MASARYKOVA UNIVERZITA Pedagogická fakulta Katedra chemie
Ţelezo, slitiny ţeleza a jejich výroba – multimediální výukový systém
Diplomová práce
Hana Šťastná
Brno 2011
Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci zpracovala sama s uţitím literatury a pramenů uvedených v seznamu literatury na konci práce.
V Brně dne 30. 11. 2011
Hana Šťastná
2
Poděkování Ráda bych touto cestou poděkovala Doc. RNDr. Luďkovi Jančářovi, CSc., vedoucímu mé diplomové práce, za cenné připomínky, odborné rady a trpělivost při tvorbě práce. Dále děkuji za spolupráci firmě STS Šumperk, a.s., slévárně šedé litiny v Zábřehu na Moravě, zastoupené p. Ing. Klierem a p. Sehnalem, firmě NEMETZGUSS, GmbH, Wiener Neustadt, Rakousko, zastoupené p. Dipl. Ing. Nemetzem a p. Ing. Zlevorovi za pomoc při řešení diplomové práce.
3
Obsah
1. Úvod
6
2. Cíl diplomové práce
7
3. Výroba slitin ţeleza
8
3.1. Suroviny
8
3.2. Výroba surového ţeleza
10
3.2.1. Vysoká pec
10
3.2.2. Procesy ve vysoké peci
11
3.3. Výroba oceli a litiny
12
3.3.1. Výroba oceli
13
3.3.2. Výroba litiny
14
3.3.2.1. Vývoj slévárenství
14
3.3.2.2. Bílá litina
15
3.3.2.3. Šedá litina
15
3.3.2.4. Tvárná litina
16
4. Technologie výroby odlitků z šedé litiny
17
4.1. Příprava formy
17
4.1.1. Výroba modelů
19
4.1.2. Materiály pro výrobu pískových forem
19
4.1.3. Úprava formovacích směsí
20
4.2. Výroba forem a jader
20
4.2.1. Ruční formování
21
4.2.2. Strojní formování
23
4.2.3. Výroba jader
23
4.3. Slévárenské pochody
24
4.3.1. Krystalizace
24
4.3.2. Zabíravost a plnění formy
24
4.3.3. Smršťování kovu při tuhnutí
25
4
4.3.4. Smršťování kovu v pevném stavu
26
4.3.5. Plyny v kovu
26
4.4. Odlévání
27
4.4.1. Výroba šedé litiny v kupolových pecích
27
4.4.2. Odlévání
27
4.5. Dokončovací práce
28
5. Slévárna šedé litiny (výukový pořad)
29
5.1. Komentář k výukovému pořadu
29
5.2. Scénář k výukovému pořadu
30
5.3. Fotogalerie
32
6. Didaktické testy
34
7. Závěr
41
8. Literatura
42
9. Přílohy
44
9.1. Seznam obrázků
44
5
1. Úvod Mezi nejvýznamnější technické materiály patří kovy. Na jejich existenci závisí prakticky veškerá odvětví lidské činnosti. Nejdůleţitější skupinou kovových materiálů současné inţenýrské praxe jsou slitiny ţeleza. Jejich různé druhy, od nízkouhlíkových ocelí, aţ po surové ţelezo a litiny, se liší obsahem uhlíku a ostatních příměsí a také způsobem výroby. Veliká šíře dosaţitelných uţitných vlastností, např. fyzikálních, mechanických i technologických, závisí na mnoţství přimíšených prvků [1]. Jednou z nejkratších cest, umoţňující přechod od surovin k výrobku, je odlévání. Výrobek je tvořen přímo z roztavené kovové slitiny. Při odlévání se roztavený kov vlije do formy, jejíţ dutina má tvar a velikost budoucího odlitku [2]. Při tomto způsobu výroby můţe konstruktér navrhnout i tvarově velmi sloţité odlitky, které by nebylo moţné vyrobit ţádným jiným způsobem. Odlévání umoţňuje téměř ideální přizpůsobení tvaru odlitku jeho vyuţití. Tím lze dosáhnout značného zhospodárnění výroby.
