsek. Ten je zaostřen na vrstvu prášku a začne být selektivně skenován přesně dle dat z 3D CAD modelu. 3D model je předem navržen ve finální podobě produktu a navíc je opatřen podpůrnými lešeními v místech, kde by mohlo dojít k borcení částí již vytvořeného produktu a k nežádoucím změnám tvaru. Tento model je posléze pomocí specifického počítačového softwaru rozřezán do mnoha vrstev o předem určené tloušťce (korespondující s tloušťkou vrstvy prášku). Na základě dat pro každou jednotlivou vrstvu poté 3D tiskárna řídí pohyb laseru. Existují různé skenovací strategie. Často je využívána strategie ostrůvků, kdy je celková skenovaná plocha rozdělena do několika čtvercových polí/ostrůvků, které jsou laserem skenovány v nahodilém pořadí. Tento přístup minimalizuje hromadění vnitřního pnutí ve vytvářené struktuře, jelikož nevznikají tak příkré teplotní gradienty, jako kdyby byla vrstva skenována postupně v jednom směru [6]. Při dopadu laserového paprsku na vrstvu prášku dojde v daném místě k jeho roztavení a jakmile se paprsek přesune na jiné místo, tavenina poměrně vysokou rychlostí tuhne. Tato skutečnost je potom často spojena se vznikem nerovnovážných struktur [5]. V okamžiku, kdy je takto vytvrzena již celá vrstva, posune píst pracovní desku níže, přihrne se nový prášek a celý proces se opakuje tak dlouho, dokud není produkt hotový. Ukončení výrobního procesu spočívá v přesunutí pracovní desky s vytvořeným S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

173

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

3D tisk – možná alternativa k technologiím odlévání, tváření a obrábění?

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

M. Fousová – D. Dvor sk ý – J. Kubásek – D. Vojtě ch

3D tisk – možná alternativa k technologiím odlévání, t váření a obráb ění ?

produktem do manipulační komory, odstranění neroztaveného prášku, oddělení produktu od pracovní desky, odřezání podpůrných struktur a v případném dodatečném zpracování. Často se provádí tepelné zpracování za účelem odstranění vnitřních pnutí nebo pískování pro odstranění natavených částic prášku ulpívajících na povrchu a negativně ovlivňujících nejen rozměrovou přesnost, ale i únavové vlastnosti [1], [5]. Ostatní metody fungují na podobném principu. EBM využívá elektronový paprsek s vyšší energií a je tedy výkonnější. Hlavním rozdílem u SLS je využití dvou prášků, kdy jeden s nižší teplotou tání funguje jako pojivo [3]. Díky vysoké energii laseru nebo elektronového paprsku jsou metody 3D tisku schopny zpracovávat poměrně širokou škálu kovových materiálů, včetně těch, které jsou vlivem vysoké teploty tání špatně zpracovatelné běžnými technologiemi [7]. V SLM a EBM je vstupním materiálem prášek jednoho složení. Již byly zpracovávány různé oceli (např. korozivzdorná ocel 316L), niklové slitiny (např. Inconel 62), titan a jeho slitiny (Ti Grade 1, Grade 5), měď, slitiny kobaltu (Co-Cr-Mo), hliníkové (Al-Si, Al-Mg) či hořčíkové slitiny [1], [5]. SLS pracuje s čistými kovy (např. Al, Cu, Ti), s binárními systémy (např. Fe-Cu, Fe-Sn, Cu-Sn), slitinami na bázi niklu, kobaltu (Co-WC), bronzy, uhlíkovými, korozivzdornými či nástrojovými ocelemi apod. [2]. Tento seznam se neustále rozšiřuje o nové materiály, jelikož v posledních letech probíhá v této oblasti intenzivní výzkum. 3D tisk přináší do výroby mnoho výhod. Lze říci, že je snadnější a čistější alternativou slévárenství. Není nutná příprava forem, čištění forem, složitý mnohakrokový postup. Jedná se o velmi přesný, počítačově řízený automatizovaný proces, který poskytuje plnou kontrolu nad kvalitou výroby. Na rozdíl od manuálních způsobů odlévání se tedy jedná o proces předvídatelnější, nedochází ke vzniku defektů a přítomnosti nežádoucích vměstků. Jednou z hlavních výhod oproti běžným způsobům výroby, kterými jsou odlévání, tváření a obrábění, je geometrická volnost, tedy možnost připravit velmi tvarově složité výrobky, kterých by jinak nebylo možné dosáhnout. Příkladem využití je výroba slévárenských forem se složitým systémem chladicích kanálků. Další výhodou je snížení výrobních nákladů díky tomu, že je produkt připraven v jednom kroku, v konečné podobě a nevyžaduje již žádné obrábění. Skutečnost, že je výchozím materiálem prášek, vede navíc

k velmi vysoké využitelnosti materiálu. Nedochází prakticky k žádným materiálovým ztrátám, jelikož nevyužitý prášek může být po ukončení výrobního procesu recyklován a využit jako vstup do dalšího procesu. To je významné zejména u drahých materiálů [2], [8], [9]. Vzhledem k uváděným výhodám nachází 3D tisk uplatnění zejména tam, kde jsou vyžadovány tvarově složité součástky. Jedná se např. o letecký průmysl nebo výrobu lékařských implantátů přímo na míru pacienta. Příkladem jsou produkty SLM na obr. 2. Hlavní nevýhodou je časová náročnost. Proto je 3D tisk vhodný spíše pro malé součástky, kdy výroba trvá do 24–48 h, a malé série. Ačkoli zatím nejsou aditivní technologie schopny konkurovat velkosériové výrobě, jsou nedocenitelným přístupem pro výrobu kusovou a do budoucna mají velmi slibné vyhlídky [10]. V naší práci jsme se zaměřili na porovnání materiálu produkovaného aditivní technologií s materiálem připraveným běžným způsobem odlévání, tváření a následného obrobení do požadovaného tvaru, abychom prokázali, zda může být 3D tisk alternativním způsobem výroby při zachování požadovaných vlastností výrobku. Pro první porovnání jsme ověřovali rozdíl ve struktuře a základních mechanických vlastnostech. Z ko u m a ný m a t e r i á l Jako zkoumaný materiál byla vybrána korozivzdorná ocel AISI 316L (1.4404, ČSN 17349), která má široké využití nejen v chemickém průmyslu, ale i průmyslu potravinářském, farmaceutickém, ve stavebnictví či šperkařství. Díky své vysoké korozní odolnosti se také používá v medicíně na výrobu trvalých ortopedických implantátů, šroubů apod. Tato austenitická ocel se vyznačuje obsahem 16,5–18,8 hm. % Cr, 10–13 hm. % Ni, 2–2,5 hm. % Mo a do 0,03 hm. % C. V rámci našeho výzkumu byly porovnávány kompaktní vzorky této oceli připravené dvěma zcela odlišnými postupy. První metodou byla technologie 3D tisku selective laser melting (SLM), druhou běžný výrobní postup sestávající z odlití, tváření za tepla a následného obrobení do tvaru finálního výrobku. Oba typy materiálu byly poskytnuty komerčními dodavateli. Pro metodu SLM byl jako vstupní materiál využit jemný prášek korozivzdorné oceli s částicemi menšími než 50 µm. Tváření za tepla bylo prováděno při 800 °C. Ostatní parametry přípravy jsou nám neznámé. Po s t u p t e s t ová n í

Obr. 1. Fig. 1.

Princip metody SLM 1 Princip metody SLM Working principleObr. of SLM Fig. 1 Working principle of SLM

Nejprve byla studována mikrostruktura obou vzorků na připravených metalografických výbrusech. Ke studiu byla využita optická (inverzní metalografický mikroskop OLYMPUS PME3) a elektronová skenovací (TESCAN VEGA-3 LMU) mikroskopie. Pro určení mechanických vlastností byly provedeny tahové a tlakové zkoušky. V případě SLM byly vzorky vyhotoveny přímo v podobě zkušebních tělísek, v případě tvářeného materiálu potom byly do shodného tvaru vzorky obrobeny z dodané tyče. Vzorek pro tahovou zkoušku připravený 3D tiskem je pro ukázku zobrazen ve schématu na obr. 1. Oba typy mechanických zkoušek byly provedeny na univerzálním testovacím stroji LabTest 5.250SP1-VM za pokojové teploty, při nastavení rychlosti deformace na 0,001 s−1. Rovněž byla měřena tvrdost dle Vickerse (HV1). Výsledky

Obr. 2. Fig. 2.

Příklad produktů SLM pro lékařství Examples of SLM products for medical use

Obr. 2 Příklad produktů SLM pro medicínu

Fig. 2 Examples of SLM products for medical use

174

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Na obr. 3 je uvedeno porovnání mikrostruktury korozivzdorné oceli AISI 316L připravené oběma postupy. Na první pohled je mikrostruktura velmi podobná, tvořená austenitickými zrny.

3D tisk – možná alternativa k technologiím odlévání, t váření a obráb ění ? M. Fousová – D. Dvor sk ý – J. Kubásek – D. Vojtě ch

vysoce geometricky složité tvary a současně vysoké využitelnosti materiálu. Není však prozatím schopen zastoupit velkosériovou výrobu, kde stále časově i ekonomicky převažuje běžná výroba. Nicméně i pro specifické aplikace v kusové výrobě je zapotřebí stávající prvotní testy dále prohloubit.

Rm, Rp0,2, HV1, A

Fig. 3.

800 700 600 500

Porovnání mikrostruktury oceli AISI 316L připravené a) tvářením za tepla nebo b) SLM Comparison of microstructure of the AISI 316L stainless steel prepared by a) hot forging or b) SLM

Rm, Rp0,2, HV1, A

Obr. 3.

800 700

400

200 100 0

100

Obr. 4. Fig. 4.

tváření za tepla

300

3D tisk za tepla tváření

500

400

200

3D tisk

600

mez kluzu v tahu

mez kluzu mez tvrdost v tlaku pevnosti v tahu

tažnost

Porovnání mechanických vlastností dosažených a) metodou SLM a b) tvářením za tepla Comparison of mechanical properties obtained by a) SLM method and b) hot forging

Jediný rozdíl spočívá ve velikosti zrn, která jsou přibližně trojnásobně větší u běžně za tepla tvářeného materiálu. V případě 3D tisku je totiž materiál roztaven během velmi krátké interakce (v řádu několika ms) laserovým paprskem, následně je poměrně vysokou rychlostí ochlazen odvodem tepla do okolního tepelně neovlivněného materiálu a tuhne. Zrna tedy nemají čas zhrubnout a výsledná struktura je tak relativně jemnozrnná. Jako jistá nevýhoda 3D tisku se jeví skutečnost, že je vždy přítomna určitá pórovitost. V případě zkoumaného vzorku představovala 0,5 % z celkového objemu. Graf na obr. 4 ukazuje porovnání mechanických vlastností získaných 3D tiskem nebo tvářením za tepla. Obecně lze opět říci, že všechny stanovované mechanické vlastnosti (mez kluzu v tahu i tlaku (Rp0,2), mez pevnosti v tahu (Rm), tažnost (A), tvrdost (HV1)) nabývají velmi podobných hodnot. U vzorku připraveného metodou SLM byly naměřeny hodnoty vždy o něco nižší (s výjimkou tvrdosti), což je zapříčiněno přítomnou pórovitostí. Ta má mnohem větší vliv na namáhání v tahu než v tlaku, což v grafu odpovídá. Z ávě r Základním porovnáním korozivzdorné oceli AISI 316L připravené konvenčním způsobem, představovaným kombinací odlévaní, tváření za tepla a obrábění a nebo aditivním způsobem za využití metody SLM, jsme doložili souhlas v mikrostruktuře a mechanických vlastnostech pro oba tyto výrobní postupy. Z hlediska základních materiálových vlastností tedy může 3D tisk plně zastoupit běžný vícestupňový proces výroby, navíc s významnou výhodou v podobě schopnosti připravit

L i t e ra t u ra [1]

OSAKADA, K.; M. SHIOMI: Flexible manufacturing of metallic products by selective laser melting of powder. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2006, 46(11), 1188–1193. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2006.01.024. ISBN 10.1016/j.ijmachtools.2006.01.024. Dostupné také z: h t t p: / / l i n k i n g h u b . e l s e v i e r. c o m / r e t r i e v e / p i i / S0890695506000307 [2] SIMCHI, A.; F. PETZOLDT; H. POHL: On the development of direct metal laser sintering for rapid tooling. Journal of Materials Processing Technology, 2003, 141(3), 319–328. DOI: 10.1016/S0924-0136(03)00283-8. ISSN 09240136. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/ S0924013603002838 [3] WONG, K. V.; A. HERNANDEZ: A review of additive manufacturing. ISRN Mechanical Engineering, 2012. Article ID 208760. DOI:10.5402/2012/208760. [4] PETZOLD, R.; H. F. ZEILHOFER; W. A.KALENDER: Rapid prototyping technology in medicine—basics and applications. Computerized Medical Imaging and Graphics, 1999, 23(5), 277–284. ISSN: 0895-6111. [5] MURR, L. E.; S. M. GAYTAN; D. A. RAMIREZ a kol.: Metal Fabrication by Additive Manufacturing Using Laser and Electron Beam Melting Technologies. Journal of Materials Science, 2012, 28(1), 1–14. DOI: 10.1016/S1005-0302(12) 60016-4. ISSN 10050302. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1005030212600164 [6] BECKER, T.; M. VAN ROOYEN; D. DIMITROV: Heat treatment of Ti-6Al-4V produced by LASERCUSING. South African Journal of Industrial Engineering, 2015. 26(2), 11. ISSN 2224-7890 (online), ISSN 1012-277X (print). [7] VRANCKEN, B.; L. THIJS; J.-P. KRUTH; J. VAN HUMBEECK: Heat treatment of Ti6Al4V produced by Selective Laser Melting: Microstructure and mechanical properties. Journal of Alloys and Compounds, 2012, 541, 177–185. DOI: 10.1016 /j.jallcom.2012.07.022. ISSN 0925-8388. Dostupné také z: h t t p: / / l i n k i n g h u b . e l s e v i e r. c o m / r e t r i e v e / p i i / S0925838812011826 [8] JELIS, E. a kol.: Metallurgical and Mechanical Evaluation of 4340 Steel Produced by Direct Metal Laser Sintering. JOM, 2015, 67(3), 582–589. ISSN: 1047-4838 (print), 1543-1851 (online). [9] VENKATESH, K. V.; V. V. NANDINI: Direct Metal Laser Sintering: A Digitised Metal Casting Technology. The Journal of the Indian Prosthodontic Society, 2013, 13(4), 389–392. ISSN: 0972-4052, (print) 1998-4057 (online). [10] VERMA, A.; S. TYAGI; K. YANG: Modeling and optimization of direct metal laser sintering process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2015, 77(5), 847–860. ISSN: 0268-3768 (print), 1433-3015 (online).

Recenzenti | Peer-reviewers: Ing. Zdeněk Čejka Ing. Ivo Lána, Ph.D. S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

175

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

Poděkování Práce byla finančně podpořena Grantovou agenturou České republiky (projekt č. P108/12/G043).

P. J e l í n e k

Snížení nákladů na tr yskací operace pomocí DSTP ®

Z PRAXE

Snížení nákladů na tryskací operace pomocí DSTP®

Ing. Pavel Jelínek Te c h c o n s u l t P r a h a , s . r. o .

621.74:338.45 : 338.51 : 621.747.55 foundry production—production costs—shot blasing

Ú vo d Příspěvek je zaměřen na závěry analýzy hodnocení tryskacích zařízení ve vybraných slévárnách. Vyvozuje nutnost vývoje přídavného zařízení potřebného k hodnocení efektivnosti provozování tryskacích zařízení. Seznamuje s některými výsledky jeho ročního provozování v jedné slévárně. Prokázala se úspora cca 30 % abraziva, 25 % zkrácení tryskacího cyklu a 20% snížení materiálových nákladů. Analýza tryskacích operací – PROJE KT Y Odborné komise e ko n o m i c ké p ř i Č S S Ekonomická komise při ČSS se ve svých PROJEKTECH již 17 let systematicky zabývá patrně jako jediný subjekt v ČR problematikou nákladovosti výroby odlitků. Nejnovějším výstupem práce tohoto kolektivu byla oponovaná studie [1]. Poslední čtyři roky byly věnovány analýze tryskacích operací u sléváren zúčastněných na řešení PROJEKTŮ XIII, XIV, XV a XVI. Tato analýza zahrnovala především hodnocení tryskacího zařízení. V prvé řadě se jednalo o posouzení jeho technického stavu, jeho vybavenosti, profesní a morální úrovně obsluhy a údržby a v neposlední řadě i efektivnosti zařízení jako celku. Prověřovány byly tedy ty aspekty, které bylo možno jasně zhodnotit a zároveň i porovnat mezi sebou, a kde byla vysoká míra pravděpodobnosti, že získané poznatky mohou být rychle a prospěšně zúčastněnými slévárnami využity.

176

Došlo k odhalení řady méně či více závažných nedostatků, které byly buď odstraněny na místě, nebo bylo navrženo patřičné opatření. Jmenovitě např. nastavení větrného odlučovače, tryskacích obrazců, dávkovacích jednotek, doplňování abraziva, filtrace, kontrola provozní směsi abraziva atd. Dále pak bylo doporučeno dovybavení starších zařízení prvky nebo celými konstrukčními skupinami, bez kterých dnes není ekonomický provoz tryskacího zařízení možný. Uveďme chybějící ampérmetry, počitadla provozních a především tryskacích hodin, dávkovací jednotky, magnetické separátory, zásobníky na abrazivo a vhodně konfigurované filtrační zařízení atd. Mnohem složitější fází projektu bylo porovnání efektivnosti sledovaných zařízení. Protože se jednalo o zařízení vzájemně neporovnatelná, co se týče velikosti, druhu, výkonu, stáří a provozních podmínek, bylo nutno definovat veličinu, která by toto porovnání umožnila. Jako sjednocující parametr byla zvolena spotřeba abraziva na reálně spotřebovanou kWh, nazvaná jednotkovou spotřebou abraziva (JSA). Jako ideální velikost byla stanovena hodnota 0,2 kg/kWh. Úkolem tedy bylo zjistit skutečnou hodnotu JSA u sledovaných zařízení. V praxi to znamenalo několikaměsíční denní sledování tryskacího času, zatížení turbín a množství doplňovaného abraziva. Po vyhodnocení získaných údajů byly zjištěny značné rozdíly v efektivitě jednotlivých tryskačů (obr. 1). V grafu na obr. 1 jsou na ose x sledovaná tryskací zařízení (TZ) a na ose y zjištěné hodnoty JSA. Na jedné straně jsme ověřili možnost zjištění jednotkové spotřeby (JSA) pro TZ. Potvrdili jsme si reálnost dosažení optimální hodnoty 0,2 kg/kWh. Na druhé straně jsme zjistili, že provozovaná zařízení mohou pracovat až kriticky neefektivně. Vyjádřeno číselně to znamená, že pokud

Obr. 1.

provozovatelé 3 a 8 mají stejná a obdobně provozovaná TZ, pak při roční spotřebě 100 000 Kč na abraziva u provozovatele 3 bude u provozovatele 8 činit spotřeba 620 000 Kč. Nehledě na další s tím spojené náklady. Nutno uvést, že žádný ze zúčastněných provozovatelů si na neefektivitu tryskače nestěžoval. Je to důsledek „rutinní slepoty“, kdy dlouhodobě používané zařízení degraduje jak opotřebením, tak i pohodlností a úpravami obsluhy či údržby. Kompetentní pracovníci nejsou schopni nepříznivý vývoj zjistit. Za hlavní příčiny neefektivního provozu lze považovat neznalost, pohodlnost až neochotu a právě zmiňovanou rutinu. Použitý parametr JSA je výborným indikátorem efektivity TZ. Na druhou stranu nutno říci, že jeho určení je poměrně obtížné. Obsluhy TZ ne vždy ochotně a kvalitně vedou záznamy o doplňování abraziva a o tryskacích hodinách, tedy vlastním výkazu práce. Navíc kolísající zatížení turbín není vůbec zohledněno a jeho sledování ani prakticky není v lidských silách. Již z principu je tedy zjištěná hodnota zatížená chybami jak principiálními, tak lidského faktoru. Navíc zde musí být někdo, kdo získaná data vyhodnotí. A tam potenciálně může být další zdroj chyb. Tato skutečnost byla podnětem pro vývoj zařízení, které by bylo schopno jednoduchým způsobem a s maximálním omezením lidského faktoru určit hodnotu JSA. V ý vo j d á l kové h o s l e d ová n í t r yskací ho procesu (DSTP ® ) Byl tedy vysloven jasný požadavek k vyvinutí zařízení, které by umožňovalo trvale sledovat činnost TZ. Principiálně se jedná o trvalé snímání elektrického proudu směřujícího do turbín TZ pomocí čidel (obr. 2). Na jejich výstup je napojen datalogger, který předává zpracované signály

Porovnání JSA u vybraných tryskacích zařízeních [kg/kWh]

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Snížení nákladů na tr yskací operace pomocí DSTP ®

Obr. 3.

Obr. 2.

Čidlo, proudový snímač

Obr. 4.

Grafický report pracovního týdne

Obr. 5.

Grafický report pracovního dne

Zařízení zpracovávající naměřené analogové hodnoty z proudových snímačů, které v digitální podobě předává do podnikové sítě – datalogger

Pra k t i c ké z k u š e n o s t i z p r ovo z u Tímto zařízením byl v roce 2015 vybaven tryskač ve slévárně TOS-MET Čelákovice. Po více než ročním provozu jsou k dispozici první praktické zkušenosti. Programové vybavení není tímto provozovatelem využíváno v plném rozsahu, nicméně i dílčí využití DSTP® napoví o možném odkrytí řady rezerv. Provozovatel se zajímal především o časové využití tryskacího zařízení v průběhu pracovního dne, kdy v rámci třísměnného provozu byla kontrola tryskacího pracoviště pouze dílčí a hlavně v nočních směnách nebylo dosahováno takových pracovních výsledků jako ve směnách denních. Byl tedy využíván pouze grafický report, kde je jasně vidět jak aktivní

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

177

Z PRAXE

do serveru uživatele (obr. 3). Ten si pomocí obslužného programu zobrazí ty hodnoty, které jsou pro něj zajímavé. Principiálně pracuje DSTP® ve dvou modech: – zobrazení provozu TZ v reálném čase. Na monitoru se zobrazuje hodnota zatížení turbín a tryskací čas. Je to tedy případ, jako kdyby stála sledující osoba u tryskače a kontrolovala práci obsluhy; – zhotovení reportů o provozu TZ. Program umožňuje zpracování tří druhů reportů pro zvolený sledovaný časový interval libovolné délky. Reporty o provozu TZ obsahují v prvé řadě grafický report. Na obr. 4 je grafické zobrazení pracovního týdne, obdobně je na obr. 5 znázorněn pracovní den. Na ose x je čas a na ose y pak proudové zatížení turbín. Dalším z reportů je statistika. Tento report poskytuje nejdůležitější údaje pro optimalizaci tryskacího pracoviště, tj. počet tryskacích cyklů, průměrná doba tryskacího cyklu a nejdelší doba pracovního cyklu s časem výskytu (obr. 6). Posledním z reportů jsou náklady. Pomocí tohoto reportu lze po dosazení cen abraziva, elektrické energie a množství doplněného abraziva stanovit materiálové náklady na tryskání ve sledovaném časovém intervalu a na tryskací hodinu. Po doplnění počtu tryskaných kusů či celkové hmotnosti vsázky pak náklady na tryskaný kus či kilogram odlitku. Kromě toho se v tomto reportu zobrazuje hodnota JSA, tedy míra efektivity vlastního tryskače (obr. 7). Všechny tři reporty mají totožné záhlaví, kde je zobrazen počet aktivních turbín, energie spotřebovaná každou jednotlivou turbínou, celková spotřebovaná energie a tryskací čas.

P. J e l í n e k

Z PRAXE

P. J e l í n e k

Snížení nákladů na tr yskací operace pomocí DSTP ®

využití tryskače, tak i časové prodlevy. Velmi rychle byla provedena opatření směřující k omezení prostojů a ve spolupráci s mistrem apretace jsou každý den předkládány plány tryskání, jejichž plnění lze pomocí DSTP ® ověřit. Díky této organizaci pracoviště dochází k úsporám, které jsou pomocí DSTP® měřitelné a tím i prokazatelné. Ze statistického reportu lze získat hodnoty délky průměrného tryskacího cyklu a spotřebované energie na jeden tryskací cyklus, které v grafickém znázornění zobrazují pozvolný vývoj zefektivnění tryskacího procesu. Po roce provozu je úspora zcela prokazatelná. U spotřeby elektrické energie byl prokázán pokles z cca 12 kWh na 8 kWh u tryskacího cyklu (obr. 8). Podobná situace se prokázala i u tryskacích časů. Pokles z 20 na 15 min (obr. 9). Poslední dvě hodnoty (12. měsíc a leden 2016) vzhledem k výpadku jedné z turbín jsou v souladu s tendencí. Po ročním nasazení DSTP ® a aktivní prací s tímto zařízením, byť i v omezené míře, se prokázalo, že existují dostatečné rezervy k úsporám řádově 20 % materiálových nákladů na tryskání. Těchto úspor bylo dosaženo bez jakýchkoli dalších investic, pouze povědomím obsluhy tryskače, že její práce je kontrolovatelná, a následně i zavedením jednoduché organizace na tryskacím pracovišti.

Obr. 8.

Report statistika, záhlaví je společné pro všechny tři druhy reportů

Obr. 7.