6
2. Cíl diplomové práce
Hlavním cílem této diplomové práce je vytvoření výukových materiálů z oblasti výroby ţelezných slitin, především litinových odlitků. Výukový materiál je určen pro výuku na pedagogických fakultách vysokých škol nebo na středních školách. Práce navazuje na výklad teorie uvedený v předchozí bakalářské práci [3]. Výukový materiál se skládá z těchto částí: –
popis způsobů výroby slitin ţeleza
–
popis technologie výroby šedé litiny
–
výukového pořadu
–
fotogalerie
–
didaktických testů. Práce se věnuje hlavně výrobě šedé litiny a je podkladem pro výukový videopořad,
který chronologicky popisuje tuto výrobu.
7
3. Výroba slitin ţeleza
Principem výroby slitin ţeleza je redukce oxidů ţeleza obsaţených v ţelezných rudách. Výrobní technologie se dělí na přímou výrobu ţeleza z rud a nepřímou výrobu ocelí a litin. Z vysokých pecí je produktem redukčních pochodů surové ţelezo, které je dále zpracováváno v ocelárnách, nebo slévárnách na oceli a litiny.
3.1. Suroviny Ţelezné rudy jsou hlavně oxidy ţeleza a lze je podle chemického sloţení rozdělit na: Bezvodé oxidy:
Hematit (krevel, Fe2O3) 60 % Fe – viz obr. 1 [4] Magnetit (magnetovec, Fe3O4) 68 % Fe – viz obr. 2 [4]
Hydratované oxidy: Limonity (hnědele, Fe2O3.n H2O) – viz obr. 3 [4] Uhličitany:
Siderit (ocelek, FeCO3), obsahuje 25 – 40 % Fe
Křemičitany:
Chamosit (Fe,Mg)15Al10Si11O52.16 H2O – málo významná surovina.
Obr. 1 Hematit
8
Obr. 2 Magnetit
Obr. 3 Limonit
Manganové rudy se dělí podobně jako rudy ţelezné na bezvodé a hydratované oxidy a uhličitany [5]. Druhotné suroviny Druhotné suroviny představují odpady chemického (pyritové výpalky), hutního a strojírenského průmyslu. Palivo a struskotvorné suroviny Palivem a současně redukčním činidlem ve vysokých pecích je metalurgický koks. Metalurgický koks obsahuje 83 aţ 91 % uhlíku a 6 aţ 12 % popela [5]. Většina rud má kyselý charakter, a proto jsou struskotvorné přísady zásadité. Hlavní struskotvornou přísadou je vápenec (CaCO3), dále se pouţívá dolomitický vápenec CaMg(CO3)2, nebo dolomit [6].
9
3.2. Výroba surového ţeleza 3.2.1. Vysoká pec Výroba surového ţeleza probíhá ve vysoké peci, produktem tohoto procesu je surové ţelezo ve formě ocelových ingotů přesně definovaného sloţení, které se pouţívají jako surovina k dalšímu metalurgickému zpracování v ocelárnách a slévárnách. Surové ţelezo má vysoký obsah uhlíku a obsahuje také křemík, mangan, síru a fosfor. Proto se v dalším kroku zkujňováním obsah těchto prvků sniţuje. Schéma vysoké pece je na obrázku č. 4 [7].
Obr. 4 Schéma vysoké pece
10
Vysoká pec je šachtová pec s plynulým svrchním zaváţením ţelezné rudy, koksu a struskotvorných přísad (CaCO3). Vysoká pec je dvouplášťový ocelový válec, uvnitř vyzděný ţáruvzdornou vyzdívkou, Plášť je chlazený vodou. Do spodní části pece je vháněn horký vzduch a z vrchní části odebírán vysokopecní plyn. Topí se koksem. Pece jsou vysoké od dvaceti do třiceti metrů a pracují nepřetrţitě 5 – 15 let [8]. Poté je potřeba obnovit vyzdívku z ţáruvzdorných materiálů. Navezená vsázka (ruda, koks a vápenec) prochází prostorem pece svisle dolů, po cestě se postupně zvyšuje teplota. Roztavené surové ţelezo se shromaţďuje ve spodní části pece, odkud se pravidelně vypouští odděleně od strusky. Také struska je odebírána v pravidelných intervalech. Struska je vyuţita k dalšímu zpracování ve stavebnictví. Dalším vedlejším produktem tavby ve vysoké peci je vysokopecní plyn (N2, CO2, CO, H2) [6], je to cenné palivo, které se vyuţívá při samotné tavbě k předehřívání vzduchu a jako topný plyn v přidruţených ocelárnách.