Report náklady s vyčíslením JSA

Graf průběhu spotřeby elektrické energie na tryskací cyklus

Dalších úspor je možno dosáhnout finanční motivací pracovníků obsluhy a údržby, kteří jsou odměňováni za provozování zařízení v optimálním stavu. Tato idea je zdánlivě bezpředmětná, protože tento požadavek je nedílnou součástí pracovní náplně jmenovaných pracovníků. Zkušenosti z JMA Hodonín však prokázaly [1], že tímto způsobem lze probudit aktivní a kreativní přístup zaměstnanců k výkonu vlastní práce a výsledkem jsou materiálové úspory v řádech statisíců Kč ročně. Nutno však podotknout, že v JMA Hodonín mají

178

Obr. 6.

Obr. 9.

Graf průběhu tryskacího času

velmi vypracovanou a sofistikovanou metodiku sledování tryskacího pracoviště, takže tyto rezervy nejsou běžně dostupné každému provozovateli tryskačů. Nasazením DSTP ® s využitím statistického a nákladového reportu jsou však potřebné informace pro realizaci motivačního programu k dispozici během několika minut. Z ávě r Organizace práce na tryskacím pracovišti a zjednodušení zavedení motivač-

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

ních programů pro pracovníky obsluhy a údržby tryskačů pomocí DSTP ® je jedním z konkrétních výsledků PROJEKTŮ při ČSS, vedoucí v konečném efektu ke snížení nákladovosti tryskacích operací. L i t e ra t u ra [1]

KAFKA, V. a kol.: Vývoj nákladového hodnocení apretace odlitků (V. etapa), PROJEKT XVI, sborník přednášek, seminář XV. Kovohutě Příbram, 22. 3. 2016, ČSS Brno, s. 1–70. ISBN 978-80-02-02651-8.

N u m e r i c k á o p t i m a l i z a c e v s o f t w a r u M AG M A 5 j a ko p o m o c n í k v ý r o b y p í s ko v ý c h j a d e r

Ing. Milan Luňák B E N E Š a L ÁT, a . s ., Poříčany

Štefan Kyselka B E N E Š a L ÁT, a . s ., Poříčany

Ing. Michal Špaček MAGMA Giessereitechnologie GmbH, Pardubice

621.743 : 519.876.5 core production— computer simulation

vytvrzování a dokonce i tepelné či mechanické vlivy na jaderník. Předmětem studie je pískové jádro (obr. 1) používané k výrobě odlitku z Al-Si slitin za použití nízkotlaké licí metody. Finální aplikací vyrobeného odlitku je „srdce“ zemědělského stroje, a tím není nic jiného než dieselový motor. O vysokých nárocích na kvalitu jak rozměrovou, vizuální a samozřejmě vnitřní, není třeba se ani zmiňovat. V dnešní době hnané automotive produkcí se nároky na jakost výrobků zvyšují snad ve všech segmentech průmyslu. Níže je uvedeno několik základních údajů pro přiblížení zvolené problematiky. Historicky byla výroba pískového jádra zajišťována za pomoci dřevěného jaderníku, ale zde bylo mnoho negativ. Mezi ty nejvýznamnější patří nízká životnost a velmi omezená možnost automatizace a tím i opakovatelnost vstřelovacího procesu především z důvodu komplikací při upnutí do samotného vstřelovacího stroje. Při evolučním kroku vpřed, kdy jsme se ve společnosti BENEŠ a LÁT, a. s., uchýlili k výrobě ocelového jaderníku, rázem výše uvedená negativa přestala platit. U každého vývoje se však objeví jisté slepé uličky, a proto, aby jich bylo co možná nejméně, byl k řešení použit velmi užitečný pomocník, kterým je modul C+M simulačního softwaru MAGMA5. I přesto nebylo možné se několika slepým uličkám vyhnout, ale nutno zdůraznit, že se jejich počet zredukoval na minimum. V porovnání s běžnou metodou pokusu a omylu založenou pouze na empirických vztazích a závislostech je tento přístup řešení mnohonásobně efektivnější. Přestože jsou tyto znalosti a dovednosti nesmírně cenné, v dnešní uspěchané době mohou jen velmi obtížně plnohodnotně konkurovat technickým vymoženostem typu simulační software s plnou optimalizací výrobního procesu a nářadí. Pr ů b ě h v ý vo j e

Ú vo d Důvodem, proč se kolektiv autorů tohoto článku rozhodl publikovat informace ohledně tématu výroby pískových jader metodou cold-box, je skutečnost, že ne vždy je cesta k úspěšné výrobě přímá a bez jistých úskalí. Pro překonání těchto počátečních potíží však byl více než dobrým pomocníkem speciální modul softwaru MAGMA5. Zmíněný výpočetní modul nese název C+M neboli Core and Mold a je zaměřen na simulaci výroby pískových jader či forem. S jeho pomocí je možné numericky popsat etapu vstřelu,

Krok po kroku jsou popsány vznikající problémy při vstřelování pískového jádra a především jejich reflexe do kvality. Nejzásadnější problémy vznikaly nedostřelením pískového jádra a také jeho nedostatečným vytvrzením. Vzhled jádra je patrný z obr. 2. Pravděpodobně každého zasvěceného do problematiky ihned napadne zkontrolovat odvzdušnění vstřelovacího jaderníku, složení jádrové směsi a případně polohu vstřelovacího otvoru (trysky) vůči dutině jaderníku. Jsou to logické kroky, a proto i my jsme je provedli, nicméně za pomoci sofisti-

kované numerické metody – simulace celého výrobního procesu, která zahrnuje jak vstřelení, tak vytvrzení jádrové směsi. Již prvotní výsledky simulací ukázaly fyzikální procesy, které se v útrobách jaderníku odehrávají. Bylo odhaleno, jakým směrem a v kolika hlavních proudech se vstřelovaná směs jaderníkem šíří, resp. jaký je reálný čas vstřelu – vyplnění dutiny směsí. Tyto nabyté informace nás při vývoji navedly správným směrem. Již z prvních simulovaných změn bylo zřejmé, že např. nasměrování trysky vstřelu hraje skutečně významnou roli. Varianty úhlů vstřelu jsou naznačeny na obr. 3. Nakonec se jako významný parametr projevil i samotný tvar vstřelovací trysky (otvor ve vstřelovací desce umístěné na konci vstřelovací hlavy); testován byl kruhový i oválný průřez. Rozhodně nebyla podceněna analýza jádrové směsi. I této proměnné bylo věnováno značné úsilí od zkoušek různých dodavatelů ostřiv, pojiv, i typově odlišného písku na synteticko-keramické bázi a výrazně sferoidizovaného tvaru zrna. Bohužel tato cesta se stala neprůchozí – šlo tedy o zmiňovanou slepou uličku vývoje. Prá c e s e s i m u l a č n í m softwarem Veškerá výpočetní část tohoto vývoje jaderníku byla provedena ve speciálním modulu C+M, který je nadstavbou základní platformy softwaru MAGMA 5. Odrazovým můstkem bylo nasimulování původní technologie výroby, tj. používaný dřevěný jaderník s pryskyřicovým ošetřením povrchu dutiny. Před samotným výpočtem byla domodelována kompletní geometrie zahrnující zásobník směsi ukončený vstřelovací hlavou, dále vstřelovací trysku a veškeré odvzdušnění tvarové dutiny jaderníku prostřednictvím vzdušníků. Tato výrazná geometrická modifikace (obr. 4) byla provedena kvůli zpřesnění celého výpočtu, resp. výsledků. Provedená numerická simulace přinesla výsledek, který se v kritériu hustoty vstřelené směsi shodoval s realitou (obr. 5). Jak lze vidět na výstupu ze simulace, resp. fotografii reálného pískového jádra, lokalita výskytu vady je téměř identická. Touto „kalibrací“ simulačního softwaru jsme sami sebe přesvědčili o tom, že se jedná o vhodný nástroj pro vývoj a optimalizaci jak výrobních parametrů, tak geometrických úprav vstřelovacího jaderníku. Nyní bylo třeba optimalizací postihnout co možná nejvíce signifikantních výrobních proměnných, které

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

179

Z PRAXE

Numerická optimalizace v softwaru MAGMA5 jako pomocník výroby pískových jader metodou cold box ve společnosti BENEŠ a LÁT, a. s.

M . L u ň á k – Š. Ky s e l k a – M . Š p a č e k

N u m e r i c k á o p t i m a l i z a c e v s o f t w a r u M AG M A 5 j a ko p o m o c n í k v ý r o b y p í s ko v ý c h j a d e r

Obr. 1.

Celý tvar vstřelovaného pískového jádra

Obr. 3.

Varianty úhlů vstřelu jádrové směsi

Obr. 5.

Přímé porovnání výsledku simulace (vlevo) s reálným pískovým jádrem (vpravo)

Obr. 6.

Srovnání simulovaných variant – vstřelovací tryska kruhová (vlevo) a oválná (vpravo)

Obr. 9.

Redukce počtu vzdušníků a přidání jednoho koncového, zleva – původní verze a upravená verze

Typická vada pískového jádra

Z PRAXE

Obr. 2.

Obr. 4.

180

Obr. 7.

Vliv posunu oválné vstřelovací trysky na hustotu směsi pískového jádra, zleva – bez posunu, posun o 20 mm, posun o 30 mm

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Celá geometrie určená k výpočtu v softwaru MAGMA 5

Obr. 11. Pískové jádro po kompletní optimalizaci výrobního procesu

Obr. 8.

Vliv tlaku vstřelu na hustotu směsi, zleva – 3 bary, 2,5 baru a 3,5 baru

Obr. 10. Modifikace počtu vzdušníků s vlivem na hustotu směsi jádra, zleva – výchozí návrh a vítězná varianta

N u m e r i c k á o p t i m a l i z a c e v s o f t w a r u M AG M A 5 j a ko p o m o c n í k v ý r o b y p í s ko v ý c h j a d e r

určují kvalitu pískového jádra. Z předchozích experimentů a také ze zkušeností vyplynuly proměnné, jako jsou úhel trysky vstřelu, tlak vstřelu a počet společně s umístěním vzdušníků.

Umístění oválné vstřelovací trysky Na obr. 7 jsou znázorněny výsledky simulace, při které byl testován posun oválné vstřelovací trysky na vznik řešené vady, tedy na hustotu vstřelené směsi v daném místě jádra. V rámci simulace byla odzkoušena varianta bez posunu, s posunem o 20 mm a s posunem o 30 mm. Nejlepšího výsledku z pohledu hustoty směsi bylo dosaženo při posunutí o 20 mm. Na výsledek je nutné nahlížet tak, že žlutá až modrá místa na jádře vykazují nižší až velmi nízkou hustotu, a tím lze v těchto místech predikovat vznik nekoherentního tvaru jádra. Vliv tlaku vstřelu Jelikož byla i tato veličina vybrána jako zásadní proměnná mající významný vliv, byly v simulačním výpočtu uvažovány tři hodnoty tlaku vstřelu. Již praxí osvědčený tlak 3 bary byl použit jako výchozí, dále to byl tlak 2,5 baru a 3,5 baru. Výsledek je znázorněn na obr. 8, přičemž žlutá a modrá barva poukazuje na pokles hustoty. Zde by se mohlo zdát, že vítězným tlakem bude 3,5 baru, ale není tomu tak. Nejkritičtější oblast je sice méně rozsáhlá, ale dochází zde k „zaškrcení“ vstřelu směsi v oblasti přechodu vertikální a horizontální části pískového jádra.

Shrnutí Ne vždy je možné končit experiment či případovou studii s pozitivním výsledkem, ale v tomto případě tomu tak skutečně je. Přes značné obtíže při sériové výrobě pískových jader původně do dřevěného jaderníku se ve fázi vývoje a návrhu nového ocelového jaderníku podařilo s velkým přispěním simulačního softwaru MAGMA 5 odladit technologické úskalí procesu. Toto pozitivum s sebou nese skutečnost, že došlo k eliminaci zmařeného času pro nahodilé pokusy, do kterých bychom se nutně museli pustit, kdyby nebyla možnost vylepšovat technologii jaderníku ve virtuální podobě na PC. Dále je třeba zdůraznit, že byly uspořeny i náklady na případné úpravy jaderníku, které by následovaly v případě neúspěšných pokusů. Nic takového se však nepřihodilo a ocelový sériový jaderník je optimalizován pro sériovou výrobu, výroba z něho schválena odběratelem našich odlitků a v těchto dnech je v plné permanenci výroby. Závěrem je třeba uvést, že jsme dosáhli i vyšší produktivity výroby z pohledu kvantity, protože ocelový jaderník je na rozdíl od svého předchůdce dvojnásobný. Poděkování Rádi bychom touto cestou poděkovali kolegovi panu Milanu Švecovi za jeho ochotu experimentovat, podílet se na vývoji a být nám plně nápomocen při reálných zkouškách na pracovišti vstřelování pískových jader ve společnosti BENEŠ a LÁT, a. s.

L i t e ra t u ra [1] [2]

Interní materiály společnosti BENEŠ a LÁT, a. s. Interní materiály společnosti MAGMA Giessereitechnologie GmbH

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

181

Z PRAXE

Úhel vstřelu a tvar vstřelovací trysky Jak již bylo v tomto článku dříve zmíněno, úhel vstřelu, resp. vstřelovací trysky, má nemalý vliv na vznik námi popisované vady pískového jádra. Společně s úhlem je nutné se zaměřit i na samotný tvar trysky. Simulací bylo prokázáno, že oválný tvar trysky je vhodnější (obr. 6). Pro úplnost, modrá barva zobrazuje místa, kde lze předpokládat výrazně nižší hustotu vstřelené směsi až dokonce riziko nevyplněného prostoru. V dalších etapách simulací tedy byly uvažovány vždy oválné tvary vstřelovací trysky.

Optimalizace počtu a rozmístění vzdušníků Při redukci počtu vzdušníků byla následována úvaha o poklesu tlaku při vstřelu, který lokálně klesá vlivem nadměrného počtu vzdušníků v přechodu mezi vertikální a horizontální částí pískového jádra. Proto byl počet vzdušníků ve vstupní geometrii pro simulaci upraven a funkce vzdušníků byla deaktivována. Výsledek simulace potvrdil správnost úvahy, ale kvalita jádra stále nebyla dostačující. Dalším krokem bylo, možná paradoxně, přidání vzdušníku. V tomto případě se jednalo o místo konce tzv. šnekové části pískového jádra. Závěr ze simulace opět potvrdil správnost návrhu a kvalita jádra výrazně stoupla. Porovnání verze původní a po redukci několika vzdušníků s přidáním jednoho koncového je zřejmé z obr. 9. V tomto stadiu návrhu úprav procesu i jaderníku byla kvalita vyrobeného pískového jádra na akceptovatelné hranici. Nicméně, i přesto byla jako další krok využita numerická optimalizace, kterou nabízí jako svůj integrovaný prvek v nejnovější verzi software MAGMA 5.3. Bez tohoto pomocníka by nebyla možnost z časových i ekonomických důvodů optimalizovat proces i jaderník až do úplného minimalizování zmetkovitosti a naprosté stability procesu. Pro představu uvedeme, jak náročné by bylo metodou pokusu a omylu vyzkoušet všechny možné kombinace a varianty odvzdušnění jaderníku. Po jednoduchém využití kombinatoriky přesahuje počet 8 tisíc možných variant uspořádání vzdušníků. V tomto případě by byly náklady na experimentování jen těžko vyčíslitelné. Numerická optimalizace následně sama vygenerovala vítěznou variantu (obr. 10). Na této variantě byla virtuálně v softwaru vyzkoušena i úprava procesních parametrů, přičemž se podařilo snížit tlak vstřelu i tlak vytvrzování jádrové směsi. Především snížení tlaku vstřelu má výrazně pozitivní vliv na životnost jaderníku. V praxi byla odzkoušena robustnost této varianty při reálné výrobě jader a výsledkem je stabilní kvalita pískových jader (obr. 11).

M . L u ň á k – Š. Ky s e l k a – M . Š p a č e k

M e s s e r Te c h n o g a s , s . r. o.

F I R E M N Í P R E Z E N TACE

Kryogenní odstraňování otřepů z kovových odlitků

V procesu tlakového lití je obtížné zabránit tomu, aby malé množství kapalného kovu neproniklo do štěrbin mezi jednotlivými částmi formy. Na hotovém odlitku pak tento materiál vytváří tenké otřepy, které musí být následně odstraněny. Využitím kapalného dusíku a otryskávacího média je umožněno provádět tento proces plně automaticky a bez jakéhokoli poškození odlitků. Díky tomu je snadné odstraňovat otřepy ze zinkových, hliníkových, titanových a hořčíkových odlitků. Výrazně se přitom snižují náklady a klesá míra zmetkovosti. Tlakové odlitky ze zinkových či hliníkových slitin jsou všudypřítomnou součástí našeho běžného života: autíčka na hraní, dveřní zámky, automobilové díly, armatury, zátky – to je jen několik příkladů věcí vyrobených z těchto kovů.

O d s t ra ň ová n í o t ř e p ů výbuchem způsobuje p ří l i š m n o h o d e f e k t ů Z dílů vyráběných v menších počtech se otřepy obvykle odstraňují ručně – jde o pracný a nákladný proces. V případě sériové výroby je jednou z tradičních metod odstraňování otřepů výbuchem. Kontrolovaný výbuch v chráněné komoře vytváří teploty až 2 000 °C, takže tenké otřepy shoří. Síla detonace a vysoká teplota však může samotný odlitek také poškodit, což vede až ke 40% zmetkovosti. Jiné metody, jakými jsou například omílání a otryskávání, pak způsobují povrchová poškození, nebo jejich aplikací není možné odstranit otřepy nacházející se na vnitřních místech odlitků. Odstraňování otřepů s využitím kapalného dusíku naproti tomu nezpůsobuje žádné poškození. Odlitky jsou vloženy do rotačního bubnu z drátěného pletiva. Jednoduché díly, např. zátky nebo autíčka na hraní, se do bubnu prostě nasypou, zatímco komplexní, větší díly jsou uchyceny v košících. Obsah bubnu je následně ochlazen kapalným dusíkem na cca −60 °C. Jemné otřepy tak téměř okamžitě zkřehnou a z odlitků je pak lze odstranit minimální silou. Mechanická práce, která je k tomu potřeba, je zajištěna prostřednictvím plastových granulek. Plastový granulát je, stejně jako při pískování, vystřelován vysokou rychlostí na díly v bubnu. Veškeré křehké otřepy se odlámou a jsou kompletně odstraněny. Samotné díly však zůstanou nepoškozené. Měkký

plast nezanechá na povrchu žádné stopy. Tato metoda je proto technologicky mnohem pokročilejší než konvenční postupy. Dosahuje lepší a opakovatelné kvality, a to i v případě složitě tvarovaných odlitků s vnitřními otřepy. S n i ž ová n í j e d n o t kov ýc h nákladů Společnosti poptávající výrobu odlitků, např. z oblasti automobilového průmyslu, kladou stále rostoucí nároky na kvalitu a přesnost. Na druhou stranu, také samotní výrobci mají zájem o vysokou jakost a efektivnější procesy. Například u elektronických součástek, které stojí třeba jen pár korun, je ruční odstraňování otřepů vyloučeno. Tyto výrobky jsou však velice náchylné k deformacím, a proto pro ně optimální řešení představuje tento proces. Navíc jsou zde podstatně nižší měrné náklady ve srovnání s odstraňováním otřepů výbuchem. Je snadné ověřit, zda se vyplatí investovat do nového zařízení pro kryogenní odstraňování otřepů. Nejprve je zdarma provedena zkouška na vzorcích odlitků. Výrobce pak posoudí, jestli výsledky odpovídají jeho očekáváním, a následně je nalezeno optimální řešení. V případě zájmu o tuto technologii se na nás obraťte – naše společnost disponuje již celou řadou referencí jak v České republice, tak v zahraničí.

Ing. David Bek, Ph.D. aplikační inženýr Messer Technogas, s. r. o. tel.: +420 602 760 022 david.bek@messergroup.com www.messer.cz

182

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

A L F E B R N O, s . r. o.

Hana Portová, ALFE BRNO, s. r. o. www.alfe.cz

ALFE BRNO (Al – hliník, Fe – železo) je malá slévárna s dlouholetou tradicí výroby odlitků. Firma byla založena již v roce 1912 jako první česká slévárna na Brněnsku, tehdy pod názvem Morávia – slévárna železa a kujné litiny a založil ji dědeček paní Hany Portové Antonín Harašta. Po znárodnění v roce 1950 byla přiřazena k Mosilaně a následně k textilce Partex Nová Včelnice s tím, že se zde vyráběly odlitky pro textilní stroje. Od roku 1992 je však slévárna opět soukromá s českými majiteli bez zahraniční spoluúčasti. Od roku 1995 byla ve slévárně zavedena výroba přesných odlitků ze zinku a cínu odlévaných technologií odstředivého lití do gumových forem. Paní Hano, v jakém stavu jste přebírala firmu, která byla kdysi špičkou v České republice v oblasti slévárenství a posléze utrpěla znárodněním? Ten stav byl skutečně žalostný, z hlediska bezpečnosti i hygieny byla slévárna prakticky neschopna provozu. Po jejím navrácení do našich rukou jsme museli okamžitě začít s kompletní rekonstrukcí. Zároveň jsme měli hned od počátku jasno, že nechceme zahraniční investory a že vše chceme zvládnout sami. Výrobu jsme rozšířili o nové technologie odstředivého lití ze zinku, cínu, olova a lití hliníku do pískových forem. Vrátili jsme se také k výrobě mobi-

Nejvíce energie čerpám z odvedené práce. A když se setkávám s našimi výrobky ve městech, parcích, u rodinných domů a památek nejen v České republice, ale i v zahraničí (Vídeň, New York, Stockholm, Brusel, Lipsko, Paříž, Marseille, Salcburk, Krems, Mnichov, Pulkau), tak jsem hrdá na to, že dovedeme vyrobit krásné věci. Co vám nejvíce vadí a naopak nejvíce sedí na dnešní mladé generaci podnikatelů? Je mi velmi líto, když vidím, jak mladí lidé vystudují obor a pak jdou pracovat do úplně jiné oblasti, kde ani nemohou své znalosti ze školy uplatnit. Na dnešní mladé generaci se mi líbí její dravost. Chybí jí však pokora, úcta a odpovědnost k odvedené práci. Měli by si uvědomit, že škola jim otevírá dveře k oboru, který vystudovali, ale mzdu budou pobírat za kvalitu odvedené práce. Je velká škoda, že zaniká mnoho krásných, dobrých řemesel. Víte, řemeslník je jako bůh, něco děláte, až z toho vytvoříte krásnou věc. Každá práce je řemeslo – buďto dobré, nebo špatné. To záleží na lidech, kteří práci vykovávají. Haně Portové je 75 let, žije v Brně. Celý život se drží hesla svého dědečka: „Když máš majetek, tak na něm musíš hospodařit a hospodařit tak, abys nezkrachoval.“ Její motto pak je: „Kdo si neváží minulosti, nemůže vytvářet budoucnost.“ Je velmi hrdá na to, že se jí podařilo navázat na rodinnou tradici a že její zaměstnanci umí vyrobit tak krásné a kvalitní produkty jako její předci. Věří, že řemesla formíř a slévač nezaniknou a že budoucí generace budou za 100 let obdivovat výrobky její továrny tak, jako my obdivujeme a vážíme si práce svých předků. (Upravený přetisk, Hospodářské noviny, příloha, 23. 3. 2016.)

Dne 13. prosince 2015 obdržela Hana Portová z rukou hejtmana Jihomoravského kraje JUDr. Michala Haška v Multifunkčním centru zámku Lednice Cenu Jihomoravského kraje v kategorii „za dílo, činnost nebo jednání, které výrazným způsobem reprezentuje Jihomoravský kraj a přispívá k jeho věhlasu a dobrému jménu“.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

183

F I R E M N Í P RZE ZPERNATXAEC E

motto: „Začít znovu podnikat v naší slévárně jsem považovala za svoji povinnost vůči svým předkům.“

liární, sakrální a zahradní litiny a různých uměleckých replik. Jak moc bylo náročné postavit podnik opět do pozice úspěšné slévárny a navrátit jí její bývalou slávu? Rekonstrukce byla velmi náročná, a to jak z hlediska financování, modernizace, tak získávání nových zakázek. Vše jsme však ustáli se ctí a slévárna je 15 let v registru solventních firem České republiky. S našimi výrobky se setkáváte nejen po celé naší zemi, ale i v Rakousku, Německu, Švýcarsku, Francii, Belgii, Itálii, Švédsku či USA v New Yorku, na Slovensku, v Polsku i Maďarsku. Naše práce byla oceněna v roce 2013 Parlamentem České republiky, kdy jsme obdrželi pamětní list od předsedkyně Poslanecké sněmovny paní Němcové s poděkováním za přínos k rozvoji českého podnikatelského prostředí a v roce 2015 cenu Jihomoravského kraje za činnost a šíření dobrého jména Jihomoravského kraje. Jak jste se dostala do oblasti podnikání, kde zrovna ženy ve vedení nejsou příliš očekávány? Začít znovu podnikat v naší slévárně jsem považovala za svoji povinnost vůči svým předkům, kteří podnik založili; abychom znovu po 42 letech navázali na rodinnou tradici a vyráběli výrobky ve stejné kvalitě jako před rokem 1949. Jste však velmi činná, nejen co se týče firmy ALFE. Máte i řadu dalších aktivit. Starám se nejen o zaměstnance a celý podnik, ale zaměřila jsem svou práci i na charitativní činnost. To, že podporuji Nadaci Slunečnice – Ústav sociálních služeb pro osoby se zrakovým postižením v Brně-Chrlicích a nadaci Pro Panacea, zabezpečující speciální lékařskou techniku, považuji za svou povinnost i radost. Řada lidí ve vašem věku si už jen užívá zaslouženého odpočinku, vy jste stále činná. Kde čerpáte energii?