3.2.2. Procesy ve vysoké peci Redukce oxidů ţeleza Nepřímá redukce je redukce oxidem uhelnatým ve středním pásmu pece. Při průchodu ţelezné rudy pecí dojde k jejímu kontaktu se spalinami, které obsahují oxid uhelnatý. Teplotní rozmezí je 400 °C – 1 000 °C. 3 Fe2O3 + CO → Fe3O4 + CO → FeO + CO
→
2 Fe3O4 + CO2 3 FeO + CO2
Fe + CO2
Přímá redukce, redukce uhlíkem. V niţších pásmech pece stoupá teplota aţ na 2 000 °C a zde dochází k přímé redukci ještě nezredukovaných oxidů ţeleza [8]. Fe3O4 + 4 C →
3 Fe + 4 CO
Fe2O3 + 3 C →
2 Fe + 3 CO
FeO + C
→
Fe + CO
11
Struska Úkolem vápence je tvorba strusky, která se shromaţďuje ve spodní části pece nad roztaveným ţelezem. Struska plave na hladině ţeleza, protoţe má menší hustotu, a tím chrání ţelezo před opětovnou oxidací kyslíkem. Vápenec se rozkládá podle rovnice: CaCO3
→
CaO + CO2
Oxid vápenatý je mimořádně reaktivní látka, váţe na sebe přednostně křemík formou křemičitanů vápníku, které tvoří hlavní součást strusky. Dál na sebe struska váţe síru ve formě sulfidů a nezredukované oxidy. Uhlík Koks je palivo a současně redukční činidlo. Spaluje se v proudu předehřátého vzduchu vháněného do pece zespodu výfučnami. Tím se koks oxiduje na oxid uhelnatý. 2 C + O2
→
2 CO
Tato reakce je zdrojem tepla na roztavení vyredukovaného ţeleza a strusky.
3.3. Výroba oceli a litiny Surové ţelezo vyrobené ve vysokých pecích má poměrně vysoký obsah uhlíku a dalších neţádoucích látek – křemíku, síry, fosforu, kyslíku, dusíku a vodíku. Zejména uhlík způsobuje, ţe surové ţelezo je křehké a nedá se zpracovávat kováním a taţením. Proto se prakticky všechno surové ţelezo dále upravuje tak, aby získalo poţadované mechanické, fyzikální a chemické vlastnosti. Tato úprava pomocí změny chemického sloţení, tváření a tepelného zpracování ústí v pestrou paletu vyráběných ocelí a litin [9]. Výroba ocelí roztavením surového ţeleza a dalšími procesy se provádí v metalurgických zařízeních několika typů. Ocelářské pochody slouţí ke sniţování koncentrace neţádoucích prvků, nebo naopak k legování. Důleţitou roli hraje i struska, k jejíţ tvorbě se nejčastěji pouţívá vápno.
12
3.3.1. Výroba oceli Ocel vzniká sníţením obsahu uhlíku ze surového ţeleza. Nejstarší metoda, dnes uţ nepouţívaná – pudlování – spočívá v promíchání surového ţeleza s hematitem. Vzniká tzv. svářkové ţelezo. Bessemer si nechal v roce 1856 patentovat nový zkujňovací proces – bessemerování. Ten spočívá v profukování roztaveného ţeleza kyslíkem nebo vzduchem v konvertorech. Reakcí všech kyselých příměsí, včetně fosforu, se zásaditou vyzdívkou vzniká zásaditá struska. Její další vyuţití je v zemědělské výrobě ke sníţení kyselosti půdy. Tento postup se pouţíval asi do roku 1910. Na základě nových poznatků chemických procesů a reakcí nahradil bessemerování [8] Siemens-Martinův proces, který probíhá v nístějové peci s kyselou nebo zásaditou vyzdívkou podle druhu surového ţeleza. Tento postup je hospodárnější a umoţňuje lepší ovlivňování sloţení. Spočívá v profukování surového ţeleza proudem čistého kyslíku. V padesátých letech minulého století byl pouţit tzv. zásaditý konvertorový proces. Ten je opět výrazně ekonomičtější. Vyzdívka je zásaditá. Další technologií je Siemensovo zkujňování ţeleza v elektrické peci, která se pouţívá při výrobě vysoce kvalitních ocelí. V současnosti je nejčastěji pouţívanou technologií Siemens – Martinův proces v elektricky vytápěných pecích. U běţných typů ocelí se obsah uhlíku sniţuje pod 1,5 %. Vyrábí se tak nelegovaná měkká ocel dobře mechanicky zpracovatelná. Její vlastnosti lze upravovat tepelným zpracováním. Ocel se dnes vyrábí převáţně v tzv. integrovaných hutních provozech, kde probíhá celá výroba od surového ţeleza přes ocelárnu a válcovnu aţ k hotovému polotovaru. Rozšířeny jsou i tzv. miniocelárny, kde se ocel vyrábí z ocelového odpadu. Tímto technologickým procesem dochází pouze k přetavení ocelového odpadu bez moţnosti úpravy jeho chemického sloţení a tím pádem i jakosti. Výroba probíhá v elektrických pecích, ocel je kontinuálně odlévána na bramy a sochory [10]. Ocelové polotovary jdou dále do válcoven na výrobu drátů, plechů, nosníků, kolejnic profilů atd. Část polotovarů se pouţívá v kovárnách pro výrobu výkovků.