M i l a n L a m p i c l M a r c Wa l z

Zaostřeno na materiál Focused on material

Litina s červíkovitým grafitem 1. část: definice, historie, výroba, GJV jako „zelený“ materiál

Z AO S T Ř E N O N A M AT ER I Á L

D r. I n g . M il a n L a m p i c Marburg

Dipl. Ing. Marc Walz Fritz Winter Eisengiesserei Gmb H & Co. KG, St adt t allend or f

Ú vo d Článek podrobně uvádí trend snížení emisí ve spalovacích motorech. Koncepce moderních spalovacích motorů počítá se zvyšováním tlaku ve spalovacím prostoru až na 200 hPa a teploty až do 850 °C (požadavek EURO 5). Detailně jsou uvedeny požadavky na oxidy dusíku a CO2 podle EURO 4. Pro konstrukci moderních spalovacích motorů i jiných částí automobilů je doporučena a vyráběna litina s červíkovitým grafitem. Článek se zabývá historií výroby LČG, která spojila některé výhodné vlastnosti litiny s lupínkovým a kuličkovým grafitem. Název Červíkovitý grafit (obr. 1b) je přechodná forma grafitu mezi oběma používanými formami grafitu – lupínkovým a kuličkovým (obr. 1a, resp. 1c). Název červíkovitý grafit, který by se dal beze všeho odvodit z 2D zobrazení (obr. 1b), však nenese zcela oprávněně, jak lze snadno vidět na 3D zobrazení (snímek REM, obr. 1b dole). Červíkovitý grafit je korálkovitě rozvětvený. Název „korálkovitý“ grafit je však použit už jinde. Jedná se přitom o formu grafitu krystalizující podchlazeně při extrémně nízkém obsahu síry a kyslíku, je velmi jemně rozptýlená a za technických podmínek nestabilní. V normě DIN EN 945 je červíkovitý grafit označen jako forma III. Lupínkový a kuličkový grafit jsou označeny jako forma I, resp. IV. Až do nahrazení norem DIN 1691 „Litina s lupínkovým grafitem“ a DIN 1693

184

„Litina s kuličkovým grafitem“ normou DIN EN 1561, resp. DIN EN 1563, byla litina s červíkovitým grafitem, která tehdy ještě nebyla normovaná, označena zkratkou GGV. Ta se pak změnila analogicky ke GJL a GJS na GJV. Litina s červíkovitým grafitem je normovaná od roku 1985 v normě ASTM A-842 [1], od roku 2006 v ISO 16112 [2] a od roku 2011 v DIN EN 16079 [3]. Jak tyto normy, tak také ISO jsou do velké míry založeny na směrnici VDG W50 revidované v roce 2002 [4]. Předcházející vývoj Už v roce 1955 [5] se ukázalo, že materiál, jehož struktura obsahuje převážně červíkovitý grafit, by mohl mít zajímavé vlastnosti. Zavedení do průmyslové výroby tehdy selhalo na tom, že jeho strukturu a vlastnosti nešlo reprodukovat. Příčinou však v podstatě byla malá znalost mechanizmu tvoření červíkovité formy grafitu. Metoda průmyslové výroby litiny s červíkovitým grafitem byla vyvinuta teprve v roce 1968 v Rakouském slévárenském institutu v Leobenu, a to s přísadou směsného kovu s cerem [6], [7]. Principem metody je přísada 0,03 až 0,1 % směsného kovu s cerem do odkysličené a v úzkém rozmezí odsířené základní taveniny s obsahem Mg na úrovni nižší, než je nezbytné pro výrobu litiny s kuličkovým grafitem. V té době se všechny metody výroby LČG soustředily na řízení obsahu síry. Čím širší byl zvolený rozsah, tím bylo složení modifikační slitiny komplikovanější.

Obr. 1.

Už v témže roce začala výroba feritické litiny s červíkovitým grafitem v závodě Steyr-Daimler-Puch AG pro použití ve vlastní výrobě vozidel. Jen o dva roky později v železárnách firmy Buderus ve Wetzlaru se vyráběly hlavy válců pro velké naftové motory MAK v Kielu. Výroba pak byla v roce 1976 zcela přesunuta do Kielu. Nastíněný vývoj je pochopitelný, protože stanovení obsahu síry v litině a vhodné postupy kontroly obsahu síry jako druhé nejdůležitější řídící veličiny, nebyly v té době ještě k dispozici. Trvalo to až do 90. let, než se při výrobě LČG prosadilo řízení obsahu kyslíku, resp. jeho aktivity. Drahý směsný kov s cerem jako modifikační předslitinu vytlačil hořčík. Jako hlavní řídící veličina se napřed ještě zachovala síra [8] a dnes se nabízí alternativní metoda [9]. Postup je takový, že nastavený vyšší obsah Mg se sírou se korekcí snižuje. Tento vývoj by asi sotva byl tak rychlý, kdyby litině s červíkovitým grafitem nenapomáhalo drastické zvýšení výkonu lodních naftových motorů o téměř 50 %. Požadovala se pevnost v tahu > 300 N/mm2 a také (kvůli bezpečnosti proti únavovým lomům) tažnost více než 2 %. Litina s červíkovitým grafitem mohla tuto kombinaci vlastností beze zbytku nabídnout. Okamžitý skok ke GJS-400 by nebyl pro nezbytné konstrukční úpravy únosný a LČG byla, jak se uvažovalo, vhodným řešením přinejmenším na přechodnou dobu. LČG má praktické licí vlastnosti a průběh tuhnu-

Výbrus (nahoře) a prostorové zobrazení (dole) – krystaly grafitu v litině: a) lupínkový grafit, b) červíkovitý grafit, c) kuličkový grafit

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

M i l a n L a m p i c l M a r c Wa l z

Obr. 2.

Charakteristické křivky tuhnutí LLG, LKG a LČG takto zřetelně vznikají jen při nekonvekčním tuhnutí, podle [10]

LČG jako svébytný materiál Na obr. 2 lze jasně rozeznat svébytné postavení LČG mezi dvěma antipody LLG a LKG, stejně jako skutečnost, že tento materiál sjednocuje jistým způsobem jejich vlastnosti. Přednosti LČG Jsou-li vyčerpány možnosti LLG, požadavek minimální pevnosti v tahu konstrukčního dílu se pohybuje mezi 350 a 500 N/mm2 a žádá se převážně perlitická struktura při tvrdosti 180 až 240 HBW, ale prodloužení maximálně 3 %, pak je litina s červíkovitým grafitem správná volba. Přednosti tohoto materiálu vyjadřují dostatečně již dvě zjištění: – Licí vlastnosti a průběh tuhnutí LČG odpovídají do velké míry litině s lupínkovým grafitem, ve srovnání s ní však má LČG ještě relativní výhody: lepší jakost povrchu a rozměrovou stálost. – Postavení LČG mezi LLG a LKG, ale také její svébytnost se na druhé straně dokládá tak, že do blízkosti materiálu s kuličkovým grafitem se méně přibližuje houževnatost jako kombinace vlastností: tažnost / mez kluzu, ale o to více (kombinace) tuhost (tažnost / modul pružnosti) a únavové pevnosti. Tendence zvyšování nodularity s klesající tloušťkou stěny, která je pro perfekcionistu trýznivá (pro svou obtížnou ovladatelnost), se může

Změna konstrukce sériových bloků válců pro závodní verzi motorů vozu Calibra

v předloženém kontextu ukázat dokonce jako výhodná. Tato docela potěšitelná obojakost – na jedné straně blízkost k LLG a i k LKG – se dá v podstatě snadno objasnit. Množství grafitu srovnatelné s litinou s lupínkovým grafitem propůjčuje materiálu obdobné licí vlastnosti a potěší tím především slevače. Za blízkost k LKG, jejíž množství grafitu při stejném základním složení je výrazně nižší, zodpovídá morfologie červíkovitého grafitu, totiž zaoblená forma grafitových vměstků; postará se tím o zřetelné vyrovnání špiček napětí (obr. 3). To zase umí ocenit zvláště uživatelé. Jakosti Rozdělení na jakosti podle normy DIN EN 16079 je uvedeno v tab. I. Pro chemické složení neexistují žádné závazné předpisy, je přenecháno na zodpovědnosti výrobce. Hodnoty pevnosti a tvrdosti se nastavují vhodnou kombinací prvků C, Si, Mn, Cu a Sn. Zbytkové obsahy hořčíku, tj. ty,

Tab. I.

GJV-350

GJV-400

GJV-450

GJV-500

Vliv různých forem grafitu a jeho uspořádání v litině na průběh napětí (vliv vrubu) při zkoušce v tahu. Detail dole uprostřed zobrazuje schematicky červíkovitý grafit [11]

které se prokáží po proběhnutí reakce zpracování v odlitku, se řídí podle rostoucího modulu (poměr objemu odlitku k jeho povrchu odvádějícímu teplo), v rozpětí od 0,006 do 0,016 % vzrůstově.

Mechanické vlastnosti různých jakostí LČG, měřeno na mechanicky obrobených tyčích vyrobených z odlitých zkoušek [2]

Označení materiálu GJV-300

Obr. 3.

směrodatná tloušťka stěny [mm]

pevnost v tahu R m min. [N/mm2]

smluvní mez kluzu 0,2 % R p0,2 min. [N/mm2]

tažnost při přetržení A min. [%]

t < 30

300

210

30 < t ≤ 60

275

195

60 < t ≤ 200

250

175

t < 30

350

245

1,5

30 < t ≤ 60

325

230

1,5

60 < t ≤ 200

300

210

1,5

t < 30

400

280

30 < t ≤ 60

375

260

60 < t ≤ 200

325

230

t < 30

450

315

30 < t ≤ 60

400

280

60 < t ≤ 200

375

260

t < 30

500

350

0,5

30 < t ≤ 60

450

315

0,5

60 < t ≤ 200

400

280

0,5

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

185

E AT ER I Á L Z A O S T Ř E NZ OP RN AA XM

tí blízké litině s lupínkovým grafitem (LLG) a mechanicko-fyzikální vlastnosti blížící se více k litině s kuličkovým grafitem (LKG). Již tehdy se zjistilo, že je možné vyrobit požadované konstrukční díly bez úprav modelových zařízení. Nyní však právě tato bipolarita vedla k tomu, že LČG nejen přestála svou přechodnou užitečnou pozici, ale stala se dnes dokonce i vážným konkurentem litině s kuličkovým grafitem a zaujímá své vlastní silné postavení.

Obr. 4.

M i l a n L a m p i c l M a r c Wa l z

Tab. II.

Hmotnost a výkon/snížení hmotnosti náhradou GJL-200 materiálem GJV-500, vztaženo na blok válců sériového motoru 2,5-l-V6 sériový motor

Parametr hmotnost [kg]

65,5

snížení hmotnosti [%] poměr výkon/hmotnostb) [kg/kW]

0,452

snížení poměru výkon/hmotnost [%]

závodní závodní motor 1994 motor 1995

Tab. III. Srovnání význačných dat sériového a závodního motoru vozu Opel sériový motor

Parametr

závodní motor

46,7

maximální otáčky [min−1]

6 000

12 000

13,8a)

20,4 a)

maximální zrychlení pístu [m/s2]

20 000

65 000

0,148

0,123

maximální zatížení pístu [kg]

3 100

7 800

67,3

72,8

průměrná rychlost pístu [m/s]

17,0

26,8

Pozn.: s rámem ložiska, blok válců sériového motoru vyžaduje 452 g GJL-250/kW, blok válců závodního motoru však jen 123 g GJV-500/kW a)

Z AO S T Ř E N O N A M AT ER I Á L

Pr v n í ověř ova c í z ko u š ka Výsledky první provozní zkoušky s výrobou bloku válců z LČG byly důležité pro další vývoj. Dne 18. února 1992 bylo v závodě III firmy FW v Laubachu postaveno strojové vybavení nezbytné pro výrobu postupem podle Bäckeruda. Začalo se bez žádosti o povolení, schůzí projektového výboru apod. O co skutečně jde, vědělo v podstatě jen několik lidí. Za tři týdny bylo šest úžasných bloků motoru z LČG připraveno k odeslání a v Rüsselsheimu mohlo začít snižování hmotnosti. Existoval pro to přísný služební předpis DTM: všechny hlavní rozměry se musely shodovat se sériovým blokem motoru z „GG-25“, tím spíše to samozřejmě platilo pro objem 2,5 l. Válce byly vyrobeny s kratším zdvihem, ale větším průměrem – v letech 1993 až 1995 byla šířka opěrek mezi válci zkrácena z 6 na 3 mm. Z konstrukce „deep

dvojitým vítězstvím. Vůz Calibra byl a doposud je kultovním vozem. Jiskra rychle přeskočila. BMP, DAF Trucks a MAN následovaly ráz na ráz. Nakonec byl proces metalurgicky definován krystalizací na zárodcích v soustavě MgO-FeO-SiO2 [10]. Metalurgie Kyslíkový model Je nesporné, že kyslík hraje pro reakci hořčíku vneseného do litiny důležitou roli. Dodnes však bohužel není možné měřit skutečný obsah kyslíku přímo („on-line“), aby se takový proces dal řídit bez okliky přes tepelnou analýzu. Celá metalurgie už byla shrnuta v odkazu [12; tabulka 1].

Obr. 6. Obr. 5.

Závodní vůz Calibra

skirt“ s oddělenými víky hlavního ložiska a dodatečným zpevňujícím rámem (obr. 4a) se stal objekt rozdělený uprostřed klikové hřídele, zpevněný ložiskovým rámem („bed plate“), který měl nezvykle vysokou tuhost. Výsledky jsou v tab. II a III. V roce 1992 byl do závodů vyslán vůz Calibra (obr. 5). Zatímco „hliníková konkurence“ chodila do každého závodu s novým motorem, motor z LČG vydržel 8 závodů. I jinak to byl dokonalý úspěch a automobilka Opel ukončila sezonu 1995 s jedním samostatným a jedním

186

Obr. 7.

Odběr vzorku při postupu sintercast

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

S těmito údaji se přeměny dají lehce spočítat a se zřetelem na vztahy zjištěné experimentálně ve FW pro minimální potřebu hořčíku a také kyslíku závislou na modulu tuhnutí M se dají spojit do procesu vedeného klasicky deduktivně. V úvahu se přitom musí brát jen využití předslitiny, kterou se litina zpracovává, a také odeznívání (fading) účinku zpracování (propal Mg) na trase od místa zpracování k licí lince. Detailní popis postupu je již v odkazu [12]. Podíl celkového obsahu kyslíku v základní litině se dá jednoduše stanovit experimentálně zjištěnými rovnicemi (1) a (2). % Ocelk. (lin) = 3,996 − 0,6787 · TL − – 2,2627 · TEmin + 0,1006 · (TK − TB) (1) % Ocelk. (pot) = 11,936553 + 0,11089941 (2) Ocelk.(lin)1,5)

Závislost aktivity kyslíku v LLG, LČG a LKG na teplotě [16], [17]

Obr. 8.

Dvojitá zkouška postupu OCC

M i l a n L a m p i c l M a r c Wa l z

kde je: O celk.(lin) – celkové množství kyslíku [ppm]; lineární korelační funkce Ocelk.(pot) – transformace vztahu (1) jako potenciální funkce (2) TL – austenitický likvidus [°C] TEmin – spodní eutektická teplota [°C] TK – teplota varu [°C] (srovnej rovnici 4 v odkazu [13]) T B – teplota základní litiny při odběru vzorku [°C]

Hodnocení křivek tuhnutí Ve výrobě LČG dnes dominují postupy OCC a postup sintercast. Oba jsou sice zaměřeny na hodnocení křivek tuhnutí, jsou však velmi odlišné. Ponorná sonda postupu sintercast se svými dvěma termočlánky obsahuje oxidační prostředek a vytváří umělý efekt odeznívání, což se kvůli dvoustupňovitosti procesu a s ním spojené časové ztrátě ukazuje jako naprosto nutné a účelné. Příslušný odběr vzorku je znázorněn na obr. 7. Dvojitý vzorek při postupu OCC (obr. 8) se zaměřuje na srovnání očkovaného a neočkovaného stavu a generuje pro každý produkt vlastní vzor křivky („otisk prstu“). Proces

Další postupy Existují určitě i jiné varianty metalurgického zpracování s cílem vyrobit litinu s červíkovitým grafitem. Nejjednodušší je přísada empiricky zjištěného množství hořčíkové předslitiny do litiny vytavené stále za stejných podmínek (tavicí agregát, vsázka, program čas–teplota), což je u vsázkového materiálu, který se každou chvíli mění, velmi obtížné a výsledkem je zpravidla vysoká zmetkovitost. Pohled přes Atlantik ukazuje, že se tam základní litina zpracovává v podstatě jako LKG, přičemž kuličky grafitu se přísadou titanu „zkazí“ a vytvoří ojedinělé útvary nebo útvary dendriticky rozvětvené. Děje se to po přísadě předslitiny MgTiCeCa (předslitina CG – compacted grafite). Produkt se označuje jako CG-litina (CGI = compacted grafite iron). Nevýhodou této metody je tvoření extrémně tvrdých titanových karbonitridů, které mají při třískovém obrábění katastrofální účinky na opotřebení obráběcích nástrojů. Nehledě na to, dá se vzniklý vratný materiál použít v podstatě jen na výrobu CGI, tj. musí se striktně ukládat odděleně. Všem metodám je společné to, že definují pro síru přípustný rozsah a případně ho upraví při nebo bezprostředně před zpracováním hořčíkem. Jinak mají všechny charakter jednotlivých dávek (pánve o objemu od 500 do 2000 kg). Svou hodnotu si zachovají i při použití automatické licí pece, pokud se plní již modifikovanou litinou. Aby se zabránilo potenciální ztrátě hořčíku, je nutné v takové peci použít ochrannou atmosféru (dusík nebo argon) a kvůli koagu-

laci produktů odkysličení přizpůsobit odběru litiny podle hmotnosti v pánvi. Korektura obsahu hořčíku v peci např. plněným profilem se doposud neosvědčila. Existuje však jedno řešení, jak zpracovat základní litinu hořčíkem podle jednoho průtokového postupu v plnicím kanále [17]; obsah pece by se tím pak (ve zvláštním případě) považoval za samostatnou dávku (šarži). Metoda je podporována tepelnou analýzou a stejně jako ostatní vychází ze zpětné vazby. Očkování ve formě, při kterém se základní litina sama modifikuje v licí formě, není alternativou k dominantnímu postupu OCC, resp. sintercast, která by se mohla brát vážně. To se sice s úspěchem použilo už u LKG a patří to ke stavu techniky, ale díky široce rozevřenému procesnímu oknu zde nehraje roli ani obvyklé kolísání základní litiny, ani kinetika absorpce hořčíku v systému zpracování v licí formě (opět v běžném rámci). Pro úzké procesní okno LČG se naproti tomu musí základní litina upravit vhodným způsobem v licí peci a způsob zpracování zjištěný empiricky musí zaručovat, že absorpce hořčíku proběhne od první po poslední kapku rovnoměrně. Technika postupu a nastavení parametrů je poměrně jednoduché, jestliže se pro postup tavení základní litiny v elektrické peci zpracovávají za konstantních podmínek, jako je program čas–teplota a odběr litiny, vždy tytéž čisté suroviny. Pak může litinu s červíkovitým grafitem vyrábět „kdokoliv“. Problémy ale nastanou už při přerušovaném provozu a přirozeně tehdy, když suroviny, které jsou k dispozici, nejsou tak „dobré, jak je třeba“, ale jen tak „dobré, jak je možné“. Co má slevač litiny k dispozici? Litina jako produkt recyklace Pro velký rozdíl cen vsázkových surovin mezi primární surovinou, surovým železem a druhotnou surovinou, šrotem a vratným materiálem, se dnes litina stále vyrábí z ocelového šrotu a vratného materiálu. Poměr mezi ocelovým šrotem a vratným materiálem odpovídá asi poměru 70–80 ku 30–20, podle množství vzniklého vratného materiálu. Pokud se odhlédne od přísad pro nauhličení (koks) a obohacení křemíkem (FeSi nebo SiC), je litinu nutné považovat za produkt recyklace. Studie [18] publikovaná U.S. Bureau of Mines v 80. letech minulého století na podkladech institutu Batelle a Ohio State University poukazuje na budoucí četná nebezpečí vyplývající z používání ocelového šrotu k výrobě litiny. Některé prvky mají na litinu následující vliv: – Pb, Sb, Bi As: přímý nepříznivý vliv

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

187

Z AO S T Ř E N O N A M AT ER I Á L

V poslední části série článků se o tomto tématu bude pojednávat podrobně. Model byl v popsané formě úspěšně odzkoušen pod taktovkou Institutu pro slévárenskou techniku GmbH (IfG), Düsseldorf, při zkouškách odlévání ve slévárně MAN v Norimberku [14], ale nebyl vypracován až do konce. Existuje však ještě jeden postup zaměřený na kyslík: metoda OxiCast je založena na měření termodynamické aktivity kyslíku v tavenině, resp. jeho podílu v rozpuštěné formě až do zlomků ppm měřených sondou EMK (elektromotorická síla) před a po zpracování hořčíkem. Tato metoda je založena na termodynamické rovnováze [15], [16]. Citlivost a přesnost měření čidel EMK byla až donedávna kritickým bodem. Potom, co byla v roce 2005 jejich citlivost měření desetinásobně zvýšena, měl by tento přístup být v budoucnosti o něco lehčí. Zkoušky s LKG byly každopádně opravdu úspěšné [17]. Pro úplnost je zde třeba uvést, že se přitom jedná o měření rozpuštěného kyslíku. Jak je známo, přesnost měření se s klesající teplotou (obr. 6) snižuje. Při teplotě cca 1450 °C, obvyklé teplotě pro zpracování hořčíkem, zachytí jen podíl FeO spektra kyslíku, ne však kyselinu křemičitou, která je již přítomna ve formě suspenze a hraje jak u LKG, tak u LČG důležitou roli při tvoření zárodků.

zpracování, pro který se používá, je jednostupňový a rychlý a nemusí brát v úvahu žádný efekt odeznívání podmíněný délkou zpracování. Oba postupy využívají k modifikaci a očkování plněný profil. Postup OCC však může pro zpracování využít i metodu sandwich nebo zpracování v konvertoru GF. Začátek boomu LČG v 90. letech je neoddělitelně spojen se zavedením původně Bäckerudovy metody (sintercast) pro řízené zpracování menším množstvím hořčíku. V prvním stupni se přísada hořčíku, (v množství zjištěném předem empiricky), nastaví cíleně na spodní hranici tolerance. Přesná úprava (množství) pak následuje ve druhém stupni, podle výsledku teplotní analýzy. Je nezbytné zmínit, že se současně zjistí potřeba tvoření zárodků a upraví se. Ke zjištění regulační veličiny se přitom také srovnávají křivky tuhnutí s uloženými daty.

Z AO S T Ř E N O N A M AT ER I Á L

M i l a n L a m p i c l M a r c Wa l z

na morfologii grafitu s drastickým snížením pevnosti v tahu. Teoreticky se tyto prvky dají metalurgicky neutralizovat jen velmi obtížně zpracováním kovy vzácných zemin po dezoxidaci a odsíření. Uvažovalo se už i o zavedení plynného chloru do základní litiny nebo nechlorování použitím PVC před zpracováním taveniny, což se v praxi nedá realizovat kvůli problémům s ochranou životního prostředí, které jsou s tím spojené. – Al, (O, H): obsah hliníku a kyslíku do 0,01, resp. 0,006 % je v litině nezbytný, protože podporuje tvoření oxidických zárodků pro nerušenou krystalizaci fází austenitu a grafitu. Příliš vysoký obsah Al zvyšuje rozpustnost vodíku a kyslíku v tekuté litině. Následkem toho je skrytá plynová pórovitost a endogenní struskové vměstky. Myslitelné metalurgické protiopatření je řízená oxidace hliníku s návazným zestruskováním. Takové zpracování se musí dělat s ohledem na dodržení hladiny hliníku (cca 0,01 %) v samostatném konvertoru. – Cr, B: tvoření karbidů a tím zhoršení obrobitelnosti. Metalurgická opravná opatření ad hoc nejsou možná. A kdo za to může? Přirozeně entropie (myslí se horší uspořádání soustavy, pozn. překladatele)! Dá se entropie nějak překonat? Nedá. Jediné, co se dá dělat, je zpomalení jejího růstu, a to funguje následovně: • procesy ve slévárně se musí podrobně probrat a uspořádat tak, aby následovaly přímočaře za sebou; • rozptyl výsledků je třeba snížit důsledným monitorováním; • to zase umožní zúžit rozsah tolerancí podle hesla, nenabízet co možná nejvyšší vlastnosti, ale zato rovnoměrné. Bez spolupráce konstruktéra se tento záměr dá vytvořit jen velmi

Obr. 9.