13
3.3.2. Výroba litiny Litina je, stejně jako ocel, slitinou ţeleza, uhlíku a dalších prvků. Obsah uhlíku v litinách je řádově vyšší. Podle formy vyloučeného uhlíku (vločkový, lupínkový nebo kuličkový grafit) se litiny dělí na bílé a šedé, pod které patří i litiny tvárné. .Mechanické vlastnosti litin lze ovlivnit tepelným zpracováním. Jedna z nejkratších cest přechodu od surovin k výrobku je odlévání, kdy je výrobek vyroben přímo z roztavené kovové hmoty. Roztavený materiál se vlije do formy, jejíţ dutina má tvar a velikost budoucího výrobku. Ztuhnutím tekutého kovu vzniká odlitek, ten se buď dále mechanicky obrábí, nebo pouze natírá barvou, a tak se chrání před korozí [10]. Hmotnost odlitků je různá. Lze odlévat součásti od několika desetin gramu po několik stovek tun. Také počty kusů jsou velice variabilní.
3.3.2.1. Vývoj slévárenství Slévárenská výroba má velmi dlouhou historii. Její vznik se datuje asi 2 000 aţ 2 500 let před naším letopočtem, i kdyţ existují doklady o prvních odlitcích jiţ z doby 6 500 let před naším letopočtem. Počátek slévárenství je podmíněn objevem kovu s poměrně nízkou teplotou tavení – bronzu, a je tedy úzce spjat s dobou bronzovou. Bronzové období se ve slévárenství udrţelo aţ do konce renesance, tj. do počátku 17. století. Z bronzu (slitina mědi a cínu) se vyráběly odlitky více méně jako umělecká díla, sochy, chrámové dveře a podobné výrobky, dále například zvony a děla. Dalším materiálem pro výrobu odlitků byla litina. Tu bylo moţno vyuţít aţ se zavedením dmychadel ve vysokých pecích, kdy se dosáhlo teploty dostatečně vysoké k tomu, aby se ţelezo vyredukované z rud vysoce nauhličilo a sníţil se jeho bod tavení natolik, ţe se z pece vypouštělo tekuté [2]. První litinové odlitky se sice objevují koncem 14. století, ale podstatného rozšíření doznalo odlévání litiny v 16. a 17. století. Tehdy se odlévaly dělové koule a dělové hlavně. Později byla litina vyuţívána pro obecné účely, především pro odlitky kamen a jako umělecké odlitky. Největší rozvoj odlévání litiny spadá do druhé poloviny 19. století, protoţe je to, pro svoji pevnost a tvarovou přizpůsobivost, velmi vhodný materiál pro rozvíjející se průmysl a stavebnictví.
14
Devatenácté století je také vyvrcholením přechodu slévárenství z uměleckého řemesla na strojírenský obor. Slévárny vznikaly především v blízkosti strojírenských závodů (Praha, Brno, Plzeň, Vítkovice, Třinec) jako oddělení strojíren nebo hutí. Značný význam měl vynález kuplovny (r. 1794 Wilkinsonem) [2], díky tomu se slévárny staly nezávislé na hutích. Brzy se ukázalo, ţe šedá litina nestačí svými vlastnostmi pro nejnáročnější odlitky zbrojního průmyslu, a proto se po objevu nových metod výroby v elektrických pecích začala výroba ocelových odlitků (Plzeň, Vítkovice). Další zlom ve slévárenství nastal počátkem 20. století v souvislosti s rozvojem výroby hromadné spotřeby. Začínající velkovýroba ve strojírenství byla příčinou zavedení velkovýroby i ve slévárenství. Slévárenství se rozdělilo na kusovou výrobu a sériovou výrobu, kde se stále víc uplatňují nové výrobní stroje a technologie vedoucí aţ k automatickým linkám s produkcí stovek forem za hodinu.