188

obtížně. Jelikož zákazník s vědomím, že musí počítat s rozptylem, svá zadání vyšroubuje hodně vysoko, bylo by z větší části již ziskem, kdyby k tomu neměl důvod. Mnoho zákazníků pracuje podle tohoto principu – na vysoké úrovni; • kvůli situaci na trhu s legujícími prvky je nezbytné pracovat na syntéze alternativ. Nástroje k tomu nabízí teorie elektronů kovů [19] a také elektronová struktura soustavy (systému) [20]. V praxi se v malém měřítku již osvědčily. E n e r g e t i c ké s r ov n á n í l i t i ny s e s l i t i n a m i h l i n í k u Úvod V posledních letech muselo mnoho slevačů litiny přijmout výrazný pokles výroby ve prospěch slitin hliníku a mnoho sléváren litiny zavřelo své brány. Tuto situaci nezavinily třeba úkoly zadané vládou týkající se podmínek ochrany životního prostředí nebo problémy dané sídlem výroby, ale kombinace událostí souvisejících s celosvětovými starostmi s ekonomikou a obchodem. Vývoj této situace podnítila ropná krize v 70. letech minulého století. Tehdy se o prorocké zprávě organizace Club of Rome (Římský klub) ještě žertovalo, ale s téměř desetiletým zpožděním začaly i politické snahy o úspory energie. Ve výrobě automobilů to znamenalo snižování hmotnosti, tzn. „pryč od litiny a oceli a sem s hliníkem“. To, že se předběžný vrchol, automobil výlučně z hliníku, současně stal nejtěžším vozidlem ve své třídě, je už jiná historka. Srovnání vlastností Očividnou předností přechodu od litinových odlitků k odlitkům hliníkovým je o dvě třetiny nižší specifická hmotnost slévárenských hliníkových slitin. Když

Vliv teploty na vlastnosti slévárenské slitiny hliníku Al-356-T6 [21]

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

se však vezme jakýmkoliv způsobem v úvahu specifická hmotnost spolu s určitými vlastnostmi, nemusí být slitiny hliníku vždy optimálním materiálem. Srovnání vybraných vlastností hliníkové slitiny Al-356-Tx s litinou s lupínkovým EN-GJL 250 a litinou s červíkovitým grafitem GJV-450 je v tab. IV. Vliv teploty na hliníkovou slitinu Al-356-T6 ukazuje obr. 9. Vychází-li se z toho, že když blok válců pracuje při teplotě asi 125 °C, snižuje se pevnost v tahu přibližně o 20 %. Určité oblasti hlavy válců mohou mít teploty překračující 200 °C. Zbytková pevnost v tahu je pak u hliníkových slitin jenom zlomek pevnosti při teplotě okolí. U litiny při těchto teplotách nedochází k žádné ztrátě pevnosti. Kritéria volby materiálu Z výše popsané závislosti vlastností typické slitiny hliníku na teplotě se musí nutně vyvodit to, že každé rozhodnutí, nahradit slitiny železa pouze kvůli nízké specifické hmotnosti hliníkem, vyžaduje komplexní analýzu celé řady technicky relevantních faktorů. Kromě již rozebírané závislosti vlastností to jsou: korozní vlastnosti, obrobitelnost, celkové náklady, kompatibilita s ostatními technickými materiály, spolehlivost konstrukčních součástí a také celková spotřeba energie. Naneštěstí se velmi často při rozhodování neberou uvedené závislosti v úvahu, protože pracovníci, kteří rozhodují, nemají zhusta potřebné odborné znalosti. Rozhodnutí z „ideologických“ důvodů nebo takových jako „dámy mají rády hliník“ či „litina není na výši techniky“ se následovně také neberou v úvahu. Nejdůležitější soubory otázek jsou: – Stěžejní bod: celková spotřeba energie: výroba hliníku prvního tavení je energeticky velmi náročná. Není náhoda, že rafinerie hliníku budují svá sídla v blízkosti elektráren s nejnižšími náklady. Navíc se často zapomíná na to, že hliník má sice nízký bod tavení, ale za to vykazuje se svými přibližně 400 kJ/kg nejvyšší tavné teplo ze všech kovů.

Obr. 10. Spotřeba energie na tunu hliníku a oceli při rostoucím počtu „recyklačních cyklů“ [21]

M i l a n L a m p i c l M a r c Wa l z

Tab. IV. Vybrané mechanické a fyzikální vlastností hliníku a litiny Vlastnost

Al-356-Txa)

EN-GJL-250

GJV-450

pevnost v tahu [N/mm ]

262

250–300

450–500

mez kluzu [N/mm2]

315–350

185

165–220

tažnost [%]

< 0,5

tvrdost HBW

190–250

200–250 200–250

mez únavy při střídavém napětí v ohybu [N/mm2]

90–115

měrná (specifická) hmotnost [g/cm3]

2,7

7,3

7,2

modul pružnosti [GPa]

110

160

22,5

10–12

11–12

tepelná vodivost při 100 °C [W/m · K]

159

tavné teplo [kJ/kg]

400

součinitel tepelné roztažnosti [µm/m · K]

[3]

[4]

[5] [6]

270

Pozn.: a) rozpouštěcí žíhání 535–540 °C, 8 h; vytvrzování: 150–155 °C, 3–5 h; vlastnosti při teplotě okolí

[7]

energie, tak jak jsou formulovány např. v Euro 6+, budou od naftových motorů vyžadovat výrazně vyšší tepelné a mechanické namáhání. Sektor výroby užitkových vozů na to již reagoval a jeden směrodatný výrobce již prohlásil LČG za politiku firmy.

Závěry Základ reprezentativního motoru 1,5 l byl opuštěn už v roce 1994 díky výrobě legendárního motoru V6 firmy Opel pro závodní vůz Calibra. Substitucí v rámci „rodiny“, tzn. při přechodu z EN-GJL-250 na DIN EB GJV-500, se docílilo snížení hmotnosti o 30 % a poměru hmotnost/ výkon o 73 %. Tak se konzervativní informace, uvedené výše, přesouvají ve prospěch litiny. Celkový obsah energie hliníku a litiny v závislosti na počtu recyklačních cyklů „r“, tak důležitý pro předložené úvahy, ukazuje obr. 10. Konzervativní, tzn. spíše nízký odhad globální míry recyklace litiny a oceli, obnáší 53 %. Odpovídá to 2,12 cyklům recyklace t podle vztahu t = 1/(1 − r). Při takové míře recyklace potřebuje 1 t oceli asi 17 000 MJth vložené energie. V roce 1991 činila světová výroba hliníku prvního tavení 15,327 mil. t. Pro hliník druhého tavení platí hodnota 4,5 mil. t, tzn. 23 % celkové produkce [21]. Příslušná míra recyklace odpovídá 1,3 cyklům a 1 t hliníkového profilu vyžaduje cca 145 000 MJth vložené energie. Výsledky rešerší od počátku 90. let jsou dodnes platné. Veškeré náklady ovšem stouply, z toho především ceny nosičů energie a z nich opět na prvním místě energie elektrické. Zůstala možnost recyklace LČG s extrémně nízkými ztrátami, neboť to je do značné míry spíše otázka organizace práce než vlastností materiálu. Přednosti LČG ve srovnání s hliníkem jsou proto očividné. Rostoucí politické požadavky státu na ochranu životního prostředí a úspory

Shrnutí LČG: hříčka přírody aktivovala vědce a další hříčka, věřte nevěřte, z ní nepřímo učinila politikum. Pokud existují dvě možnosti, jak se vypořádat s globálním oteplováním, resp. s příčinami změny počasí, rozhodne se politika správně pro případ nabízející praktické řešení. Nás slevače by to mělo těšit. Soupeření s nejsilnějším konkurentem ve výrobě motorů se slévárenskými slitinami hliníku je ovšem velmi konkrétně zaměřen na spotřebu energie a téma „energie“ není otázkou víry. Výroba motorů požadovala materiál už v polovině 80. let a slevači ho hledali převážně v zahraničních zdrojích. Nyní je – celých 40 let po prvních krocích výzkumu kompaktního (červíkovitého) grafitu – díky mladému H. Morroughovi LČG normována a etablována i v Německu (DIN EN 16079). Oblast samostatnosti LČG mezi LLG a LKG je definována jejím vlastním průběhem tuhnutí. Uvnitř této oblasti spojuje LČG do jisté míry vlastnosti obou sousedních materiálů. Ve slévárně firmy Fritz Winter byly experimentálně formulovány procesní parametry v soustavě MgO-SiO2-FeO a nakonec cestu k zavedení výrobního postupu LČG do praxe urovnal její průběh tuhnutí. L i t e ra t u ra [1]

[2]

Standard specification for compacted graphite iron castings. ASTM designation A 842-85 / Reapproved 1997. Internationmal Standard ISO 16112, Compacted (vermicular) graphite cast irons – Classification, First Editi-

[8] [9] [10]

[11]

[12] [13] [14] [15] [16] [17]

[18]

[19]

[20] [21]

(Zkrácený překlad z časopisu Giesserei, 2014, 101, č. 1, s. 214–227.) Recenzent: doc. Ing. Jaroslav Šenberger, CSc.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

189

Z AO S T Ř E N O N A M AT ER I Á L

– Stěžejní bod: kompenzace nákladů – jsou zvýšené náklady kompenzovány přijatelným výkonem na kilometr? – Stěžejní bod: vliv na životní prostředí: bere se v úvahu celkový vliv na životní prostředí z hlediska stávajících a možných budoucích postupů výroby?

on 2006-08-01. Reference No. ISO 16112:2006 (E). Europäische Norm. Gusseisen mit Vermiculargrafit. Deutsche Fassung EN 16079:2011, Feb. 2012. VDG-Merkblatt W50. Gusseisen mit Vermiculargrafit, Hrsg. Verein Deutscher Giessereifachleute, Düsseldorf, März 2002. Transactions American Foundrymen’s Society. 1955, 63, s. 541–542. THURY, W.; R. HUMMER; E. NECHTELBERGER: Verfahren zur Herstellung eines Gusseisens mit Vermiculargrafit. Österreichisches Giesserei-Institut, Leoben, 1995. NECHTELBERGER, E.: Gusseisen mit Vermiculargrafit. Fachschrift, 52 s. Leoben: Österreichisches Giesserei-Institut, 1995. Giesserei-Praxis, 1991, 42(9/10), 155–162. ISSN 0016-9781. Giesserei-Praxis, 2005, 56(1), 31–37. ISSN 0016-9781. BÄCKERUD, L.; K. NILSSON; H. STEEN: The metalurgy of cast iron, Proc. 2th International symposium on Metalurgy of Cast Iron, 29.–31. 5. 1974, Ženeva, Švýcarsko, s. 625–637. PIWOWARSKI, E.: Hochwertiges Gusseisen. Springer Verlag Berlin (Göttingen, Heidelberg), 1953. Giesserei, 2013, 100(5), 62–69. ISSN 0016-9765. Giesserei, 2013, 100(6), 60–71. ISSN 0016-9765. IFG-Bericht Nr. 03-266, prosinec 2003. Giesserei, 1997, 84(12), 40, 43–46. ISSN 0016-9765. Giessereiforschung, 2001, 53(4), 131–150. ISSN 0046-5933. MAMPAEY, F.; D. BABETA; J. PLESSERS a kol.: přednáška WFO Technical Forum (GIFA) Düsseldorf, 13. 6. 2007, srov. International Foundry Research (Giessereiforschung) 2007, 59(3), 40–42. ISSN 0046-5933. GEORGESCU-ROEGEN, N.: The entropy law and the economic process. Cambridge (MA): Harvard University Press, 1076, s. 281. NACKEN, M.; E. PIWOWARSKI: Die Neue Giesserei, Techn.-wiss. Beih., č. 3, červen 1950. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 1998, 29, s. 424 – 443. BÄCKERUD, L.; J. M. von WÜRTTEMBERG: Alternative materials for design of fighter engine blocks and heades. SinterCast, Pully, Švýcarsko, 1993, 24 s.

Leonhard Heusler

Roční přehledy Annual overviews

Odlitky z lehkých kovů odlévané do pískových a do kovových forem 1. část: hliník – základy nauky o materiálu, materiály a jejich vlastnosti

RO ČN Í PŘ EH L EDY

Leonhard Heusler

Odlitky pro motory Na toto referované období připadla znovu Magdeburská odborná konference VDI s mottem „Odlitky ve výrobě motorů“, konaná každé dva roky, ze které budou následně citovány některé přednášky. Soutěžení mezi hliníkem a litinou objasňují S. Riedel, R. Viets a B. Lao [1]. Ve své přednášce podávající přehled na téma hliník versus litina – materiálová konkurence ve výrobě bloku motoru. Příklad náhrady litiny hliníkem uvádějí R. Rösch, T. Koch a A. Kuhlmann [2] při představování nového hliníkového bloku motoru pro naftový motor 1,4 l VW. Blok motoru byl vyroben sklopným litím s paketem jader ze směsi s anorganickým pojivem. Vedle průběhu výrobního procesu popisují především výrobu a manipulaci s těmito jádry ve spojitosti se sklopným litím. Náhrada litiny hliníkem vedla ke snížení hmotnosti z 29 na 17 kg. H. Smetan [3] vysvětluje materiálové a technologické aspekty zvyšování výkonu u hlav válců. Je představen optimalizovaný postup sklopného lití, při kterém probíhá plnění formy bez turbulencí přes připojenou vanu a následné tuhnutí v autoklávu. B. Stauder aj. [4] zjišťují vliv slitiny a tepelného zpracování na termomechanické vlastnosti hlav válců. Ze základní zkušební kovové hmoty, která se musí ještě dopracovat, byly vybrány dvě kombinace tepelného zpracování: slitina AlSi6Cu4-T7 a AlSi7MgCu0,5-T6 s ochlazováním na vzduchu. V současnosti se diskutuje také o zirkoniu jako o legovací a zjemňovací přísadě, aby se zvýšila žáruvzdornost hlav válců.

190

A. Barth [5] představuje hlavy válců pro motory s vysokým výkonem ze slitiny AC-AlSi7MgZr-T7 a AlSi10Mg(Cu)Zr-T7. V těchto slitinách se snížil jinak obvyklý obsah Ti a kompenzoval se příslušně vyššími přísadami Zr. Zirkonium se zde postará o lepší zjemnění zrna a mimoto o vyšší tepelnou vodivost, protože se zirkonium, na rozdíl od nahrazeného Ti, vyskytuje ve formě odmíšených intermetalických fází, a tím méně snižuje vodivost. Přísadou Zr se výrazně zvýší žáruvzdornost zvláště v silně přestárlém stavu. Tak lze bez přilegování Cu i se slitinou AlSi7MgZr docílit podobné hodnoty žáruvzdornosti jako u slitiny AlSi10Mg(Cu)Zr. Opakovaně se zkoušelo použití slitin AlCu bez Si pro výrobu hlav válců, což se však doposud kvůli špatné slévatelnosti těchto slitin omezilo většinou jen na zkoušky, resp. na malé série motorů s vysokým výkonem. L. Kniewallner aj. [6] se znovu postavili této výzvě a vyvinuli slitinu s vysokým výkonem na bázi AlCu typu AlCu7MnZr určenou pro hlavy válců. Mechanické vlastnosti této slitiny při teplotě 200 °C výrazně převyšují vlastnosti původních slitin na výrobu hlav válců (obr. 1). Podobnými slitinami se zabývají R. F. Fernandez, G. Requena a B. Stauder [7] ve své práci o 3D charakteristice slitin AlCu5Mg0,3Mn0,3 (podobná B206) a AlCu7Mn0,4. Pro kvantitativní 3D zkoumání struktury v litém stavu a po různé době rozpouštěcího žíhání použili synchrotronní tomografii. Další možnost, jak zvýšit výkonnost hlav válců, spočívá v tom, že se oblasti vystavené obzvláštnímu namáhání teplem chrání před horkými spalovacími plyny povrchovým ochranným povlakem. R. Gosch aj. [8] představují takové řešení tepelně izolovaných plynových kanálů v hlavách válců, které by zlepšilo chování motoru. Jako izolace se použila vrstva smaltu o tloušťce 200 mm nanesená na první centimetry výfukových kanálů, která se ukázala jako velmi odolná vůči změně teploty a nezpůsobovala ani problémy při mechanickém obrábění. Je nezbytná předběžná úprava povrchu; k vypalování emailové vrstvy dochází krátce před teplotou rozpouštěcího žíhání a ochlazování ve vodě se nedoporučuje, protože to může vést ke vzniku trhlin v emailu. Tímto způsobem se docílilo velmi dobré spojení se základním materiálem a značně se snížila tepelná vodivost (obr. 2). Při výrobě hliníkových bloků motoru se z důvodů hmotnosti stále více upouští

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

od použití litinových vložek a místo toho se kluzné plochy válců opatřují vrstvou odolnou opotřebení navařovanou přímo obloukovým nástřikem z drátu. Aktivační systémy, resp. přípravu upravovaného povrchu popisují W. Wagener a P. Woisetschläger [9]. Základnímu problému dostupnosti při nanášení stříkaných vrstev na kluzné plochy válců se lze vyhnout, pokud se vrstvy zalévají jako předem vyrobené vložky. Doposud to byly zpravidla tlustostěnné a tím těžké litinové vložky. M. Aumiller, M. Buchmann a V. Scherer [10] naproti tomu představují stříkané vložky válců z Fe-Al s optimalizovaným přestupem tepla. U těchto tzv. „sprayfit“ vložek válců se nejdříve obloukovým nástřikem z drátu vyrobí tenkostěnný válec z uhlíkové oceli s tloušťkou stěny jen 0,4 až 0,6 mm, který se pak zvenku opatří stejným postupem hliníkovým povlakem (0,4 až 0,7 mm), takže při zalévání této vložky dojde k dobrému napojení na hliníkovou slitinu. Výsledkem je tak kromě značně nižší hmotnosti ve srovnání s litinovými vložkami mnohem lepší soudržnost vrstvy se základním materiálem a podstatně zlepšený odvod tepla a tím i snížení teploty kluzné plochy. Vliv struktury Výskyt intermetalických fází způsobuje zhoršení mechanických vlastností obzvláště u slitin druhého tavení. Předpokladem ovlivňování těchto fází jsou přesné znalosti vzhledu jejich výskytu a chemického složení. Na toto téma předkládají E. Samuel aj. [11] hodnotný příspěvek v tom, že co nejpřesněji dokumentují a analyzují intermetalické fáze slitin AlSi, do kterých byly přidány Fe, Mg, Mn, Cr, Sr a P. Ke zjištění složení intermetalických fází (α, β, δ, π, Mg2Si, Al2Cu, Q, Al4SrSi2) použili mikrosondu a pro v yhodnocení vlnov ých délek disperzivní spektra (EDX-WDS) a jejich tvoření dokumentovali příslušnými snímky struktury. Stejným směrem jde práce M. Warmuzeka [12] o analýze chemického složení fází AlMnFe a AlFeMnSi v mezidedritickém eutektiku slitin hliníku. Při výrobě odlitků z nadeutektických slitin hliníku se zpravidla zkouší zjemnit primární křemík, čehož se obvykle dosáhne přidáním fosforu. S tím je však bohužel spojena také změna morfologie následně tuhnoucího eutektika AlSi. L. Pei, W. Aigin a X. Jingpei [13] navrhují pro zpracování slitiny AlSi21 kombinovanou přísadu fosforu a ceru, která má zjemnit jak primární, tak eu-

Leonhard Heusler

Obr. 1.

Mez průtažnosti za tepla po 500 h předběžného stárnutí při zkušební teplotě a tepelném zpracování T6 s ochlazováním ve vodě (výjimka slitina AlSi8Cu3 F, údaje ze samostatně odlitých zkušebních tyčí) [6]

Obr. 3.

Zobrazení průběhu signálu během laserového měření (laser-flash) tepelné vodivosti [8]

V ý vo j p o s t u p ů o d l évá n í a slitin V tomto referenčním období byly dva případy, ve kterých se formou nových studií nebo dokonce opačným vysvětlením reaguje na předchozí publikované práce. P. N. Anyalebechi [16] publikoval v roce 2011 práci, ve které se zjišťoval vliv různých postupů lití na strukturu, mechanické vlastnosti a únavové vlastnosti nápravového čepu. Hodnotily se přitom odlitky vyrobené postupem VRC/PRC (Vakuum Riserless Casting / Pressure Riserless Casting – vakuové beználitkové lití / tlakové beználitkové lití), postupem PCPC (Pressure Counter Pressure Casting – tlakové lití s protitlakem) a postupem cobapress. Jako reakci na tuto publikaci uveřejnili F. Perrier aj. [17] studii, která se pokouší na základě zkoušek provedených do jisté míry nezávislými institucemi vyvrátit dříve zveřejněné tvrzení o nevýhodách postupu cobapress. Hodnoty me-

Vliv P a Ce na velikost primárních a eutektických fází Si (vzorek 1: 0 % P a 0 % Ce, vzorek 4: 0,08 % P a 0,6 % Ce) [13]

Obr. 4.

chanických vlastností získané aktuálními zkouškami jsou ve srovnáni s oběma dalšími postupy lití (VRC/PRC a PCPC) podobné (tab. I), struktura je zřetelně jemnější a lepší jsou také únavové vlastnosti. E. Sterling [18] představuje nový postup zpracování taveniny (AMS – Alloy Memory Structure – struktura slitiny s pamětí), kterým se má použitím elektromagnetických polí generovat jistý druh paměťového efektu. To má vést k výraznému zlepšení zabíhavosti, snížení pórovitosti a zlepšení mechanických vlastností. Obšírně vysvětluje postup a jeho pozadí, ovšem aniž by byl konkrétní. Odkazuje na dvě práce, ve kterých se použitím postupu AMS dosáhlo lepších hodnot mechanických vlastností. Tvrzení o zlepšených mechanických vlastnostech a zvýšení tepelné vodivosti hlavy válců při současně výrazně snížené licí teplotě uvedené na titulní straně se však stalo podnětem opačného výkladu výrobce této hlavy válců [19].

Vliv teploty kovové formy na tažnost při přetržení v litém stavu pro tři zkoušené kovové formy (kov prvního tavení, neodplyněný, grafitový nátěr) [25]

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

191

RO ČN Í PŘ EH L EDY

tektický křemík. Účinek fosforu byl přitom v očekávaném rámci, zatímco zjemnění eutektického křemíku bylo přece jen malé, takže se nedá mluvit o skutečné pozitivní změně morfologie (obr. 3). A. M. Samuel aj. [14] se zabývají vlivem přísady různých zjemňovacích prostředků na rázovou houževnatost slitiny A356 (podobná AlSi7Mg0,3). Posuzovaly se přitom varianty v litém stavu a po tepelném zpracování T6 nezušlechtěnéa zušlechtěné Sr. Jako předslitiny použili AlTi10, AlTi5B1, AlTi2,5B2,5, AlTi1,7B1,4 a AlB4. O. Köser aj. [15] popisují použití nového zjemňovacího prostředku vyvinutého ke zlepšení mechanických vlastností hlavy válců litého do pískové formy. Místo jinak obvyklého zjemňovacího prostředku typu AlTiB navrhují autoři předslitinu na bázi Nb-B, kterou lze docílit dostatečné zjemnění zrna i při nízkých rychlostech chladnutí, vyskytujících se u lití do pískové formy.

Obr. 2.

Leonhard Heusler

Tab. I.