3.3.2.2. Bílá litina Veškerý uhlík je vázán na ţelezo ve formě Fe3C (cementit). Tím jsou určeny její vlastnosti, je tvrdá, křehká a neobrobitelná. Pouţívá se buď přímo pro jednoduché odlitky (mlecí koule), nebo jako polotovar pro výrobu temperované litiny. Temperované litiny jsou svým chemickým sloţením podeutektické (viz diagram Fe – Fe3C [3]) bílé litiny s nízkým stupněm eutektičnosti, které jsou zpracovány temperováním. Temperování je dlouhotrvající ţíhání odlitků z bílé litiny, při kterém vzniká tzv. vločkový grafit. Temperovaná litina má vzhledem k vysokým výrobním nákladům pouze omezené vyuţití např. k výrobě fitinků [11].
3.3.2.3. Šedá litina Šedá litina je slitina ţeleza s uhlíkem, křemíkem, manganem, fosforem, sírou a dalšími prvky. Uhlík je vyloučen ve formě lupínků grafitu. Výsledná struktura, a s tím související mechanické vlastnosti, závisí na chemickém sloţení a rychlosti ochlazování. Rychlost ochlazování má vliv na krystalizaci grafitu. Čím jsou lupínky grafitu jemnější (při rychlejším ochlazování), tím je litina kvalitnější.
15
Šedá litina se vyrábí přetavením surového ţeleza a vratných surovin v kuplovnách nebo elektrických pecích. Šedá litina se dělí na obyčejnou (lupínkový grafit) a tvárnou (kuličkový grafit).
3.3.2.4. Tvárná litina Tvárná litina je slitinou ţeleza s uhlíkem, kde obsah uhlíku je vyšší neţ 2,06 %. Uhlík se vylučuje v základní struktuře jako kuličkový grafit. Kuličkového tvaru grafitu se dosáhne modifikací taveniny hořčíkem. Základní struktura je v závislosti na chemickém sloţení feritická aţ perlitická. Přestoţe v archeologických nálezech starých více jak 2 000 let byly objeveny struktury tvárné litiny, princip výroby byl náhodně objeven aţ v padesátých letech v USA. Výchozími surovinami pro výrobu tvárné litiny jsou: ocelový šrot, surové ţelezo, ferosilicium, vápenec, koks, křemenný písek a další. Suroviny se vsázejí do elektrických indukčních nebo obloukových pecí. Chemické sloţení lze během tavby upravit přísadami ferosilicia, feromanganu, nauhličovadel apod. Pro výrobu kvalitní tvárné litiny je obsah síry pod 0,025 % [11]. Po natavení vsázky a staţení strusky se tavenina vylije do modifikační pánve. Zde se litina modifikuje předslitinou FeSiMg, nebo kovovým hořčíkem. Reakce hořčíku s litinou je bouřlivá. Pro vyšší vyuţití účinku hořčíku se někdy pouţívá autokláv. Obsah hořčíku bývá mezi 0,03 aţ 0,06 % [11]. Pro vyšší kvalitu a zvýšení počtu krystalizačních zárodků se modifikovaná litina ještě očkuje přímo ve formě při odlévání. Pouţití tvárné litiny pro její mimořádně dobré mechanické vlastnosti, ekonomii výroby a dobrou opracovatelnost stále roste v automobilovém průmyslu, energetice a v dalších oborech.
16
4. Technologie výroby odlitků z šedé litiny V této kapitole je nastíněna technologie výroby odlitků z šedé litiny. Je věnována technologii lití do pískových forem s jádry. Odlévání do netrvalých jednorázových forem je převaţující technologií ve slévárnách. Formy se zhotovují z formovacího materiálu – písku, a jsou po odlití odlitku znehodnoceny. Materiál se pouţívá opakovaně. Výroba odlitků ve slévárně se člení do několika základních činností – viz obr. 5 [2].
Obr. 5 Schéma technologie výroby
4.1. Příprava formy Na následujících obrázcích (obr. 6) [12] je v sedmi krocích vidět sestavení formy. První je model odlitku, následuje jaderník s jádrem. Na dalších třech obrázcích je průřez horní a dolní polovinou formy, dále průřez hotové formy s vloţeným jádrem. Posléze je vidět surový odlitek a odlitek jiţ hotový – zbavený vtokových soustav.
17
Obr. 6 Písková forma
18
4.1.1. Výroba modelů Ke zhotovení formy, do které se lije tekutá litina je potřeba model a jaderník. Model odpovídá svým tvarem vnějšímu povrchu odlitku. Modely se vyrábí ze dřeva nebo epoxidových pryskyřic. Vnitřní dutiny odlitků se vytvoří jádry. Jádra se vyrábí v jadernících buď ručně, nebo strojově.
4.1.2. Materiály pro výrobu pískových forem Vzhledem k tomu, ţe zhruba jedna polovina zmetků je zapříčiněna špatnou formovací směsí, je třeba pečlivě dodrţovat kvalitu formovacích směsí [2]. Formovací materiály obvykle tvoří tři sloţky: ostřiva, pojiva a přísady. Podle původu mohou být přírodní nebo syntetické, ty se připravují uměle z jednotlivých sloţek. Podle způsobu pouţití se dělí na modelové a výplňové směsi. Modelové směsi přichází do styku s roztaveným kovem, musí být proto velmi jakostní. Připravují se obvykle z nových surovin. Výplňové směsi doplňují zbývající volný prostor v rámu. Obvykle se připravují z vratného písku získaného vyklepáním formy po odlití. Ostřiva tvoří základní kostru formovacího materiálu, určují hlavně spěchovatelnost, prodyšnost a odolnost proti roztavenému kovu. Nejčastěji se pouţívá křemen (oxid křemičitý – SiO2). Křemen je hlavní součástí přírodních písků a je nejlevnější. Jeho nevýhodou je diskontinuita dilatační křivky způsobená modifikačními změnami křemene, tím dojde k objemovým změnám a v důsledku toho k niţší rozměrové přesnosti odlitků. Pojiva tvoří pojivovou soustavu formovacích směsí, která se jemně rozprostře po jednotlivých zrnech ostřiva a váţe je dohromady. Tím pojivo dodává směsi vaznost a plastičnost. Anorganická pojiva. Nejčastěji se pouţívají jíly, méně často vodní sklo. Ve formovacích směsích bývá kolem 20 % pojiv. Jílová pojiva jsou nejrozšířenější díky své dostupnosti a ceně. Jsou to směsi velmi jemně rozpadlých jílových nerostů. Z těchto se nejvíc vyuţívají bentonity těţené v blízkosti Mostu. Vodní sklo je vodný roztok křemičitanu sodného (Na2O.nSiO2.mH2O). Do směsí se přidává v mnoţství 3 – 8 % [2]. Vytvrzení vodního skla dosáhneme sycením oxidem uhličitým nebo vysoušením vzduchem.
19
Organická pojiva, umělé pryskyřice, mají vysoké pevnosti po vysušení nebo vytvrzení směsi a velmi dobrou rozpadavost po odlití. Proto se pouţívají hlavně jako jádrové směsi. Přísady. Mleté černé uhlí zlepšuje povrch odlitku tím, ţe brání kovu proniknout mezi zrna písku. Pomocné látky. Nejsou přítomny přímo ve směsích, pouţívají se při výrobě nebo úpravě forem a jader. Patří mezi ně dělící prostředky (petrolej, grafit), které chrání modelová zařízení. Lepidla slouţící k lepení jader z jednotlivých částí. Dále postřiky a nátěry, které zkvalitňují povrchy forem a jader.
4.1.3. Úprava formovacích směsí Suroviny na výrobu formovacích směsí se naváţí do skladu slévárny, umístěného obvykle na zadní stěně výrobní haly. Písek se suší v bubnových sušárnách. Vratný písek se prosévá, čímţ se z něj odstraní hrubé částice. S proséváním se spojuje magnetické odlučování kovových částic. Míšení je nejdůleţitější úpravou formovacího materiálu. Písek se při něm rovnoměrně promíchává s pojivem, přísadami a vodou v mísičích asi tři aţ pět minut. Odtud se směs vysype na dopravní pás nebo do transportní bedny. Tím je připravena ke zpracování. Kvalita se u formovacích směsí standardně sleduje stanovením vlhkosti, vaznosti prodyšnosti a pevnosti v tahu.