Srovnání mechanických vlastností nápravových čepů ze slitiny A356-T6 z předchozí a z aktuální studie [17]

Vlastnosti

minimální požadavky zákazníka

postup lití VRC/PRC starý

PCPC starý

cobapress starý cobapress nový

R m [MPa]

290

305,8 ± 7,2

318,0 ± 8,6

284,7 ± 8,8

298,9 ± 5,4

R p0,2 [MPa]

220

237,4 ± 3,4

246,6 ± 6,7

206,7 ± 9,2

224,1 ± 6,4

7,8 ± 1,8

9,6 ± 2,2

9,9 ± 3,0

9,3 ± 2,1

A [%]

RO ČN Í PŘ EH L EDY

Pozn.: VRC/PRC – vakuové beználitkové lití / tlakové beználitkové lití, PCPC – tlakové lití s protitlakem

U. Hewelt a A. Skarjalis [20] připomínají v krátkém článku postup sophia, jeden speciální postup na výrobu přesných odlitků s vysokou tažností. K uvedeným přednostem patří mj. téměř neomezená volba materiálu a také bezmezná volnost tvaru, která vyplývá především z toho, že se mezitím dají voskové modely vyrobit postupem RP (rapid prototyping – 3D tisk). Oproti původnímu přesnému lití probíhá u postupu sophia tuhnutí řízeně a pod přetlakem, takže vlastnosti struktury a charakteristické hodnoty mechanických vlastností převyšují hodnoty dosahované konvenčním odléváním. Jsou k tomu uvedeny příklady odlitků ze slitin typu AlSi7Mg0,6, AlSi5Cu1Mg a AlCu4AgMgTi. Ve zprávě o konferenci odborného výboru GDMB pro lehké neželezné kovy [21] je shrnuta přednáška F. Kesslera (fa Rheifelden), který se zabýval slitinami na výrobu prototypů jako odlitků do pískových forem s vlastnostmi odlitků vyrobených tlakovým litím. E. Ochoa de Zabalegui aj. [22] se zabývají vývojem nových metod využití hliníku druhého tavení jako náhrady za hliníkové slitiny A356 prvního tavení určené na výrobu bezpečnostních součástí nízkotlakým litím. Te p e l n é z p ra c ová n í A. Gazda, M. Warmuzek a E. Czekaj [23] diskutují o optimalizaci parametrů tepelného zpracování pro vybrané slévárenské slitiny AlZnMgCu(Mn). Postupem DSC (Differential Scanning Calorimetry) se nejdříve zkoumaly dvě varianty slitiny AlZn6Mg2 s 0,5, resp. 1,5 % Cu a následně byly podrobeny vícestupňovému tepelnému zpracování. Práce K. A. Ragaba aj. [24], která se rozebírala již v předchozím ročním přehledu, vyšla nyní v německém překladu. Zabývá se vlivem ochlazovacího prostředku a techniky tepelného zpracování na vlastnosti slitiny B319.2 (AlSi8Cu3Mg). Zkušební tyče pro systematické zkoušení vlastností se často odlévají do speciál-

192

ních kovových forem s cílem získat strukturu s co možná nejméně vadami ve zkušební části tyče. Normovaná americká „ocelová kovová forma“ však v tomto ohledu není optimální, a proto se Y. Wang aj. [25] zaobírali optimalizací geometrie formy. M e t o d y m ěř e n í Rentgenová počítačová tomografie (CT) se mezitím už několik let používá k trojrozměrnému zjišťování pórovitosti odlitků, avšak souvislost mezi prostorovým rozdělením pórovitosti a dosaženými mechanickými vlastnostmi se doposud systematicky zkoumala spíše sporadicky. Proto se B. Oberdorfer, D. Habe a E. Kaschnitz [26] zabývají identifikací pórovitosti v hliníkových odlitcích počítačovou tomografií a jejím vlivem na pevnostní vlastnosti. Postupy zobrazovací analýzy jsou již tak přesné, že je možné sledovat například lokální procesy deformace in situ. T. Sjögren aj. [27] referují o nových postupech analýzy deformace hliníkových zkušebních tyčí. Při tzv. digitální korelaci zobrazení (DIC – Digital Image Correlation) se v pevně stanovených časových odstupech fotografuje struktura během deformace a trojrozměrné posuny se zviditelní. Mnoho odlitků se po odlití podrobí tepelnému zpracování T6, které se skládá z rozpouštěcího žíhání, rychlého ochlazení a stárnutí za tepla. Přitom se v druhém kroku může vytvořit vnitřní pnutí v takovém rozsahu, že se musí brát při pozdějším namáhání konstrukční součásti v úvahu. C. Schmalhorst aj. [28] obsáhle popisují, jak se simuluje proces rychlého ochlazování se zřetelem na procesy varu a konvekce a jak se takto vypočítané rozdělení teploty v odlitku použije pro výpočet vnitřního pnutí. Popsaný postup se již úspěšně používá ve vývoji hlav válců a byl ověřen příslušným měřením vnitřních pnutí. Metoda se bude v budoucnosti asi rutinně používat při vývoji součástí ohrožených vnitřním pnutím.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Z p ra c ová n í v p o l o t u h é m s t av u a ko m p o z i t n í materiály V oblasti tixo, resp. reologického lití zavládl z hlediska výzkumu relativní klid. Vlivem silné deformace za studena a ohřevu na dendritické a nedendritické struktury se zabývá pouze jedna práce od A. Dodangeha, M. Kazeminezhada a H. Aashuriho [29]. Jsou popsány různé postupy globulizace fáze α a dokumentovány dosaženými hodnotami tvrdosti a snímky struktury. Základní problém při výrobě materiálů zpevněných částicemi představuje jejich homogenní rozdělení. M. F. Ibrahim aj. [30] představují postup, kterým je možné vyrobit kompozitní materiál Al-B4C obsahující až 15 % B4C. Rovnoměrného rozdělení se dosahuje dmýcháním částic a současným mícháním rotorem. Malou přísadou titanu a zirkonia se kolem částic B4C vytvoří reakční vrstvy, které zajistí na jedné straně dobrou vazbu na základní hliníkovou kovovou hmotu, ale na druhé straně zabrání reakci se vznikem sloučenin AlBC. M. T. Alam a A. H. Ansari [31] referují o výrobě a vlastnostech vysoce pevných odlitků z kompozitního materiálu Al-SiC. Byly k tomu vyrobeny zkušební tyče na zkoušky otěruvzdornosti a pevnosti v tlaku, které obsahovaly 0 až 50 % částic SiC. Okamžik přidávání se měnil tak, že se prášek SiC přidával před, během a po roztavení základního kovu. Nejmenšího opotřebení a nejvyšší pevnosti v tlaku se dosáhlo přidáním 39 % SiC před roztavením. Vyšší obsah SiC vedl ke zhoršení opotřebitelnosti a pevnosti v tlaku. L i t e ra t u ra [1]

[2]

[3]

[4] [5]

Přednáška na 8. konferenci VDI Odlitky ve výrobě motorů, 10.–11. 2. 2015, Magdeburg. In: zpráva VDI, č. 2254, nakladatelství VDI, Düsseldorf 2015, s. 31–45. Přednáška na 8. konferenci VDI Odlitky ve výrobě motorů, 10.–11. 2. 2015, Magdeburg. In: zpráva VDI, č. 2254, nakladatelství VDI, Düsseldorf 2015, s. 215–227. Přednáška na 8. konferenci VDI Odlitky ve výrobě motorů, 10.–11. 2. 2015, Magdeburg. In: zpráva VDI, č. 2254, nakladatelství VDI, Düsseldorf 2015, s. 77–100. Giesserei-Praxis, 2014, č. 3, s. 98–103. Přednáška na 8. konferenci VDI Odlitky ve výrobě motorů, 10.–11. 2. 2015, Magdeburg. In: zpráva VDI, č. 2254, nakladatelství VDI, Düsseldorf 2015, s. 101–114.

Leonhard Heusler l Josef Hlavinka

[6]

[7] [8]

[9]

[12] [13] [14] [15]

[16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23]

[24] [25] [26] [27] [28]

[29] [30] [31]

(Zkrácený překlad z časopisu Giesserei, 2015, 102, č. 5, s. 68–75, 52. pokrač.) Recenzent: doc. Ing. Rudolf Kořený, CSc.

Zprávy Svazu sléváren České republiky News from the Association of Foundries of the Czech Republic

Valná hromada SSČR

Ing. Josef Hlavinka v ýkonný ředitel SSČR

A s s o ciat i o n of F o un d r i e s of t h e Cze ch R e p u b li c G i e s s e re i ve r b a n d d e r Ts ch e chis ch e n R e p u b lik Te chni cká 28 9 6 / 2 616 0 0 B r n o te l.: + 420 5 41 142 6 81 svaz@svazslevaren.cz w w w.s va z sl e va re n.c z

Letošní, X XV. valná hromada Svazu sléváren ČR proběhla 3. května v Technickém muzeu v Brně. Na jednání byly prezentovány informace z činnosti Svazu sléváren, zrekapituloval se rok 2015 a byl přednesen plán aktivit na rok 2016. Počet platných hlasů činil 34 %, což byl dle stanov počet usnášeníschopný. Součástí jednání byla prezentace společností Respekt, Swiss Centrum Software a Eurovision. Usnesení valné hromady Svazu sléváren ČR a prezentační materiály všech tří společností obdrží členové svazu v elektronické podobě. Po ukončení jednání měli všichni účastníci jednání možnost navštívit expozice Technického muzea. Zástupcům členské základny děkujeme za účast a organizátorům Technického muzea za dokonalé zázemí.

Váš par tner pro čerpání z fondů EU

Svaz sléváren České republik y je členem Svazu průmyslu a doprav y ČR Freyova 9 4 8 /11 19 0 0 0 Praha 9 – V yso č any tel.: + 420 225 279 111 spcr @ spcr.c z w w w.spcr.c z

Svaz sléváren České republik y je př idruženým členem CA EF Commit tee of A ssociations of European Foundries ( A sociace evropsk ých slévárensk ých s vazů) Hans aallee 203 D - 4 05 49 Düsseldor f tel.: + 49 211 6 87 12 17 marion.harris@caef.eu w w w.caef.eu

Zleva Ing. Zdeněk Vladár, prezident SSČR, Ing. Josef Hlavinka, výkonný ředitel SSČR

Pohled do zasedacího sálu

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

193

R O Č N Í P Ř E H L E D Y / Z P R ÁV Y S VA Z U S L É VÁ R E N Č E S K É R E P U B L I K Y

[10] [11]

Přednáška na 8. konferenci VDI Odlitky ve výrobě motorů, 10.–11. 2. 2015, Magdeburg. In: zpráva VDI, č. 2254, nakladatelství VDI, Düsseldorf 2015, s. 115–132. Praktische Metallographie, 2014, 51, č. 6, s. 450–462. Přednáška na 8. konferenci VDI Odlitky ve výrobě motorů, 10.–11. 2. 2015, Magdeburg. In: zpráva VDI, č. 2254, nakladatelství VDI, Düsseldorf 2015, s. 47–57. Přednáška na 8. konferenci VDI Odlitky ve výrobě motorů, 10.–11. 2. 2015, Magdeburg. In: zpráva VDI, č. 2254, nakladatelství VDI, Düsseldorf 2015, s. 245–260. MTZ, 2015, 76, č. 4, s. 52–57. International Journal of Cast Metals Research, 2014, 27, č. 2, s. 107–114. Transactions of Foundry Research Institute, Krakov, 2014, 54, s. 3–12. China Foundry, 2014, 11, č. 6, s. 516–521. International Journal of Cast Metals Research, 2014, 27, č. 2, s. 101–106. Přednáška na 8. konferenci VDI Odlitky ve výrobě motorů, 10.–11. 2. 2015, Magdeburg. In: zpráva VDI, č. 2254, nakladatelství VDI, Düsseldorf 2015, s. 133–148. International Journal of Cast Metals Research, 2011, 63, č. 3, s. 32–43. International Foundr y Research, 2014, 66, č. 5, s. 2–7. Giesserei, 2014, 101, č. 9, s. 44–63. Giesserei, 2014, 101, č. 12, s. 38. Giesserei-Praxis, 2014, č. 9, s. 378–381. Erzmetall, 2014, 67, č. 6, s. 356–367. Giesserei-Praxis, 2014, č. 12, s. 537–542. Transactions of Foundry Research Institute, Krakov, 2014, 54, č. 1, s. 33–46. Giesserei-Praxis, 2014, č. 9 s. 382–395. International Journal of Metalcasting, 2013, s. 25–38. Giesserei-Rundschau, 2014, 61, č. 5/6, s. 138–141. International Foundr y Research, 2014, 66, č. 3, s. 13–18. Přednáška na 8. konferenci VDI Odlitky ve výrobě motorů, 10.–11. 2. 2015, Magdeburg. In: zpráva VDI, č. 2254, nakladatelství VDI, Düsseldorf 2015, s. 59–75. International Journal of Cast Metals Research, 2014, 27, č. 5, s. 312–320. Giesserei-Praxis, 2014, č. 6, s. 263–271. Indian Foundry Journal, 2014, 60, č. 3, s. 25–32.

A l i c e Š u h á j ko v á

Z P R ÁV Y S VA Z U S L É VÁ R E N Č E S K É R E P U B L I K Y

Veřejné zakázky pro žadatele o dotace z fondů EU v oblasti slévárenství Nové dotační období je v plném proudu a v průběhu roku 2016 budou postupně vyhlašovány dotační výzvy, ze kterých je možné spolufinancovat investiční projekty týkající se i projektů v oblasti slévárenství. Jedná se např. o výzvy v programech Marketing a Školicí střediska, Vzdělávání zaměstnanců a dále výzvy určené speciálně pro podnikatele (malé, střední a v některých případech i velké podniky) vyhlašované v rámci Operačního programu Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost (OP PIK) pro oblast Nemovitosti, Úspory energie, ICT a sdílené služby, Inovace, Potenciál či Aplikace. Možná právě vy budete jedním ze žadatelů podpory v některém z nich. Základem vašeho úspěchu je nejen dobře zpracovaný projekt, ale také jeho dobrá realizace, která však s sebou přináší mnohá, pro podnikatele často nečekaná úskalí. V případě čerpání finančních prostředků z Evropských fondů se totiž i podnikatel, který je jinak zvyklý rozhodovat o svých investicích a výběru dodavatelů sám, musí podřídit zákonu č. 137/2006 Sb. o veřejných zakázkách v platném znění (dále jen ZVZ), nebo alespoň pravidlům poskytovatelů dotací. I podnikatel tak musí při nákupu materiálů, služeb či stavebních prací pro realizaci svého projektu postupovat velmi formální cestou zadávání veřejných zakázek a dodržovat zásady transparentnosti, rovného zacházení a zákazu diskriminace, aby bylo zajištěno maximálně efektivní využití prostředků z veřejných zdrojů. Žadatel o dotaci zde podle výše podpory může vystupovat buď jako tzv. dotovaný zadavatel, nebo jako zadavatel podle pravidel poskytovatele dotace (např. dle pravidel pro výběr dodavatelů dle OP PIK).

194

ZVZ stanoví, že dotovaným zadavatelem je jakákoliv osoba právnická či fyzická, která zadává veřejnou zakázku hrazenou z více než 50 % z veřejných zdrojů, nebo pokud získá dotaci vyšší než 200 mil. Kč. Dotovaný zadavatel postupuje při zadávání veřejné zakázky podle ustanovení ZVZ platných pro veřejného zadavatele a má na výběr podle výše tzv. předpokládané hodnoty (což je vlastně odhad celkové ceny plnění) různé typy zadávacích řízení, z nichž nejčastější jsou zjednodušená podlimitní řízení a otevřená řízení. Je třeba počítat s průměrnou časovou náročností zadávacího řízení přibližně 3 měsíce a jeho délku zakomponovat do harmonogramu realizace projektu již ve fázi zpracování žádosti o dotaci. Tato řízení podléhají kontrolní pravomoci Úřadu pro ochranu hospodářské soutěže (dále jen ÚOHS) a „nespokojení“ uchazeči mají možnost podat návrh na přezkoumání jakéhokoliv úkonu zadavatele. Každé pochybení tak může mít za následek průtahy v řádu několika dalších měsíců, které mohou ohrozit samotnou realizaci projektu. Zadavatel je vystaven riziku nemalých sankcí ze strany ÚOHS a následnému krácení dotačních prostředků ze strany poskytovatele dotace. V případě dotace nižší než 50 % z celkových způsobilých nákladů projektu nemá žadatel o dotaci povinnost postupovat podle ZVZ. Vždy však musí dodržet pravidla pro výběr dodavatelů stanovená pro konkrétní dotační program, která jsou sice méně přísná než požadavky ZVZ, přesto i zde je kladen důraz na dodržování výše uvedených základních zásad a formální správnost celého procesu, který je opět nastaven podle výše předpokládané hodnoty plnění. Obvykle pro zakázky té nejnižší hodnoty (např. dle pravidel pro výběr dodavatelů OP PIK je to částka do 500 000 Kč bez DPH) je možné provést přímý nákup od jednoho dodavatele bez výběrového řízení. Pro zakázky s předpokládanou hodnotou vyšší je však třeba realizovat výběrové řízení, což ve zkratce obnáší zpracování zadávací dokumentace se všemi požadavky zadavatele (např. u staveb včetně projektu a výkazu výměr), správné nastavení lhůt pro podání nabídek, zveřejnění zakázky na profilu

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

zadavatele a ve Věstníku veřejných zakázek, odpovědi na případné žádosti o dodatečné informace, otevírání obálek s nabídkami, posouzení kvalifikace uchazečů, hodnocení nabídek a výběr nejvhodnější nabídky podle předem nastavených kritérií. Výběrové řízení je možné realizovat díky kratším než zákonným lhůtám zhruba do 2 měsíců od jeho zahájení. Úkony zadavatele nepodléhají kontrole ÚOHS, ale kontroluje je přímo poskytovatel dotace, který v případě zjištěných nedostatků může přistoupit ke krácení dotace. V obou případech čeká žadatele o dotaci povinnost zřídit tzv. profil zadavatele, což je elektronický nástroj, s jehož pomocí zadavatel uveřejňuje informace a dokumenty k veřejné zakázce způsobem umožňujícím neomezený dálkový přístup. Zadavatel má dále povinnost významné informace o veřejné zakázce zveřejňovat (např. adresu svého profilu, oznámení o zakázce, lhůtu pro podání nabídek, dodatečné informace) na elektronickém portálu vedeném Ministerstvem pro místní rozvoj ve Věstníku veřejných zakázek a rovněž dodržovat pravidla publicity a smluvně vázat vybrané partnery k plnění dalších podmínek (např. poskytnutí součinnosti při výkonu finanční kontroly). Je tedy zřejmé, že rozhodnete-li se pro realizaci vašich podnikatelských záměrů s využitím dotací, patrně se nevyhnete ani veřejným zakázkám, jejichž správné zapojení do projektu již ve fázi příprav a bezchybné provedení ve fázi realizace je podmínkou pro úspěšné čerpání dotačních prostředků. Hledáte-li tedy partnera, který vám pomůže realizovat vaše vize, pak se neváhejte obrátit na společnost Eurovision, a. s., a to především díky komplexnosti námi nabízených služeb, které zahrnují nejen oblast dotačního poradenství, ale i organizaci výběrových řízení souvisejících s projektem. Mgr. Alice Šuhájková specialistka veřejných zakázek Eurovision, a. s. Veveří 102, 616 00 Brno tel.: +420 539 050 600, 539 050 603 gsm: + 420 602 542 498, 724 991 307 brno@eurovision.cz www.eurovision.cz

Vá c l a v K a f k a

Zprávy České slévárenské společnosti, z. s. News from the Czech Foundrymen Society

OK ekonomická pořádala XV. seminář a 50. zasedání v Kovohutích Příbram do c . I ng. Václav Kafka , C Sc . předseda OK ekonomické

Cze ch F o un d r y m e n S o ci e t y Ts ch e chis ch e G i e s s e re i g e s e lls chaf t

Česká slévárenská spole čnos t, z. s., je členem Českého s vazu vě deckotechnick ých spole čnos tí, z. s. N ovotného lávka 5 110 0 0 Praha 1 tel.: + 420 221 0 82 295 c s v t s@c s v t s.c z w w w.c s v t s.c z

ČSS je členskou organizací W F O World Foundr ymen Organization c /o T he National M etalforming Centre 47 Birmingham Road, Wes t Bromwich B70 6PY, A nglie tel.: 0 0 4 4 121 6 01 69 79 fa x: 0 0 4 4 121 6 01 69 81 secretar y @ thew fo.com

Obr. 1.

Exkurze v Kovohutích Příbram nástupnická, a. s.

Obr. 2.

Účastníci 50. zasedání OK ekonomické

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

195

Z P R ÁV Y ČE SK É S L É VÁ R EN SK É S P O L EČN O S T I

s e k re t a r iát p.s . 13 4 , D i va d e lní 6 657 3 4 B r n o te l., z á zna m ní k , fa x : + 420 5 42 214 4 81 m o b il: + 420 6 03 3 42 176 sl e va re ns ka @ vo lny.c z w w w.sl e va re ns ka.c z

Dvoudenní akci předcházela velice zajímavá exkurze v Kovohutích Příbram nástupnická, a. s., (obr. 1). Účastníky jednání přivítal generální ředitel Ing. Jiří Dostál. Navštívená organizace jistým způsobem navazuje na těžbu a výrobu stříbra v oblasti Příbrami, jejíž vznik se datuje od roku 1311 [1]. Až v polovině roku 1951 končí téměř 650 let společné historie stříbrných dolů a hutě na Příbramsku. Vzniká národní podnik Kovohutě Příbram. Současná společnost se zabývá recyklací odpadů olova, elektroodpadů a odpadů s obsahem drahých

kovů. Dále vyrábí produkty na bázi olova a cínu, měkké pájky (bezolovnaté a olovnaté), odlévané slitiny, vzduchovkové střelivo, olověné výrobky a polotovary. Společnost má 269 pracovníků s obratem přes 2,3 mld. Kč a zajímavou ziskovou marži. Je členěna do divizí produkty, recyklace, drahé kovy a elektroodpad. Účastníci jednání přivezli vysloužilé autobaterie, které firma vykupuje. Jedná se o moderní společnost, která je velice efektivně řízena a která vlastní osvědčení „Podnik podporující zdraví 3. (tedy nejvyššího) stupně“. XV. seminář se konal v Hotelu U Milína za přítomnosti 20 účastníků (obr. 2), kteří byli seznámeni s výsledky jednoroční práce řešitelského týmu zaměřené na oblast nákladovosti apretace [2], zejména s přínosy motivačních opatření a již ověřenými dopady přídavného zařízení k tryskačům a následnými úsporami jak v době tryskání, tak i v oblasti nákladů. U tepelného zpracování byly poprvé stanoveny a zveřejněny náklady na normalizaci, popouštění, popouštění řízeným chlazením a kalení. Porovnávané náklady se odlišovaly i o více než 100 %. Předmětem jednání bylo také zaměření následujícího PROJEKTU XVII. Seminář provázela velice živá pracovní diskuze. Na společenském večeru se vzpomínalo (jednalo se o 50. setkání OK!) a promítaly se pamětní fotografie z předcházejících zasedání OK. Přítomní poblahopřáli doc. Ing. Antonínu Moresovi, CSc., k jeho 75. narozeninám (obr. 3). Současně také poděkovali za práci v OK Ing. Ivu Lánovi, Ph.D., (dodatečné blahopřání k 65. narozeninám) (obr. 4) a Ing. Peteru Uhrikovi (60 let) (obr. 5). Všem jubilantům kolektiv popřál ještě řadu úspěšných pracovních let ve slévárenství. Následující den, 23. 3. 2016, se konalo

Vá c l a v K a f k a l J a n Š l a j s l V l a d i m í r K r u t i š

L i t e ra t u ra [1]

Z P R ÁV Y ČE SK É S L É VÁ R EN SK É S P O L EČN O S T I

Obr. 3.

Obr. 4.

Blahopřání doc. Moresovi k 75. narozeninám

Poděkování dr. Lánovi za obětavou práci

[2]

KUNICKÝ, Z.; K. VURM: 700 let hutnictví stříbra a olova na Příbramsku (1311–2011), 225 let Stříbrné hutě – Kovohutí Příbram (1786–2011): 700 years anniversary of Příbram s metallurgy (1311–2011), 225 years anniversary of Silver smelting works —Kovohutě Příbram (1786–2011). 1. vyd. Příbram: Kovohutě Příbram, 2011. ISBN 978--80-260-0451-6. KAFKA, V. a kol.: Vývoj nákladového hodnocení apretace odlitků (V. etapa). PROJEKT XVI. In: Sborník přednášek, seminář XV. Kovohutě Příbram, 22. 3. 2016. Brno: ČSS, 2016, s. 1–70. ISBN 978-80-02-02651-8.

Zasedání OK pro litiny, OK technologické a VII. konference firmy METOS, v. o. s. Ing. Jan Šlajs

M E TOS, v. o. s.

Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D. M E C A S E S I , s . r. o .

Obr. 5.

Gratulace k šedesátinám Ing. Uhrikovi

196

Obr. 1.

Obr. 2.

Praktická ukázka skenování

Účastníci zasedání a příklady výrobků 3D tiskáren

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Jan Šlajs l Vladimír Krutiš l Jaroslav Šenberger

Speciálně byla diskutována otázka, kdy odlitek po opracování „nevychází“, ale z pohledu slévárny je v pořádku. Technologie skenování umožňuje proložení 3D modelu konstruktéra, 3D modelu odlitku a 3D modelu opracování a na základě výsledku relativně velmi rychle určuje příčinu problému. Součástí konference byla výstavka pískových forem, jader a součástí vyrobených technologií 3D tisku kovových prášků a praktické ukázky skenování (obr. 2).

Seminář Výroba odlitků z grafitických a karbidických litin na VUT v Brně d o c . I n g . J a r o s l a v Š e n b e r g e r, CSc.

Dne 24. 3. 2016 uspořádal pobočný spolek ČSS při VUT v Brně seminář věnovaný výrobě, vlastnostem a použití legovaných litin. Seminář vycházel zejména ze zkušeností, které byly na odboru slévárenství získány v posledních 10 letech řešením projektů (MPO a interních VUT) spojených s výzkumem legovaných litin. Ve školní slévárně jsou v posledních 3 letech vyráběny odlitky z vysokolegovaných litin pro komerční využití. Odlitky jsou dodávány do sléváren jako náhrada za odlitky dovážené ze zahraničí. V rámci výroby uvedených odlitků byla vyvinuta vysokolegovaná otěruvzdorná litina s vysokým obsahem titanu, která se v současné době zkouší v poloprovozním měřítku. Školní slévárna nabízí rovněž odlitky z austenitických niklových a nikl-manganových litin, které lze používat jako žáruvzdorné, korozivzdorné a otěruvzdorné. Zkušenosti získané na VUT v Brně ukazují, že výroba vysokolegovaných litin má v ČR odbyt a že litiny dodávané z VUT v Brně jsou konkurenceschopné vzhledem k dováženým odlitkům. Výroba otěruvzdorných litin je zajímavá pro slévárny zejména tím, že odlitky slouží jako díly zařízení s omezenou životností, a pokud splňují požadavky zákazníka, má slévárna zajištěný odbyt. Další výhodou je skutečnost, že výroba je založena na znalostech, které nelze získat během

krátké doby a které vyžadují kvalifikovaný a znalý personál a také organizační opatření ve výrobě. Vlastnosti vysokolegovaných litin jsou podstatně více závislé na chemickém složení, slévárenské technologii, čistírenském zpracování a tepelném zpracování než nelegované litiny i oceli. Seminář zahájil doc. A. Záděra, který přivítal účastníky semináře (21 z 22 přihlášených). V úvodní přednášce seznámil doc. J. Šenberger posluchače se sortimentem legovaných litin. V referátu se zabýval jednotlivými skupinami legovaných litin a normami ČSN EN a u starších typů litin normami ČSN. Pozornost byla věnována otěruvzdorným chromovým a chromniklovým litinám, austenitickým niklovým a nikl-manganovým litinám, které mají široké použití. Jako žáruvzdorné byly uvedeny litiny na bázi hliníku a křemíku. U křemíkových vysokolegovaných litin bylo zmíněno také jejich použití jako korozivzdorných litin do oxidačního prostředí. Pro každou skupinu litin byly uvedeny zásady jejich výroby se základními technologickými parametry. Přednáška doc. J. Roučky s názvem Struktura a vlastnosti litin SiMo, jejich použití a výroba se zabývala vlastnostmi a možnostmi výroby litin typu SiMo. Bylo zdůrazněno, že se jedná o perspektivní materiál nejen pro automobilový průmysl. V rámci přednášky byly prezentovány také zkušenosti s výrobou a vlastnostmi litin legovaných křemíkem a molybdenem získané ve školní slévárně. Ve své přednášce Výroba a vlastnosti v ysokolegovaných karbidických chromových litin pojednal dr. V. Kaňa o otázkách otěruvzdornosti. Metodicky vysvětlil vliv chemického složení litiny na složení vzniklých karbidů v litině a na strukturu litiny. Struktura matrice a složení karbidů jsou rozhodující faktory pro vlastnosti litin pracujících v abrazivním prostředí. Výroba vysokolegovaných chromových litin se neobejde bez praktických znalostí. Jako příklad nezvládnutí výroby uvedl přednášející prasknutí odlitku, ke kterému došlo těsně po vytlučení z formy. Doc. A. Záděra shrnul zejména zkušenosti získané při řešení projektu zabývajícího se výrobou těžkých odlitků z austenitických niklových litin v přednášce Výroba a vlastnosti vysokolegovaných austenitických niklových litin typu Ni-rezist. Referát se zabýval souvislostmi mezi výrobou a vlastnostmi austenitických niklových litin. Uvedený typ litin má v průmyslu široké použití.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

197

Z P R ÁV Y ČE SK É S L É VÁ R EN SK É S P O L EČN O S T I

děl na všechny dotazy účastníků spojené s výstavbou nové slévárny. Po exkurzi následovalo jednání OK technologické v prostorách hotelu Jezerka. V průběhu programu zasedání seznámil Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D., účastníky mimo jiné s fungováním ČSS, s hospodářskými výsledky roku 2015 a s připravovanými akcemi včetně příprav 53. slévárenských dnů®. Cílem VII. konference firmy METOS, v. o. s., bylo seznámit účastníky se soudobým vývojem v používání 3D dat ve slévárenství a s dopadem používání 3D tisku na slévárenskou technologii a kontrolu odlitků. Dr. Stefan Tudyka, zástupce firmy ExOne GmbH ve spolupráci s Ing. Radkem Šlajsem představili výrobní zařízení a vysvětlili princip výroby pískových forem a jader pomocí technologie 3D tisku. Dále představili technologii a zařízení pro 3D tisk kovových prášků, kterou lze přímo vyrobit kovovou strojírenskou součástku. Účastníci byli rovněž seznámeni s mikrovlnnými sušicími pecemi, které jsou vhodné do sléváren na sušení jader a které výrazně snižují energetickou náročnost na tuto technologickou operaci. Ing. Radek Šlajs představil princip skenování a technické parametry 3D skenerů firmy SMART TECH LTD., které pracují s přesností vyšší než 0,1 mm, a tím umožňují rozměrovou kontrolu odlitků i modelových zařízení. Tato technologie je například schopna velmi přesně vyhodnocovat opotřebení modelových zařízení. Součástí přednášky bylo představení softwaru Geomagic a jeho modulů WRAP, CONTROL a DESIGN X, které umožňují slévárenským technologům a pracovníkům kontroly efektivní práci s 3D daty získanými pomocí 3D skeneru. Na závěr Ing. Jan Šlajs seznámil účastníky konference s praktickými poznatky při využívání technologie aditivního tisku (3D tisk) forem a jader. Posluchači byli informováni o předpokladech a znalostech, které by měl mít slévárenský technolog, aby mohl úspěšně pracovat s 3D daty. Byly uvedeny praktické příklady, jak organizovat proces TPV odlitku, jak využít možnosti umístit nálitek na nejvhodnějším místě odlitku, jak využívat kulové nálitky, jak dělit formy a jádra atd. Do odpoledního bloku přednášek byly dále zařazeny praktické zkušenosti s využíváním 3D skeneru. Byly popsány výhody kontroly odlitků pomocí této technologie při řešení slévárenských problémů na téma: „odlitek je zadrobený, forma trhá, nevychází rozměr“ atd.

J a r o s l a v Š e n b e r g e r l A nto n í n Z á d ě r a l F r a nt i š e k U r b á n e k

V praxi často nastávají problémy s dodržováním požadovaných mechanických vlastností. Řešení je v mikrolegování základní matrice a legování za účelem vzniku karbidů. K některým otázkám výroby litin se rozvinula bohatá diskuze. Závěrem lze konstatovat, že cíl informovat slévárenskou veřejnost o možnostech výroby vysokolegovaných litin a podpořit tak rozšíření jejich výroby v našich slévárnách byl splněn.

Z P R ÁV Y ČE SK É S L É VÁ R EN SK É S P O L EČN O S T I

Příprava a organizace 53. slévárenských dnů® | Brno 8.–9. 11. 2016

4. Sekce neželezných kovů a slitin (doc. Ing. Petr Lichý, Ph.D., Ing. Ivo Lána, Ph.D.) 5. Sekce výroby oceli na odlitky a ingoty (Ing. Martin Balcar, Ph.D.) 6. Sekce litin (doc. Ing. Antonín Mores, CSc., doc. Ing. Jiří Hampl, Ph.D.) Zaměření odborných přednášek je plně v režii garantů sekcí. Jména konkrétních autorů a názvy přednášek budou uveřejněny v následujícím čísle časopisu Slévárenství v rubrice Zprávy ČSS. Přípravný výbor 53. SD vyzývá odbornou veřejnost k předkládání návrhů na prezentaci odborných přednášek na této konferenci v uvedených sekcích. Anotace i kompletní texty všech přijatých přednášek budou zveřejněny v tištěných sbornících přednášek z příslušných specializovaných sekcí a na CD, které bude obsahovat plné znění všech

přednášek ze všech sekcí 53. slévárenských dnů®. Termín pro zaslání žádostí o komerční přednášku organizačnímu garantovi 53. slévárenských dnů® byl do 31. 5. 2016. Po tomto termínu nemusí být vaše komerční přednáška zařazena do programu. Výstavní plocha je předběžně rezervována po zaslání vyplněné přihlášky (on-line, faxem nebo poštou na adresu ČSS) a váš výběr bude vyznačen v přiloženém plánku. Jednotlivé plochy jsou obsazovány na základě data přijetí přihlášky. Přidělenou plochu vám organizátor oznámí písemně. Jak vyplývá z aktuálního zaplnění výstavní plochy ke dni 2. 6. 2016, zůstávají neobsazeny pouze 3 výstavní plochy. Plochy S0, S17 a S18 (vyznačené čárkovaně) jsou pouze jako varianta B IV (vlastní panely – přenosný výstavářský systém).

Termíny: Do 15. 9. 2016 zaslat organizačnímu garantovi 53. slévárenských dnů® plné znění přihlášené přednášky pro její publikování ve sborníku.

doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D. organizační garant 53. SD

M g r. Fra nt i š e k U rb á n e k Přihlášky přednášek zasílejte na adresu organizačního garanta, kontaktovat můžete i sekretariát České slévárenské společnosti: Organizační garant 53. SD doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D. tel./fax: +420 541 142 656 mobil: +420 737 542 333 zadera@fme.vutbr.cz

tajemník ČSS

Ve dnech 8.–9. listopadu 2016 se uskuteční již 53. slévárenské dny ®, které se budou konat opět v prostorách hotelu Avanti v Brně. Přípravy konference se ujme ČSS, která zajišťuje jak vlastní organizaci, tak i odborný program 53. SD. Součástí bude opět doprovodná výstava. Organizačním garantem konference 53. SD byl výkonným výborem ČSS jmenován opět doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D., a odborným garantem doc. Ing. Jaromír Roučka, CSc. V úvodní části prvního dne konání 53. SD je stejně jako v minulých ročnících plánováno plenární zasedání a po něm bude další program rozdělen do jednotlivých odborných sekcí. Program každé sekce vychází z odborného zaměření příslušné komise ČSS. Přednášky v jednotlivých sekcích budou po oba dny probíhat paralelně ve dvou sálech. Zaměření jednotlivých sekcí a jejich odborní garanti jsou uvedeni v následujícím seznamu: 1. Sekce formovacích směsí (Ing. Alois Burian, CSc., Ing. Jiří Florián) 2. Sekce ekonomická (doc. Ing. Václav Kafka, CSc.) 3. Sekce technologická (Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.)

198

Česká slévárenská společnost Mgr. František Urbánek tel./fax: +420 542 214 481 mobil: +420 603 342 176 slevarenska@volny.cz

Společnost

č. stánku

ASK Chemicals Czech, s .r. o.

S19 + S20

H-GLOST, s. r. o.

Hüttenes-Albertus CZ s. r. o.

S13

HWS – Eirich

S18

LANIK, s. r. o.

S3 + S4

Linde Gas a.s.

S5 + S6

MECAS ESI, s. r. o.

S8 + S9

METOS, v. o. s.

S10 + S11

PRECIOSA-LUSTRY, a. s.

S12

SAND TEAM, spol. s r. o.

S14 + S15

Sklopísek Střeleč, a. s.

S16

Z-MODEL, spol. s r.o.

S1 + S2

Seznam vystavujících firem (k 2. 6. 2016)

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Cílem organizátorů posledních i nově připravovaných 53. slévárenských dnů® bylo a je vytvořit konferenci zaměřenou na klíčové oblasti slévárenského oboru, která by byla zajímavá a přínosná pro všechny zúčastněné zástupce sléváren a ostatních firem a která by byla i vhodným místem k setkání odborníků ze všech oblastí slévárenství, k výměně zkušeností i navázání nových kontaktů. Věříme, že tyto stránky nově připravovaných Slévárenských dnů® budou podobně jako v minulých letech opět naplněny.

V ý t a hy č l á n k ů z Tr a n s a c t i o n s A F S

Transactions AFS 2015

Odlévání konstrukční součásti z hliníkové slitiny 206 do kovové formy Permanent mold casting of a structural component from Al alloy 206 FASOYINU, Y. a kol. s. 77–91, 21 obr., 5 tab., lit. 7

Výtahy článků z Transactions AFS, 2015, sv. 123 II. část Mechanické vlastnosti a technologie zpracování kompozitního materiálu pro zvýšené teploty Mechanical properties and processing technology for an elevated temperature metal matrix composite alloy WEISS, D., GEGEL, G. s. 63–66, 4 obr., 4 tab., lit. 3

Vliv metalurgických parametrů na rázovou houževnatost téměř eutektických slitin Al-Si Influence of metallurgical parameters on the impact toughness of near eutectic Al-Si-alloys ELSEBAIE, O. a kol. s. 67–76, 8 obr., 2 tab., lit. 22, 1 dodatek Předmětem studie byl vliv přísad Sr a Mn, rychlosti chladnutí a rozsahu teplot a doby stárnutí na houževnatost slitiny Al-11%Si-2,5%Cu-0,3%Mg-0,45%Fe. Vliv přísad Sr a Mn se zjišťoval individuálně a ve vzájemné kombinaci s doprovodnými podmínkami tepelného zpracování. Cílem bylo dosáhnout vyváženého kompromisu mezi houževnatostí a pevností materiálu. Shrnutí a vyhodnocení výsledků.

Počítačová simulace konstrukční součásti z hliníkových slitin 206 a 535 odlévané do kovové formy Computer simulation of a structural component poured in permanent mould for Al alloys 206 and 535 FASOYINU, Y. a kol. s. 93–100, 12 obr., 3 tab., lit. 1 Pro simulaci se použily parametry gravitačního sklopného odlévání slitiny A356 do kovové formy upravené pro slitiny A206 a 535, kde byla dobrá shoda mezi předpověděným a zjištěným vznikem trhlin a staženin. Zkoušky odlévání ukázaly, že pro výrobu odlitků bez trhlin z uvedených materiálů tímto postupem je důležitá odpovídající teplota formy, doba lití a tuhnutí před vyjmutím odlitku, jeho geometrický tvar, umístění termočlánků a řízení teploty formy. Odlitky z podeutektických slitin AlSi s vysokou pevností a tažností zpracované Ba a odlévané do kovové formy Permanent mold castings of high-strength and high ductility Ba-treated hypoeutectic AlSi alloys SHAMSUZZOHA, M. s. 101–106, 8 obr., 7 tab., lit. 17 Pojednáno o vlastnostech podeutektických slitin AlSi a oblastech jejich využití, pokud vykazují vysokou pevnost a tažnost. Jsou předloženy výsledky zkoušek

Alternativy k systému Al-Si v hliníkových slitinách Alternatives to the Al-Si eutectic system in aluminum casting alloys KOUTSOUKIS, T., MAKHLOUF, M. M. s. 107–112, 4 obr., 4 tab., 2 rovnice, lit. 15 Jako potenciální alternativy běžných slévárenských slitin AlSi jsou v této studii popsány eutektické soustavy Al-Ni, Al-Fe a Al-Fe-Ni. Zjišťovala se jejich slévatelnost a pevnostní vlastnosti při teplotě okolí a při zvýšených teplotách (350 °C) a srovnávaly se s eutektickými slitinami AlSi. Zjistilo se, že při teplotě okolí může jejich slévatelnost a pevnostní vlastnosti konkurovat eutektickým slitinám AlSi. Jejich pevnostní vlastnosti při zvýšených teplotách jsou lepší než u slitin AlSi. Popis podmínek a průběhu zkoušek. Srovnání přísad formovacích směsí pro ocelové odlitky Comparing sand additives for steel castings SHOWMAN, R. E., SCHELLER, E. S. s. 113–124, 18 obr., 11 tab., lit. 8 Shrnuty výsledky nejnovějšího výzkumného projektu zaměřeného na srovnání vlivu různých přísad do formovacích a jádrových směsí na vlastnosti forem a jader a také na konečnou jakost ocelových odlitků. Cílem bylo umožnit volbu jejich správného složení, tak aby se docílilo požadovaných vlastností odlitků. Zkoušelo se několik pojivových systémů (viz také zkráceně v Modern Casting, 2015, č. 12, s. 38).

Úplné znění přednášek je k dispozici v Informačním středisku SSČR, E. Bělehradová, úterý–čtvrtek, tel.: 541 142 646.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

199

T R A N S A C T I O N S A F S 2 015

Cílem práce byl vývoj slévatelného kompozitního materiálu složeného z kovové základní hmoty precipitačně zpevněné tepelně stabilními intermetalickými fázemi. Další zvýšení odolnosti vůči zvýšeným teplotám by se docílilo přidáním malého množství mikronových keramických částic. Popis podmínek a průběhu zkoušek, shrnutí a vyhodnocení výsledků.

Jsou předloženy výsledky výzkumného projektu zaměřeného na vývoj hospodárného postupu odlévání hliníkových slitin náchylných ke vzniku trhlin do kovových forem. Ke zkouškám byla použita hliníková slitina 206, která má vysokou pevnost. Pro její sklon k trhlinám se odlitky z ní (např. pro kosmický průmysl) odlévají do pískových forem. Pro optimalizaci konstrukce formy a odlitku a dalších parametrů se použila simulace na počítači.

odlitků z těchto slitin modifikovaných baryem vyrobených litím do kovové formy. Pórovitost a výskyt dalších vad těchto odlitků byl zanedbatelný. Popis podmínek a průběhu zkoušek, vyhodnocení výsledků, nástin pokračování (zpracování hořčíkem pro zlepšení reakce na tepelné zpracování).

Z a h r a n i č n í s l é v á r e n s ké č a s o p i s y

Zahraniční slévárenské časopisy Foreign foundry journals

Z A H R A N I ČN Í S L É VÁ R EN SK É Č A S O P I S Y

FONDERIE M AG A Z I N E www.etif.fr

GAILLARD, Y. a kol.: Modelování vzniku trhlin během výrobního slévárenského procesu (Controlled production by the foundry route of crack initiation sites for modelling purposes), 2015, č. 56, s. 18–34. GEISWEID, S. a kol.: Důležitá etapa pro modernizaci slévárny ocele (Une étape importante pour la modernisation d’une fonderie d’acier), 2015, č. 56, s. 35–37. GIESSEREI www.vdg.de

ERTL, W.; DÖTSCH, E.: Tavení velkých ocelových odlitků v indukčních kelímkových pecích (Schmelzen von grossen Stahlgussteilen im Induktionstiegelofen), 2015, č. 5, s. 20–29. MÜNSTERMANN, S. a kol.: Charakterizace houževnatosti u zkoušky rázové a lomové mechaniky (Die Zähigkeitscharakterisierung im Kerbschlagbiege- und Bruchmechanik Versuch), 2015, č. 5, s. 30–37. BARTH, A.: Hlavy válců z AC-AlSi7MgZr T7 a AC-AlSi10Mg(Cu)Zr T7 pro vysoce výkonné motory (Zylinderköpfe aus AC-AlSi7MgZr T7 und AC-AlSi10Mg(Cu)Zr T7 für Hochleistungsmotoren), 2015, č. 5, s. 38–47. LÖSCHERT, A.: Teorie opotřebování nástrojů při vstřelovaní jader (Theorie zum Verschleiss an Kernschiesswerkzeugen), 2015, č. 5, s. 48–67. HEUSLER, L.: Odlitky z lehkých neželezných kovů odlévané do pískových a do kovových forem (Leichtmetall-Sand- und -Kokilenguss), 2015, č. 5, s. 68–75.

200

ALPEROWITSCH, J. a kol.: Jistota procesu a transparentnost v tavírně (Prozesssicherheit und Transparenz im Schmelzbetrieb), 2015, č. 5, s. 76–79. TRAUZEDDEL, D.: Slévárenské pece a zařízení – stav techniky a vývojové cíle (Giessöfen und Giesseinrichtungen – Stand der Technik und Entwicklungsziele), 2015, č. 5, s. 80–87. VOIGT, U.; HORVATH, L.: Vysoce výkonný trubkový filtr z napěněné keramiky pro slévárenský průmysl (Rohrförmige Hochleistungsfilter aus Schaumkeramik für die Giesserei-Industrie), 2015, č. 5, s. 88–99, (viz s. 202, pozn. red.) KÖLLNER, M.: Výměna kolového mísiče za mísič formovacích směsí Webac (Austausch eines Kollergangmischers gegen einen Webac-Formsandmischer), 2015, č. 5, s. 100–105. VOLLRATH, K.: Mercedes třídy C: velký krok k odlévání z hliníku (Mercedes-C-Klasse: Der grosse Schritt zum Aluminiumguss), 2015, č. 5, s. 106–109. COLSON, O.; PAPADOPOULOS, I.: Bezpečnost indukčních tavicích a udržovacích agregátů podle DIN EN 605 19 (Sicherheit an induktiven Schmelzund Warmhalteaggregaten gemäss DIN EN 605 19), 2015, č. 5, s. 110–115. VELLEN, T.: Slévárny: v budoucnosti schopné s idejemi a hospodárnými řešeními (Giessereien: Zukunftsfähig mit Ideen und Wirtschaftlichen Lösungen), 2015, č. 5, s. 130–131. HOFMANN, V.: Polostálý nátěr pro kokilové lití mosazi (Semi-Permanent Beschichtung für Messing-Kokillenguss), 2015, č. 6, s. 42–51. TUCAN, K. a kol.: Potenciál standardních slitin pro tlakové lití (Potenziale von Standard-Druckgusslegierungen), 2015, č. 6, s. 66–77. SMETAN, H.: Potenciál vyčerpání možností u tlakového lití hliníku (Potenziale Ausschöpfen beim Aluminiumdruckgiessen), 2015, č. 6, s. 66–77. HAHN, I.; STRURM, J.: Od simulace k optimalizaci licí techniky (Von der Simulation zur giesstechnischen Optimierung), 2015, č. 6, s. 86–101. WOLF, G. a kol.: Mechanizmy morfologie grafitu ve slitinách Fe-C-Si (Mechanismen der Grafitausscheidungen in Fe-C-Si Legierungen), 2015, č. 6, s. 102–109. PARDO, E.: Efektivní řešení výroby bronzových odlitků pro stavbu lodí (Effektive Lösungen für die Herstellung von Bronzegussteilen für Schiffsbau), 2015, č. 6, s. 110–115. RACH, Ch.: Spolehlivé a ohleduplné čistění jaderníků suchým ledem (Kern-

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

kästen mit Trockeneis zuverlässig und schönend reinigen), 2015, č. 6, s. 126–129. WEDLER, J. a kol.: Al-Al-integrované lití s více pevnými spojovacími legurami (Al-Al-Verbundguss mit höherfesten Knetlegierungen), 2015, č. 7, s. 46–53. SCHILLING, R. a kol.: Analýza procesů tlakového lití hliníku pomocí dvojité energetické signatury (Analyse von Aluminiumdruckgiessprozesses mittels dualer Energiesignatur), 2015, č. 7, s. 54–59. STAUDER, B. a kol.: Vliv legování a tepelného zpracování na termomechaniku hlav válců (Einfluss von Legierung und Wärmebehandlung auf die Thermomechanik von Zylinderköpfen), 2015, č. 7, s. 60–67. GIESSEREI R U N D S C H AU www.voeg.at/web/giesserei_rundschau.html www.verlag-strohmayer. at MASCHKE, W.: Výskyt chunky grafitu a možnosti zabránění jeho vzniku (Das Auftreten von Chunkygraphit und Möglichkeiten zu dessen Vermeidung), 2015, č. 11/12, s. 270–276. PRAT, J. a kol.: Zvýšení a optimální využití litých částí z oceli s vyšší hodnotou (Steigerung und Optimierung der Ausbringung bei Stahlgussteilen mit hoher Wertschöpfung), 2015, č. 11/12, s. 277–283. HERFURTH, K.: Růst krystalů grafitu v litině se speciálním zřetelem na povrchové napětí (Wachstum der Graphitkristalle im Gusseisen unter besonderer Berücksichtigung der Oberflächenspannung), 2015, č. 11/12, s. 284–290. CHINA FOUNDRY www.foundryworld.com

ER-JUN GUO a kol.: Účinky zesíleného ochlazování na mechanické vlastnosti a lomové chování v těžkých sekcích litiny LKG (Effects of forced cooling on mechanical properties and behavior of heavy section ductile iron), 2015, č. 6, s. 398–405. BO YUAN a kol.: Zpevňování slitiny HT250 modifikované ultrajemnými keramickými prášky (Strengthening of HT 250 by modified utra-fine ceramic powders), 2015, č. 6, s. 418–424.

Z a h r a n i č n í s l é v á r e n s ké č a s o p i s y

ZHI-KAI ZHENG a kol.: Zjemňování primárních zrn křemíku v kašovité slitině A390 v polotuhém stavu procesem lití přes serpentinový kanál (Refinement of primary Si grains of A390 alloy slurry through serpentine channel pouring process), 2015, č. 6, s. 431–439, (viz s. 202, pozn. red.) XIAO-LIN WEI a kol.: Modifikační účinek a mechanizmus Yb a Na3PO4 na mikrostrukturu slitiny Mg2Si/ /Mg-4Si (Modification effect of Yb and Na3PO4 on microstructure of Mg2Si/ /Mg-4Si alloy and mechanism), 2015, č. 6, s. 440–445. ISSN 0024-449X

ПРОИЗВОДСТВО

FOUNDRY.

DOROSHENKO, V. S.: Materiály, které se rozpadají po splnění svých funkcí ve fomovacích procesech (Destruct after performing their functions in materials of molding processes), 2015, č. 9, s. 15–17. KONUNNIKOVA, S. G. a kol.: Vliv disperzního složení směsí na jejich pevnost (Effect of dispersed composition of the mixtures on their strength), 2015, č. 9, s. 18–19. LIŤJ E I M E TA LLU R G I JA www.limrb.by

LIT Ě J N O J E P R O I Z VO D ST VO www.foundrymag.ru

TECHNOLOGY & EQUIPMENT

PRZEGLĄD O D LE W N I C T WA www.przegladodlewnictwa.pl

KAMIŇSKA, J. a kol.: Vliv doby dozrání vlastností bentonitových směsí na matrici regenerovaného materiálu (Influence of the maturing time on properties of bentonite moulding sands on the reclaimed material matrix), 2015, č. 9/10, s. 384–389. SMITH, D.; SCHNEIDER, R: Žárovzdorniny pro vyzdívku bezjádrových indukčních pecí pro tavení oceli (Refractories for steel melting coreless induction furnace linings), 2015, č. 9/10, s. 396–399. PENUCCI, P.; ZONATO, A.: Dynamické řízení metalurgie litiny (Dynamic control of iron metallurgy), 2015, č. 9/10, s. 400–403. WALCZAK, K. a kol.: Proces startu výroby nového prvku ve slévárně tlakového lití, speciálně pro automobilový průmysl (Process of starting the new element production in pressure die casting foundry, especially for the automotive industry), 2015, č. 9/10, s. 404–409. Zpracoval: prof. Ing. Karel Rusín, DrSc.

Všechny uvedené časopisy jsou k dispozici v Informačním středisku SSČR, E. Bělehradová, úterý–čtvrtek, tel.: 541 142 646.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

201

Z A H R A N I ČN Í S L É VÁ R EN SK É Č A S O P I S Y

BOLDYREV, D. A.; SAFRONOV, N. N.: Technologické charakteristiky tvorby litiny LKG (Technological features of making compacted graphite iron), 2015, č. 8, s. 2–5. IVANOVA, L. A. a kol.: Vlastnosti směsí s vodním sklem při modifikaci vodního skla povrchově aktivními látkami (Properties of waterglass-bonded sands when modifying waterglass with surface-active substances), 2015, č. 8, s. 6–9. IVANOV, V. G. a kol.: Univerzální přísada ke zlepšení vytloukání směsi s vodním sklem (Universal admixture for improving the shaking- out of soluble-glass sand mixture), 2015, č. 8, s. 10–12. GRUZMAN, V. M.: Proč potřebuje formovací směs plynovou propustnost? (Why moldable mixture needs gas permeability?), 2015, č. 8, s. 13–15. KUZNETSOV, R. V. a kol.: Nový křemíkohliníkový nátěr pro získání jakostních kokilových odlitků (New silica-alumina covering for receiving quality chill preparations), 2015, č. 8, s. 27–29. BOGDANOVA, T. A. a kol.: Vliv poměru Fe/Mn na strukturu a vlastnosti slitiny AK12 (Influence of Fe/Mn ratio on the structure and properties of AK12 alloy), 2015, č. 9, s. 5–8. SURIKHIN, S. N.: Regresní model vlivu chemického složení na slévárenské vlastnosti žáropevného intermetallidu (Regression model of influence of the chemical composition on foundry properties of heat resisting intermetallid), 2015, č. 9, s. 9–11.

RIZZUTO, G. a kol.: Udržitelná chemie pro udržitelný průmysl (Sustainable chemistry for sustainable industry), 2015, č. 3, s. 11–17. ROVIN, S. L. a kol.: Modernizace zařízení kuplovny (Modernization of cupola equipment), 2015, č. 3, s. 28–32. ODARCHENKO, I. B.; PRUSENKO, I. N.: Procesy interakcí mezi tekutým kovem a jádrem během tvorby vnitřní pórovitosti v odlitku (The processes of the liquid metal and the mold core interaction during the formation of the internal cavity of the casting), 2015, č. 3, s. 33–37. VOLOCHKO, A. T.: Modifikace eutektických a primárních částic křemíku v siluminech (Modification of eutectic and primary particles of silicon in silumins), 2015, č. 3, s. 38–45. VOLOCHKO, A. T.: Izolační keramické vložky pro lité produkty z hliníkových slitin (Insulating ceramic inserts for casting products from aluminium alloys), 2015, č. 3, s. 49–55. NEBOZHAK, I. A. a kol.: Výzkum účinnosti grafitizační modifikace litiny LLG pomocí modelu naplněného disperzí (Investigation of efficiency of gray cast iron graphitizing modification by dispersion filled consumable pattern), 2015, č. 3, s. 56–66. JENS, A. a kol.: Dvacet let zkušeností s předehřevem vratného materiálu (20years of experience with scrap preheating technology), 2015, č. 3, s. 86–92. ROZKOV, A. I.: Experimenty s briketováním prachu z obloukových pecí (Experiments on briquetting of dust of arc steel furnaces), 2015, č. 3, s. 93–97. KORNEEV, S. V.: Environmentální aspekty užití odpadu při výrobě oceli (Environmental aspects of the use

of scrap in steel production), 2015, č. 3, s. 123–130. POKROVSKI, A. I.; KHROL, I. N.: Porovnávací sledování lomů vysokopevné litiny v litém a deformovaném stavu (Comparative researches of fractures of high-strength cast iron in the as-cast and deformed state), 2015, č. 3, s. 131–145. KALINICHENKO, V. A. a kol.: Charakteristiky syntézy makroheterogenních kompozitových materiálů pomocí indukční ho tavení, jejich struktura a vlastnosti (Features of macroheterogeneous composite materials synthesis with help of induction melting, their structure and properties), 2015, č. 3, s. 146–150.

Ze zahraničních časopisů

Ze zahraničních časopisů From the foreign journals

Zjemňování primárních zrn křemíku v kašovité slitině A390 v polotuhém stavu procesem lití přes serpentinový kanál Refinement of primary Si grains of A390 alloy slurry through serpentine channel pouring process Zhi-kai Zheng a kol. University of Science and Technology, Beijing, China

ZE Z AHR A N IČN ÍCH ČA SOPISŮ

Nadeutektická slitina Al390, která obsahuje 18 až 20 hm. % Si, je široce užívána v automobilovém a zbrojním průmyslu pro svou výbornou slévatelnost, vysokou tepelnou vodivost, dobrou otěruvzdornost a malou tepelnou roztažnost. Primární zrna křemíku zvyšují místní tvrdost a otěruvzdornost slitiny. Křemík však představuje křehkou fázi a snadno může v matrici hliníku iniciovat praskliny, které jsou v odlitcích pro automobilový

Obr. 1.

Schéma přípravy slitiny A390 pomocí lití přes serpentinový kanál: A – fáze tavení, B – fáze lití, C – fáze chlazení vodou; 1 – termočlánek typu K, 2 – tavicí kelímek, 3 – serpentinový kanál, 4 – sběrný kelímek; 5 – kašovitá slitina v polotuhém stavu; 6 – studená voda, 7 – bazén

a letecký průmysl někdy příčinou katastrofických neštěstí. Primární zrna Si mají nejčastěji tvar jako lišty, hranaté kvádry nebo štětový kámen o velikostech 70 až 100 µm. Tato zrna jsou také nerovnoměrně rozdělena ve struktuře odlitku vlivem delšího intervalu tuhnutí a latentního krystalizačního tepla této slitiny. Proto jsou hledány technologie ke zjemňování a rovnoměrnému rozdělení primárních zrn Si ve struktuře odlitků. Technologie tvarování polotuhých kovů se v posledních letech začaly široce využívat pro zlepšení jejich mikrostruktury a vlastností. Nová metoda přípravy polotuhé kovové kaše jako licí proces přes serpentinový kanál (obr. 1) má několik výhod: jednoduchý proces přípravy, snadný postup a nízké výrobní náklady. Slitina A390 byla roztavena v grafitovém kelímku a přehřáta na 720 °C, odplyněna argonem 15 min, pak ochlazena na volitelnou licí teplotu (stadium A, 1, 2), následně byl tekutý kov vléván do šroubovitého měděného kanálu, který byl chlazen různým průtokem vody (stadium B, 3, 6). Tavenina se po průtoku shromažďuje v kelímku, kde je rovněž měřena teplota (4, 1). Závěrem je sběrný kelímek s kašovitou slitinou rychle ponořen do studené vody pro získání vysokoteplotní struktury solidifikace (stadium C, 4, 5, 6, 7). Parametry procesu jsou detailně popsány v příspěvku. Výsledky ukázaly, že teplota lití, proudění chladicí vody a počet křivek měděné šroubovice mají hlavní účinek na velikost a rozdělení primárních zrn Si ve struktuře. Největšího zjemnění bylo dosaženo při průtoku chladicí vody 500 l/h −1, licí teplotě 690 °C a šroubovici se čtyřmi závity. Primární zárodky Si snadno precipitují vlivem chladicího účinku stěn kanálu a proudící tavenina je rovnoměrně rozptyluje ve struktuře. Tvar lištovitých a hranatých zrn se změnil na kulovitý o velikostech 18,6 až 19,0 µm, což je až pětinásobné zjemnění primárních zrn křemíku vůči původnímu stavu tradičně ztuhlé slitiny A390. Příspěvek je doplněn mnoha snímky struktur, SEM a EDX. (Zkrácený překlad článku z časopisu China Foundry, 2015, č. 6, s. 431–439.)

Vysoce výkonný trubkový filtr z napěněné keramiky pro slévárenský průmysl Rohrförmige Hochleistungsfilter aus Schaumkeramik für die Giesserei-Industrie U. Voigt; L. Horvath ASK Chemicals Feeding Systems, Bendorf BRD, Ohio USA Autoři představují a testují nový systém pro filtraci velkých množství různých tekutých kovů. Jde o soustavu tzv. skříně Udicell s trubkovým filtrem. Na začátku jsou popsány současně známé extrudované a lisované filtry, filtry z pěnové keramiky s pórovitou dodekaedrickou strukturou z částečně stabilizovaných oxidů zirkonu a hořčíku, které jsou při filtraci stálé až do teplot 1700 °C. Aktuální je však filtrace u velkých odlitků, kde musí být použity filtry s velkou plochou (např. pro odlitek s celkovou hmotností 12 t je potřebná účinná plocha filtru 3000 až 3330 cm2). Aby bylo dosaženo účinné filtrační kapacity, jsou v těchto případech vytvářeny řady filtrů, tzv. filtrační banky nebo filtrační karusely. U všech těchto filtrů někdy došlo k jejich rozlomení a znehodnocení velkého odlitku. Nový systém Udicell je několikadílný: sestává z kruhové dvoudílné skříně, která je vyrobena z vysoce pevného otěruvzdorného žárobetonu. Do této skříně se vkládá velký dutý válcovitý filtr shora uzavřený zátkou. Celá sestava se pak vkládá do vtokového kanálu blízko zářezů u odlitku. Tekutý kov je přiváděn do skříně tangenciálně, proniká filtrem a je odváděn otvorem v horní části skříně do odlitku. Výhody tohoto systému jsou: kompaktní rozměry a uspořádání; rychlé vestavění do vtokového systému; mnohostranné použití (žádné pravé nebo levé díly); skříň z pevného stabilního betonu; montáž vyžaduje jen málo času a místa; nižší celková hmotnost v porovnání s dřívějšími systémy; méně vratného materiálu. Systém Udicell je využíván v několika slévárnách, které vyrábějí velké a těžké odlitky z oceli a LKG do hmotnosti 20 t s produkcí přes 1000 t/měsíc. Tento typ filtrace je úspěšně využíván denně, a co je důležité, vady z rozlomených filtrů byly zcela odstraněny. (Zkrácený překlad článku z časopisu Giesserei, 2015, č. 5, s. 88–99.) Zpracoval: prof. Ing. Karel Rusín, DrSc.

202

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Jan Šlajs

Slévárenské konference Foundry conferences

60. rakouské slévárenské dny | Industrie 4.0 a její realizace ve slévárně Ing. Jan Šlajs M E TOS, v. o. s., Chrudim

Tímto tématem byla motivována značná část přednášek 60. rakouských slévárenských dnů, které se konaly ve dnech 7.–8. dubna 2016 v kongresovém centru Kongres & TheaterHaus Bad Ischl (obr. 1). Každoročně tuto akci pořádá ÖGI (Österreichisches Giesserei-Institut) Leoben společně s VÖI (Verein Österrei-

Kongresové centrum Kongres & TheaterHaus Bad Ischl

chischer Giessereifachleute) Vídeň a v letošním roce doplnila organizátory katedra slévárenství Montanuniversität v Leobenu (Lehrstuhl für Giessereikunde an der Montanuniversität). Slévárenské dny navštívilo 284 účastníků ze 113 firem a šesti států. Nejvyšší podíl měli účastníci z Rakouska a z Německa, následováni Švýcary, Slovinci, Švédy a Čechy. Akce se zúčastnilo 24 vystavovatelů. V průběhu jednání bylo předneseno 23 přednášek, z nichž 7 přednášek se věnovalo problematice Industrie 4.0, které se snažily o predikci možného vývoje průmyslové výroby a s tím souvisejících trendů ve vývoji výrobních technologií a procesů souvisejících s výrobní činností. Co je to koncept Industrie 4.0 – vize chytré výroby a služeb? Tento koncept popi-

Obr. 2.

flexibilně ovlivňuje výrobní procesy, protože zákazník obecně je jediný odběratel výrobků a zákazník je důvod, proč továrna vůbec existuje. Výroba bez zákazníka nemůže existovat. Z toho vyplývá, že veškerý vývoj musí být podřízen zákazníkovi, který musí mít zdroje na financování objednávky a chuť koupit. To je základní konkurenční výhoda v nabídce. „Chytrá továrna“ umí flexibilně vyhovět požadavkům různých zákazníků na relativně stejný výrobek. Vize Industrie 4.0 umožňuje individualizaci výrobků dle poptávky a potřeby zákazníků v podmínkách vysoce flexibilní výroby. Že tato vize není pouze teorie, dokládá současná praxe, kde například ve slévárnách již dochází ke 100% automatizaci výroby, apretace a montáže jader. 3D tisk

forem a jader umožňuje rozměrově a tvarově flexibilní výrobu jader a forem s využitím většího počtu dělicích rovin. V německé slévárně HARTZ (ocelárna, odlitky o hmotnosti 800–5000 kg) bylo v roce 2012 konstatováno, že výrobní kapacity stačí a zvyšovat produktivitu práce technicky nelze. Na základě projektu byla nahrazena manipulace pomocí jeřábů paletovým systémem s automaticky řízenými manipulačními plošinami, které jsou vybaveny řídicími jednotkami. Tyto manipulační vozíky automaticky dopravují palety s poloformami a jádry mezi výrobními, skladovacími a odlévacími plochami. Novou manipulační technologií a organizací výroby ve slévárně se zvedla produktivita práce na dvojnásobek. Velmi zajímavá byla přednáška Wernera Stapely z firmy FIT AG Lupburg na téma „Aditivní konstrukce a výroba, výrobní technologie budoucnosti“, kde pan Stapela informoval o možnostech i 3D tisku kovových prášků. Na příkladu uváděl technologické možnosti snižování hmotnosti hlavy válců pro automobily z Al slitin (obr. 2). Přednáška paní Claudie Dommaschk

Příklad snižování hmotnosti hlavy válců pro automobily z Al slitin

z Giesserei-Institut TU Bergakademie Freiberg byla zaměřena na vyhodnocování metalografických výbrusů dle normy DIN EN ISO 945. Byl proveden test a stejná struktura byla zadána čtyřem laboratořím na vyhodnocení. Výsledky byly až překvapivě rozdílné, protože vyhodnocení je provedeno subjektivně dle momentálního názoru a vyhodnocovaného místa na výbruse. Dnes definované typy grafitu (A – E) nemají žádnou kontinuitu přechodu mezi jednotlivými typy grafitu v závislosti na procesu tuhnutí a chemickém složení. Projekt podporovaný akademií si vytkl za cíl prozkoumat závislost kinetiky ochlazování a chemického složení na morfologii grafitu a zpracovat metodiku vyhodnocování tak, aby různé laboratoře vykazovaly pokud možno stejné výsledky.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

203

S L É VÁ R EN SK É KO N F ER EN CE

Obr. 1.

suje propojení nejmodernějších informačních a komunikačních technologií s klasickými fyzikálními procesy a výrobky, kde toto propojení je realizováno pomocí nových modelů obchodu a trhu. S tím však souvisí základní otázka vize Industrie 4.0, jak může být individuálně zákaznicky generována přidaná hodnota pomocí integračních, informačních a komunikačních technologií pro fyzikální procesy a výrobky. To popisuje idea Industrie 4.0 – IoE – Internet na všechno, která popisuje propojení věcí, procesů, dat, služeb a lidí pomocí internetu jako prostředku pro přenos dat. Toto propojení je základem vize Industrie 4.0, protože poskytuje enormně vysoký ekonomický potenciál a je hnacím motorem pro nové modely obchodu a služeb. Základní myšlenka vize Industrie 4.0 spočívá v tom, že nové koncepty se nerealizují pouze ve výrobních halách výrobních podniků, ale zasahují do všech směrů života lidí, a to je ta hnací síla pro hledání nových obchodních modelů a potenciál vytváření nových hodnot. Na vrcholu této pyramidy je „chytrá továrna“, kde zákazník svojí objednávkou

M a r e k B r ů n a l D a l i b o r Vo j t ě c h

WSPÓŁPRACA – SPOLUPRÁCE – SPOLUPRÁCA 2016

Konference ICCT 2016 p r o f . D r. I n g . D a l i b o r V o j t ě c h VŠCHT Praha, člen Programového v ýboru konference

Ing. Marek Brůna, PhD. Žilinská univerzita v Žiline, Strojnícka fakulta, Katedra technologického inžinierstva

S L É VÁ R EN SK É KO N F ER EN CE

V prekrásnom prostredí horského hotela Boboty v Terchovej sa v dňoch 22. až 22. apríla 2016 konala medzinárodná konferencia poľských, českých a slovenských zlievačov WSPÓŁPRACA – SPOLUPRÁCE – SPOLUPRÁCA 2016, ktorá sa uskutočnila pod záštitou Dr. Ing. Milana Ságu, dekana Strojníckej fakulty Žilinskej univerzity v Žiline. Konferenciu striedavo organizuje Wydzial odlewnictwa AGH Kraków, VŠB – Technická univerzita, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, a Strojnícka fakulta Žilinskej univerzity v Žiline, Katedra technologického inžinierstva, ktorá zabezpečovala organizáciu konferencie tento rok. Konferenciu zahájil odborný garant zastrešujúci slovenskú stranu prof. Ing. Dana Bolibruchová, PhD. Predsedníctvo konferencie tvorili odborní garanti spoluorganizujúcich inštitúcií: doc. Ing. Petr Lichý, Ph.D., VŠB – Technická univerzita Ostrava, a prof. dr. hab. inž. Stanislaw Dobosz, Akademia górniczo-hutnicza Kraków.

Spoločenský program zahŕňal splav Váhu na pltiach

Dr. Ing. Marko Grzinčič prezentoval zaujímavé výsledky z oblasti vzniku trhlín v odliatkoch z podeutektických Al zliatin

204

Predsedníctvo konferencie – odborní garanti spoluorganizujúcich inštitúcií, zľava: prof. Ing. Dana Bolibruchová, PhD., prof. dr. hab. inž. Stanislaw Dobosz, doc. Ing. Petr Lichý, Ph.D.

Zľava: prof. Ing. Tomáš Elbel, CSc., prof. Ing. Lubomír Bechný, CSc.

Jednanie konferencie podporili významní akademickí funkcionári z poľských univerzít, ktoré vychovávajú zlievarenských odborníkov, ako napr. Politechnika Śląska, Gliwice, a Politechnika Wrocławska, Wroclaw. Z Českej republiky zastupovali akademickú obec predstavitelia VŠB – TU Ostrava, UJEP, FVTaM, Ústí nad Labem, a Technickej Univerzity v Liberci. Zo Slovenska sa tradične účastnila Žilinská univerzita v Žiline, Strojnícka fakulta, a Hutnícka fakulta TU Košice. Priemyselnú obec zastupovali predstavitelia firiem Slévárna a modelárna, s. r. o, Keramost, a. s., Šebesta-služby slévárnám, s. r. o., Keramtech, s. r. o., ŽĎAS, a. s., Vítkovické slévárny, s. r. o., KS CZ Motorservice, s. r. o., Illichmann Castalloy, s. r. o., NEMAK Slovakia, s. r. o., Compel AS, s. r. o., a GIBA Giesserei. Veľká vďaka patrí aj oficiálnemu sponzorovi konferencie – Olympus Czech Group. Akciu taktiež podporili: IGV Technology a firma CLARIANT. Na konferencii bolo prednesených 22 referátov, v ktorých sa prezentovali výsledky riešených vedecko-výskumných prác z daných pracovísk. Súčasťou konferencie boli aj neformálne akcie, ako spoločenský večer, splav Váhu na pltiach a večer s miestnymi špecialitami. Bezprostredné ohlasy účastníkov na program a usporiadanie konferencie boli veľmi pozitívne; za hladký priebeh akcie patrí pochvala všetkým členom organizačného výboru.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Ve dnech 25. až 27. 4. 2016 proběhla v Mikulově 4. mezinárodní chemicko-technologická konference (4th International Conference on Chemical Technology, ICCT 2016), kterou pořádala Česká společnost průmyslové chemie ve spolupráci s Vysokou školou chemicko-technologickou v Praze, Fakultou chemicko-technologickou Univerzity Pardubice, Fakultou chemickej a potravinarskej technológie STU Bratislava, Ústavem chemických procesů AV ČR, Svazem chemického průmyslu ČR a Výzkumným a vzdělávacím centrem UniCRE. Na konferenci byly prezentovány a diskutovány nejnovější poznatky z oblasti chemických technologií, biotechnologií, technologií paliv, zpracování odpadů, ochrany ovzduší a výroby léčiv.

Pohled do přednáškového sálu

Součástí konference byla rovněž sekce Materiálové inženýrství. Na této sekci bylo prezentováno celkem 29 příspěvků z následujících oblastí: – moderní materiály a technologie pro výrobu lékařských implantátů; – povlaky a technologie povrchových úprav konstrukčních materiálů; – prášková metalurgie; – protikorozní ochrana konstrukčních materiálů; – restaurování kovových uměleckých předmětů. Konference ICCT 2016 opět ukázala na úzké propojení chemických a materiálových technologií. Již nyní se těšíme na další ročník ICCT 2017. Bližší informace o příspěvcích z oblasti materiálového inženýrství: www.icct.cz.

I v a n a S l á v i ko v á l L u b o r P a c a l

Aktuality News

Medzinárodný workshop vysokých teplôt v Banské Bystrici

Brána, doc. Juraj Sapara, ArtD.

Výroba forem

M g r. a r t . I va n a S l áviková , ArtD.

Logo workshopu těsně po odlití

Akademie um ění v Banské Bystrici, Fakulta v ý t varných um ění

Ing. Lubor Pacal H ü t t e n e s - A l b e r t u s C Z , s . r. o .

Vytloukání forem

Výšivka II, Mgr. art. Ivana Sláviková, ArtD.

Kopkování dávky pro pece

Pec je již vyrobená a připravená

Radost po úspěšně vykonané práci

AK TUALIT Y

Ve dnech 5. až 11. 10. 2015 se na Akademii umění v Banské Bystrici, Fakultě výtvarných umění, katedře sochařství a prostorové tvorby konal Medzinárodný workshop vysokých teplôt za podpory a materiální pomoci firmy Hüttenes-Albertus CZ, s. r. o., která významným způsobem pomohla zrealizovat nultý ročník tohoto workshopu. Akce měla velký ohlas jak u studentů, tak i u zahraničních hostů (studentů a pedagogů), kteří přicestovali z vysokých škol v Polsku (Gdaňsk, Vratislav, Krakov). Společnými silami se podařilo v rekordně krátkém čase zaformovat 52 studentských, ale i pedagogických prací (sochařských děl, objektů či medailí) a všechny úspěšně odlít z hliníkových slitin nebo z litiny. Chtěli bychom tímto společně s vedoucí katedry sochařství a prostorové tvorby poděkovat realizačnímu týmu za nasazení a popřát do budoucna, aby se stal Medzinárodný workshop vysokých teplôt stejně renomovanou mezinárodní událostí, jak je tomu na Akedimii sztuk pieknych v Gdaňsku a ve Vratislavi (Mezinárodní slévárenský workshop, Festival vysokých teplot) a přiblížil studentům a široké veřejnosti téměř zapomenutou tradici uměleckého slévárenství na Slovensku.

Odlévání

Pec v akci

A je odlito

Hora, Mária Pinčáková

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

205

H e l e n a M a t a l o v á l U m ě l e c ké o d l i t k y

Kybersochař z MCAE vytvořil novou lišku Bystroušku M g r. H e l e n a M at a l ová m a r ke t i n g m a n a g e r, M C A E Sy s t e m s , s . r. o ., Ku ř i m

AK T UA L I T Y I U M ĚLECK É O DL I TK Y

Použití skeneru GOM ATOS Compact Scan v praxi

Portfolio 3D tiskáren MakerBot

Lití bronzu ve slévárně

206

Bronzová liška před cizelováním a patinováním

Nová liška Bystrouška si vyzkoušela, jak se sedí na balvanu

byla data převedena do počítačové podoby a sloužila jako základ pro usazení modelu Bystroušky. Kromě tohoto uměleckého účelu nacházejí optické skenery široké uplatnění například pro přesnou a efektivní kontrolu kvality výroby, ukládání optimalizovaných dat z designových aplikací, skenování poškozených tvarů či celých sestav nástrojů i forem. Nejširší využití systému ATOS je v oblastech CAD, CAM a FEM, kde je vyžadováno měření reálných objektů a jejich následné srovnání s teoretickým modelem. Model lišky byl složen z jedenácti dílů vytištěných na 3D tiskárně MakerBot, která umožňuje snadný a rychlý tisk metodou Fused Deposition Modeling (FDM), kdy pomocí počítačem řízených drah tisková hlava vytlačuje a nanáší roztavený termoplast v polotekutém stavu, vrstvu po vrstvě, na modelovací podložku, kde okamžitě tuhne. Tento konkrétní model ještě nesplňoval požadované finální tvary lišky Bystroušky, takže se musel ještě domodelovávat plastelínou. Povrch nové sochy se totiž musí co nejvíce přiblížit původnímu originálu. Jedna z možných cest by byla vytištění modelu, jeho tmelení a zbroušení, aby bylo dosaženo správného, ručně modelovaného povrchu, ale kolega Krhánek zvolil jinou metodu, která mu umožňuje zakomponovat i klasickou sochařinu. Z konečného modelu se udělal sádrový odlitek a ve slévárně se pak liška dočkala své bronzové podoby.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Umělecké odlitky Art castings

Kadidelnice z období vlády císaře Xuandeho – špičková technologie barvení povrchu předmětů ze slitin mědi Odlitky z období 3. roku vlády císaře Xuande (1428), dynastie Ming Celková délka: 10,6 cm, hmotnost: 1,78 kg Materiál: mosaz V třetím roce své vlády si císař Xuandeho z dynastie Ming objednal výrobu ceremoniální nádoby Din a Yi, které měly být používány v chrámech předků a v císařském paláci. Celkem 3765 nádob bylo vyrobeno pomocí technologie vytavitelného vosku a jsou známy pod názvem kadidelnice Xuande (obr. 1) nebo Xuan.

U m ě l e c ké o d l i t k y l J i ř í F o š u m l M i l a n N ě m e c

(Zkrácený překlad z časopisu China Foundry, 2015, roč. 12, č. 6, s. A2–A3.)

Obr. 1.

Obr. 2.

Kadidelnice Xuande

Kadidelnice Xuande s nápisem „Vyrobil Wu Bangzuo, dohlížející úředník oddělení výroby, v pátém roce vlády císaře Xuandeho z dynastie Ming“. Povrch je dekorován zlatou barvou ve tvaru sněhových vloček

Vzpomínáme Commemorations

Dvacet let od úmrtí profesora Stanislava Hanzla (17. 12. 1938 – 14. 6. 1996) Ing. Jiří Fošum doc. Ing. Milan Němec, CSc.

prof. I ng. St anislav Hanzl, CSc.

V tomto roce je tomu 20 let, kdy po těžké chorobě ve věku nedožitých 58 let zemřel prof. Ing. Stanislav Hanzl, CSc. Prof. Hanzl absolvoval Strojní fakultu ČVUT v Praze v roce 1962, obor strojírenská technologie. Na katedře nauky o tváření, slévání a svařování, na kterou nastoupil v roce 1964, prošel všemi akademickými stupni od asistenta až po jmenování profesorem v roce 1991. V roce 1990 byl zvolen prvním rektorem ČVUT v Praze po roce 1989 a opětovně potvrzen v roce 1993. Stal se také předsedou České konference rektorů a členem výkonného výboru Asociace evropských univerzit. Jako rektor největší technické univerzity v ČR si byl vědom důležitosti svého poslání – transformovat České vysoké učení technické a nastolit demokratické principy v řízení vysokých škol. Byl z těch představitelů českého moderního školství po roce 1989, který imponoval nejen svou odbornou erudicí, ale i širokým rozhledem a celou svou charizmatickou osobností, ovlivňující všechny, kteří se s ním setkávali. Ve své pedagogické a odborné činnosti se specializoval na slévárenství a úzce spolupracoval se slévárnami, výzkumnými ústavy a dalšími vysokými školami, především v oblasti formovacích materiálů. My slevači na něj vzpomínáme jako na člověka, který pro slévárenství jako obor mnoho vykonal. Ve Slévárenské společnosti začal pracovat od poloviny 60. let,

nejprve jako člen Odborné komise pro formovací materiály (KOFOLA) a později v Oblastním výboru pro střední Čechy. Byl autorem odborných přednášek na řadě seminářů, školení a konferencí doma i v zahraničí. V 80. a 90. letech pracoval ve výkonném výboru tehdejší Čs. slévárenské společnosti. Společně s prof. Karlem Rusínem z VUT Brno se zasloužil o úspěšný průběh 53. světového slévárenského kongresu v roce 1986 v Praze. V roce 1993 se stal předsedou nově vzniklé České slévárenské společnosti a jejím zástupcem ve světovém orgánu – C.I.A.T.F. Ve funkci předsedy ČSS zůstal až do svého vážného onemocnění. Dala by se jmenovat jistě celá řada funkcí a ocenění, kterých se Stanislavu Hanzlovi dostalo. Bohužel mu nebylo dopřáno déle si užívat radostí a starostí jak v životě odborném, tak i osobním a uprostřed tvůrčí práce nás opustil. V prof. Hanzlovi ztratilo české vysoké školství a slévárenství nejen vynikajícího odborníka, ale také člověka vzácných osobních kvalit. Všechny, kteří se s ním znali osobně, vždy potěšil svým přátelstvím, radou a pomocí. Za všechny slevače, kteří se mohli těšit z těchto osobních setkání.

Blahopřejeme Congratulations

85 let Ing. Leo Rotter * 7. května 1931 Gratulujeme! 75 let Josef Novotný * 30. května 1941 Gratulujeme! 80 let Ing. Radovan Koplík, CSc. * 4. června 1936 Gratulujeme!

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

207

U M ĚLECK É O DL I TK Y I V ZP OM Í N Á M E I BL AHOPŘE J EM E

Popisovaná kadidelnice je na celém povrchu pozlacená a spolu s černými a červenými skvrnkami pak působí opravdu přepychově. Byla používána císaři v obřadní síni duševního rozvoje v císařském paláci za dynastie Qing. Umělecké ztvárnění kadidelnic Xuande zahrnuje jemné tvary a křivky a konstrukční linie. Existuje více než šedesát druhů schémat barvení povrchu, které důkladně demonstrují krásu barev měděných materiálů. Protože byly zmíněné kadidelnice velice populární, vyskytovalo se neskutečné množství napodobenin a padělků. Dokonce i Wu Bangzo, úředník v oddělení výroby, který dohlížel na zhotovení a odlévání kadidelnic, sám navrhl a vyrobil jisté kadidelnice (obr. 2). Obliba těchto nádob měla skutečný dopad na uměleckou výrobu měděných předmětů a objevilo se tak mnoho odborníků na jejich výrobu dokonce i v Japonsku. Tato velká událost čínského uměleckého odlévání byla zaznamenána v mnoha knihách. Bohužel však nebyly uvedeny žádné záznamy týkající se složek použitých barev nebo zpracování, a tak je většina tradičních postupů barvení ztracena.

Z d e n k a H a ny š o v á Ce l á

Z historie

Kolem roku 1850 železárna prosperovala – vyráběla se hrubá litina, ráfy, pláty, žehličky, dvířka ke kamnům, pomníky a další. V 60. letech se železářství v Čechách rychle modernizovalo, přesto technologie železárny nedoznala výrazných změn. Tuzemská konkurence starý způsob výroby zatlačila, což vedlo ke stagnaci a postupnému úpadku železárny.

From the history

200 let slévárny KOVOLIS HEDVIKOV, a. s. M g r. Z d e nka H a ny š ová C e l á Hedvikovské údolí na okraji Třemošnice se nachází v turisticky atraktivní lokalitě Národní přírodní rezervace Lichnice – Kaňkovy hory. Prostředí je to úchvatné. Máte pocit, že z obou stran sevřenou fabriku, jejíž areál se cyklistům či turistům jakoby náhodou otevře a rychle jej minou, tu ani nikdo nemůže hledat. Opak je pravdou. Zákazníci se sem jen hrnou a meziročně mnohonásobně zvyšují své objednávky. Podle toho se také odvíjí počet zaměstnanců. Z původních 400 v roce 1993, kdy pánové Miloslav Pavlas a Karel Koudelka firmu v malé privatizaci koupili, na současných více než tisíc. Rozšiřují a modernizují i výrobní prostory – spíše do výšky – údolí totiž víc nedovolí. Uprostřed areálu závodu je náměstí a na něm „Otroci“ – historické sousoší slevačů. Zhmotnělá dřina slevače je už minulostí. Spoustu práce dnes udělají roboti a důležité pro dnešní operátory je se tyto roboty naučit dobře ovládat.

Období let 1890–1920 Období je charakterizováno častým střídáním pronájmů a vlastníků, novými podnikatelskými aktivitami, ale i stagnací. Po čtyři roky zde podnikal pan Řivnáč, který se pustil do výroby mosazného zboží. Od roku 1889 se vlekly správní spory o schválení nové obchodní společnosti. Od roku 1890 byla za účasti Josefa Wundera založena společnost „Stránecký a Wunder“. Vyráběla součásti pro parní kotle a stroje, cukrovarské, lihovarské a pivovarské aparáty, kontrolní přístroje (manometry, teploměry, žároměry). Vyráběly se odlitky ze železa, mosazi a prováděly práce přesné mechaniky. Bylo zde zavedeno ústřední topení na páru a vzduch. Od roku 1903 do roku 1907 společnost „Stránecký a Purkyně“ zajišťovala dodávky a instalace do průmyslových a veřejných zařízení. Po roce 1907 udržovali provoz pouze místní pracovníci. Tak se po jednom století života hedvikovské železárny uzavřela epocha závodu, který v posledních třiceti letech své existence hledal obchodní uplatnění a životaschopnost v rukou několika podnikatelů. Podnikatelské nesnáze byly umocněny i několika krutými povodněmi (v letech 1891, 1908 a 1913), které v železárnách napáchaly mnoho škod. I I . e p o c h a – r o z vo j ž e l e z á r ny

J e d n o t l i vé e t a py v ý vo j e s p o l e č n o s t i Kovo l i s H e d v i kov, a . s . I. epocha – Hedvičina huť Období let 1816–1824: rodina Zvěřinových Jméno Hedvikov, Hedwigsthal, je odvozeno ze zápisů koncese, ve kterých je místo podnikání uvedeno jako Hedwigsthaler Eisenwerk in Mezihoří pod Plazem. Železárnu založil Josef Jan Zvěřina, windischgrätzský horní inspektor. Vzniku železárny přála blízkost těžebních dolů železné rudy, zásoby vápence z prachovické vápenky, dostatek lesů pro dřevěné uhlí a rychlá voda Wildbachu, dnešního Zlatého potoka. Železárna vyráběla týdně 10 až 20 t surového železa a litiny. Asi třetina produkce byla zpracována ve slévárně a zbytek byl zkujňován v hamrech na řece Doubravě. Provoz byl zajištěn 30 pracovníky.

Období let 1920–1945: Josef Bartoš Stará huť byla v těchto letech zrušena. Letitý spor o vodu majitel vyřešil zakoupením Moličovy pily a Pekelského rybníka. Pila získala pohon turbínou. Firma „Josef Bartoš a spol., strojírna a slévárna v Hedvikově“ získala záhy objednávky pro ČSD. Od roku 1922 se zde vyráběly součástky parního topení pro železniční vagony a plynová osvětlení. Byla vybudována slévárna šedé litiny a budovy byly upraveny na obrobny. V této době zde pracovalo 30 lidí. V roce 1926 bylo položeno půl kilometru dlouhé potrubí, jímž se přiváděla voda k turbogenerátoru. Tím si společnost zajistila dostatečný elektrický příkon. V podniku už pracovalo 100 lidí. Majitel od roku 1926 vyráběl průběžné tlakové brzdy, čímž výhodně stabilizoval výrobní profil firmy. Vybudoval dva železobe-

Z HISTORIE

Období let 1824–1890: rodina Svobodových Během těchto let byla provedena přestavba úpravy vodního režimu. Náhon byl nad kovárnou rozvětvený a voda se podle potřeby pouštěla buď ke kovárně, nebo k vysoké peci (na pohon dmychadla). Původní dřevěné tovární budovy byly nahrazeny většími, zděnými, byla přestavěna kovárna, nově prošly úpravou i obytné budovy.

Zima 1904 v Hedvičině údolí

208

Hedvikov na přelomu 19. a 20. století

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Hedvičino údolí v roce 1908

Z d e n k a H a ny š o v á Ce l á

Josef Bartoš

Předválečná léta – lisy ve společnosti Josef Bartoš

Dobývání zahraničních trhů a výroba pro říši V letech 1938 a 1940 vyvíjelo vedení závodu velké úsilí pro uplatnění se na zahraničních trzích. Za pomoci Exportního ústavu československého získalo konkurenční katalogy převážně amerických firem a obchodní informace z okruhu přátel z ciziny. Do států Evropy, Jižní Ameriky, Indie a dalších chtěla firma vyvážet instalační, koupelnové, odpadní, parní, topné a vodovodní armatury, ústřední topení, strojky pro domácnosti, ale i různá pracovní nářadí jako lopaty, motyky, sekyry a podobné.

tonové mosty přes Zlatý potok. Firma Bartoš a spol. se výrazně zasadila o modernizaci a využití železniční dráhy z Čáslavi do Třemošnice.

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

209

Z HISTORIE

Rozvoj jedinečnosti slévárny V roce 1930 zakoupil Josef Bartoš a spol. patent na plnicí studenou komoru u stroje na lití pod tlakem od firmy Polák. Tím získal jako jediný právo na prodej strojů pro lití pod tlakem v Československé republice a na výrobu odlitků litých pod tlakem. Slévárna a strojírna v roce 1937 Hedvikov v roce 1940 V témže roce byla vybudována slévárna, kde byla umístěna slévárna mosazi s přiléhající suškou, slévárna kovů pod tlakem a vedle pak velká dílna pro obráběcí stroje. Ve slévárně pod tlakem byly instalovány čtyři slévací pece vytá- Těsně před 2. světovou válkou podnik dokonce spolupracoval na pěné koksem. Dále zde byly v provozu dvě hydraulické pumpy výstavbě slévárny barevných kovů pod tlakem v Krušovaci v tehpro tlak 100 až 120 atm. Slévárna disponovala šesti lisy s plnicí dejší Jugoslávii. silou až 45 t a uzavírací silou až 120 t. Udržovací pece se vytápě- Smělé plány však zhatila nacistická okupace. Ředitel největší něly naftou a olejem. Byly vybudovány a strojově vybaveny kalírna mecké tlakové slévárny MAHL plně využil vysoké odbornosti závodu a zařadil jej do tlakových sléváren říše. Okamžitě začal přia lisovna. Velmi krátký a levný výrobní postup od suroviny k výrobku byl dělovat zakázky na nejobtížnější odlitky firmě Bartoš. podnikatelsky nesmírně výhodný. Na samém prahu hospodářské Ve výstavbě závodu nastal přelom. U slévárny se adaptovala nová krize tak měla hedvikovská strojírna nový výrobní program, výrobní hala vybavená výkonnými lisy. V roce 1942 byla postavenetradiční a moderní pracovní postup s nadějným obchodním na největší obráběcí hala a byly přistavěny kanceláře. Byla zavedena výroba odlitků z elektronu, kompresorů P a součástek uplatněním. střeliva (dna a pláště pro dělostřelecké náboje, pojistné špičky pro Nový výrobní program s unikátní metodou lití protiletadlové střely a další). V té době zde pracovalo až 1 500 Lití pod tlakem na strojích se studenou komorou bylo tehdy ještě pracovníků. naprosto novou metodou, která postrádala odborné teoretické znalosti. Během čtyř let technici zvládli konstrukci forem a tech- I I I . e p o c h a – r o z vo j ž e l e z á r ny nologii lití slitin hliníku. p o 2 . s vě t ové vá l c e Ze slitiny hliníku se vyráběla tělesa pro fotoaparáty, elektrotechniku, triedry, praky, hasičské hadicové spojky a další. Z mosazi se Období let 1945–1950 odlévaly odlitky nejen pro vlastní závod (zděře kuželových kohou- Vlivem nových politických poměrů došlo v roce 1945 k ustanovetů pro ČSD), ale i pro zákazníky (hledáčky Vokáč, matice pro ní národní správy. Řízením závodu byli pověřeni národní správci v čele s Jindřichem Valeckým. petrolejové vařiče, kování na kapoty automobilů Praga a další). Koncem roku 1945 byl podnik zestátněn a ředitelem byl jmenován Práce na tři směny a začátek války Ing. Miloš Hájek. Počet zaměstnanců klesl na 700. Výrobní sortiV roce 1935 si závod ve vlastní konstrukci vyrobil další dva stroje ment tvořily převážně odlitky ze zinku a mosazi (tělesa plynových na lití pod tlakem. Ve slévárně tlakového lití se začalo pracovat na měřičů). tři směny. Od roku 1936 se zde vyráběl v té době největší tlakový odlitek, tzv. výronek, o rozměru 600 × 300 mm. Rok 1936 při- Masivní lití hliníku a vznik názvu KOVOLIS nesl také zakázky pro československou armádu – plynové masky V letech 1946–1948 zajišťoval podnik v kooperaci montáže stříkacích lisů Polák 900. V tomto období zde dochází k masivnímu a součástky munice. Po tragických mnichovských událostech v září roku 1938 a po startu lití hliníku. Během pěti měsíců bylo zkonstruováno a vyroztrátě vojenských objednávek se výroba rychle přeorientovala na beno 16 forem na bloky motorů ČZ 125 a 150. K těmto odlitkům přibývají zakázky na psací stroje ZETA, bubny a brzdové páky pro zakázky civilní. motocykly JAWA, karburátory a další.

Z d e n k a H a ny š o v á Ce l á

Jaroslav Zadina

Výstavba nové dílny pokračuje

Přehled vlastníků a názvů firmy v historii Josef Bartoš a spol., strojírna a slévárna v Hedvikově

1919–1945

Kovolis Hedvikov

1945–1966

ZŤS, národní podnik, Třemošnice – Hedvikov

1966–1987

ZŤS, kombinát, kombinátní podnik, Třemošnice – Hedvikov

1987–1990

Kovolis, státní podnik, Třemošnice

1991–1992

Metal Production Rohatec spol. s r. o.

1992–1994

Kovolis Hedvikov spol. s r. o.

1994–1996

KOVOLIS HEDVIKOV a. s.

1996 až dosud

Z HISTORIE

V této době již firma získává název KOVOLIS a stává se po dobu dvou let vedoucím závodem dalších podniků (Modřice, Nejdek, Průhonice, Hradec Králové, Strašnice, Jablonec, Turnov, Trmice) s podnikovým ředitelstvím v Čáslavi. Koncem roku 1948 jsou do závodu soustřeďovány výroby železničních brzd (rozvaděče Božič, brzdiče Škoda NO, sovětské brzdy pro parní lokomotivy Kazancov, rozvaděče Matrosov, parní kompresory). V roce 1949 se formuje vývojová skupina zaměřená na vývoj a konstrukci vlastní vlakové brzdy. Období let 1950–1959: Jaroslav Zadina Ředitel Jaroslav Zadina silně prosazoval strojírenskou výrobu (již zmiňované vlakové brzdy, důlní nakladače, vrtací geologické soupravy). Tlakové lití se dostávalo na druhou kolej. V roce 1952 došlo k příkazu převést kompletně výrobu tlakových odlitků do Nejdku. Nakonec však díky složitosti odlitků z elektronu určených pro vojenské radiostanice zůstala výroba tlakových odlitků v závodě zachována. Slévárna v Nejdku totiž nebyla schopna tyto výrobky rentabilně vyrábět. Objem roční výroby tlakového lití však poklesl na úroveň 135 t hliníku a 170 t zinku a mosazi. V tomto období je dokončena největší investice od konce války – výrobní hala pro tlakové lití (dnešní OJS I). Díky úspěšnému vývoji a konstrukci vlakové brzdy však byla hala přebudována na mechanické provozy – ale to už je historie jiného podniku. Co se týká tlakového lití, průměrná roční produkce od roku 1956 činila 500 t odlitků z hliníku a 400 t odlitků ze zinku a mosazi. Závod měl k dispozici 11 lisovacích strojů Polák s uzavírací silou 85 a 900 t (na stroji Polák 700 se odlévaly mosazné odlitky) a 3 stroje Bühler (tyto stroje odlévaly zinkové odlitky). Tavírna byla vybavena 2 koksovými pecemi s výklopnými kelímky o kapacitě 200 kg a třemi koksovými pecemi zabudovanými v zemi o kapacitě 300 kg. Koncem 50. let začala výstavba nového strojírenského závodu v Třemošnici. Období let 1959–1968 Po roce 1962 byla dokončena výstavba závodu v Třemošnici. Celý výrobní park a technické zázemí brzdových komponent bylo z Hedvikova přestěhováno do nového závodu. Uvolněná hala v Hedvikově, původně určená k výrobě tlakových odlitků, se tak po čase dočkala svého původního poslání.

210

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Výstavba spodní části nové dílny zhruba dokončena

Ze slitin mosazi a zinku se odlévaly součásti pouze pro vlastní potřebu. Výroba hliníkových odlitků tímto dostala možnost výrazného zvýšení produkce. V roce 1958 se stal podnik členem sdružení, které zajišťovalo výrobu osobních i nákladních vagonů. Období let 1968–1981 V 70. letech byla tavírna vybavena 3 indukčními pecemi Siemens a 2 kanálkovými pecemi ABC 800A1. Vstupní surovina, tzv. 1. tavba, byla odebírána ze Žiaru nad Hronom a 2. tavba z Kovohutí Hostivař. Počátkem 80. let produkovala tlaková slévárna 2400 t odlitků za rok. Mezi hlavní položky výrobního sortimentu patřily součásti odpružených sedadel pro Karosu Vysoké Mýto, součásti osvětlovacích těles pro Elektrosvit Nové Zámky. Byla převzata kompletní výroba z firmy Eletro-Praga Hlinsko. Zvláštní kategorii tvořily nehrotované odlitky pro MEZ Mohelnice (tělesa elektromotorů, elektrokrabice), Teslu Přelouč a Teslu Pardubice (rámy pro magnetofony). Hrotování bylo zajišťováno v ženských věznicích v Mírově a Pardubicích. Nesmíme zapomenout na tělesa pro pohyblivá schodiště, která odebírala Transporta Chrudim. Zahraniční vývoz byl zastoupen tělesy a víky plynoměrů dodávaných do Německa. Nářadí pro výrobu odlitků (formy a řezy) bylo z 95 % zajišťováno vlastní konstrukcí (7 konstruktérů) a nástrojárnou. V tlakové slévárně pracovalo přes 200 zaměstnanců. Pro úplnost uvádíme i ředitele z dob socializmu a jejich funkční období: Karel Šulc 1981–1986 a Ing. Tomáš Endl 1986–1990. Novodobá historie podniku v Hedvičině údolí začíná rokem 1996, kdy dochází k založení akciové společnosti KOVOLIS HEDVIKOV. D a l š í r o z vo j a p řá n í Majitelé tlakové slévárny Kovolis Hedvikov mají v plánu postavit novou halu v průmyslové zóně v Třemošnici, do které přemístí současnou obrobnu a nástrojárnu. „Naším cílem je zásadně zlepšit logistické a skladovací procesy,“ řekl Miloslav Pavlas. Vedení firmy využije uvolněné prostory obrobny a nástrojárny pro další stroje na tlakové lití. „Do dnešní nástrojárny umístíme naši již zmíněnou špičkovou záležitost – rheocasting. Naši vývojáři a technologové pracují na dalších rozvojových projektech, které zajistí práci pro lidi v regionu ne na roky, ale na celá desetiletí. Těšíme se na to, že se nám podaří zlepšit určité procesy v rámci firmy a stabilizovat nárůst poptávky našich zákazníků a že půjdeme cestou efektivnějšího plánování. Naše plány bychom nemohli uskutečnit bez lidských zdrojů. Chceme si zajistit kvalitní pracovníky, kteří budou našimi kmenovými zaměstnanci. S tím souvisí další moje přání, aby se prohloubila hrdost a chuť být součástí firmy a podílet se na jejím dalším vývoji a růstu,“ prozrazuje na závěr generální ředitel Miloslav Pavlas plány do budoucna. L i t e ra t u ra [1]

Kovolis Hedvikov, a. s. Firemní Almanach 1816–2006.

Ediční plán časopisu Slévárenství na rok 2016 Media – Daten 2016 Editorial plan of the foundr y periodical Slévárenství for 2016 číslo / / Heft / / Issue No

uzávěrka / / Redaktionsschluss / / deadline

číslo vyjde / / Erscheinungstermin / / publication date

tematické zaměření / / Themenbereich / / special topic

Ekonomický pohled na slévárenskou výrobu 1–2

24. 11. 2015

25. 2. 2016

Adresa / editorial office redakce časopisu Slévárenství Technická 2, 616 00 Brno Czech Republic

Gussproduktion – ökonomische Aspekte Foundry production from the economic point of view Odlitky ze slitin neželezných kovů

3–4

Dva bloky motorů tryskané ve 25 sekundách

NE-Legierungenguss

tel.: +420 541 142 664 +420 541 142 665

Castings from non-ferrous metals Všeobecné zaměření 5–6

15. 4. 2016

30. 6. 2016

Allgemeine Themen

redakce@svazslevaren.cz slevarenstvi@svazslevaren.cz www.slevarenstvi.svazslevaren.cz

General topic number FOND-EX 2016 / odborné články 7–8

8. 6. 2016

31. 8. 2016

15. 12. 2016

Allgemeine Themen / Bewertungsberichte – FOND-EX 2016 General topic number / evaluation of the FOND-EX Fair 2016

Rozměry [mm] Abmessungen Parameters

1,300 €

21 000 Kč

•

1,200 €

20 500 Kč

•

4. strana

1,100 €

22 000 Kč

1,250 €

•

velikost / Grösse / size

čb. + 1 barva / sw. + + 1 Farbe / black-and-white plus 1 colour

bar. / vierfarb / colour

12 700 Kč

•

800 €

15 800 Kč

•

900 €

1/2 A4

6 400 Kč

•

400 €

7 900 Kč

•

500 €

9 400 Kč

•

700 €

1/3 A4

4 300 Kč

•

300 €

5 300 Kč

•

400 €

6 300 Kč

•

500 €

1/4 A4

3 200 Kč

•

190 €

4 000 Kč

•

250 €

4 800 Kč

•

350 €

1/8 A4

1 600 Kč

•

100 €

2 000 Kč

•

150 €

1 A4

čb. / sw. / / black-and-white

18 800 Kč

•

100

1,000 €

210

170

–

1 list (2 A4) / 1 Blatt / 1 sheet

24 500 Kč

1 A4 před nebo za obsahem / vor oder hinter dem Inhalt / preceding or behind the content

20 500 Kč

volně vložený list dodaný zákazníkem / Freieinlageblatt / loose inserted sheet

170

297

UVNITŘ / IM HEFT / INSIDE

210

145

•

3. strana

•

10 000 Kč

1 ,500 € 1,100 € •

23 000 Kč

2. strana

ceník inzerce 2016

1. strana

297

Ceník inzerce Preisliste von Anzeigen A rate card of advertisements OBÁLKA – 1 A4 – bar. / UMSCHLAGSEITE – 1 A4 – farbig / COVER – 1 A4 – colour

Brno 3.–7. 10. 2016

170

500 €

297

RMBS – tryskací zařízení ve tvaru bubnu pro bloky motorů obsahuje dvě tryskací komory – během tryskacího procesu lze zavážet a vyvážet díly

265

27. 9. 2016

265

11–12

125

27. 10. 2016

125

1. 8. 2016

265

9–10

28. 4. 2016

ediční plán 2016

18. 2. 2016

SLÉVÁRENSTVÍ č. 5 – 6/ 2016

BEREME TEORII VÁŽNĚ!

MAGMA GmbH K Vinici 1256 53002, Pardubice Czech Republic +420 773 154 664 p.kotas@magmasoft.cz www.magmasoft.de

Všeobecné zaměření

5–6/2016