4.2. Výroba forem a jader Při výrobě odlitků z šedé litiny se téměř výhradně pouţívají netrvalé formy. Při tomto postupu se z formovací směsi (písku) zhotoví obtisk modelu – forma. Po odlití kovu se forma teplem znehodnotí a písek se vrací zpět do výrobního cyklu jako vratný písek. Příprava formovacích směsí z nového písku se z ekonomických důvodů omezuje jen na nejmenší moţnou míru a takovou směsí se obalí jen model.
20
4.2.1. Ruční formování Vyuţívá se převáţně při kusové výrobě odlitků. Slévač pomocí ruční nebo pneumatické pěchovačky písek ve formovacím rámu upěchuje na model, tím vytvoří jeho obtisk. Forma se pěchuje po vrstvách tak, aby měla po výšce rovnoměrnou tvrdost. Nosnou a vyztuţovací konstrukci tvoří formovací rámy. Při vytváření formy se jednotlivé rámy na sebe skládají. Většina forem je sloţena ze dvou rámů (vršek a spodek). Rámy mají mít malou hmotnost a dobrou tuhost, obvykle se zhotovují ze šedé litiny a jsou odlehčeny ventilačními otvory, které zároveň slouţí pro odvod plynů z formy při odlévání. Rámy jsou opatřeny čepy k usnadnění manipulace s nimi. Zvlášť pak k snadnému otáčení pomocí jeřábu. Při skládání rámů na sebe je zapotřebí velké přesnosti, aby nedošlo k přesazení jednotlivých částí formy. Proto musí být stykové plochy rámů pečlivě obrobeny. Přesného vedení jednoho rámu proti druhému se dosáhne zaváděcími kolíky. Postup formování v rámech na model Ruční výroba formy se skládá z následujících operací (obr. 7) [2]. Na formovací desku se poloţí polovina modelu a spodní formovací rám (1) (obr. 7 a). Model (2) se zapráší nebo postříká dělícím prostředkem (grafit, petrolej) a zasype asi 20 mm tlustou vrstvou přesáté modelové směsi z nového písku (3). Směs se přimáčkne na model. Potom se nahazuje ve vrstvách výplňový písek (4) a postupně se zapěchovává (5) (obr. 7 b). Přebytečný písek se seřízne a do formy se napíchají průduchy (obr. 7 c). Formovací rám se obrátí, na něj se uloţí horní formovací rám (9) se zaváděcími kolíky (6) a nasadí druhá polovina modelu (7) s vtokem a nálitkem (obr. 7 d). Po zaprášení dělící plochy a modelu dělícím práškem se obdobně zaformuje i vrchní rám. Pak se poklepáním uvolní vtok i nálitek a vyjmou se (obr. 7 e). Vrchní rám se opatrně sejme, obrátí a uloţí vedle spodního. Obě poloviny modelu se uvolní oklepáním a vyjmou. Do formy se přiříznou zářezy a provedou se potřebné opravy a úpravy (obr. 7 f). Aby bylo moţné vyjímat snadno model z formy, nelze mít stěny modelu přesně kolmé na dělící rovinu, musí mít úkos.
21
Po případném zaloţení jader, která zůstanou ve formě při lití kovu, se forma vyfouká (12) a sloţí (obr. 7g). Zajištěním proti vztlaku kovu se ukončí příprava formy pro lití. Vztlaku kovu se zabrání zatíţením formy.
Obr. 7 Formování
22
Některé tvarově sloţité odlitky se vyrábí do tří rámů a více rámů. Formování do tří rámů začíná prostředním rámem, pak se prostřední rám obrátí, na něj se poloţí spodní rám a zaformuje. Po obrácení obou sloţených rámů se přiloţí rám vrchní a forma se zaformuje. Poté se vyjmou nálitky a vtoky, forma se rozebere, dělený model se vyjme, forma se ošetří, znovu sloţí a tím je připravena k odlití.
4.2.2. Strojní formování Strojní formování je velmi rozšířenou metodou při sériové a hromadné výrobě odlitků. Formy vyrábí lisovací a střásací stroje, proto jsou pevnější, přesnější a stejnoměrně upěchované [2]. Modely jsou rozdělené a kaţdá polovina modelu je upevněna na formovací desce. Obvykle formují dva stroje současně jednu formu. První stroj formuje vršek, druhý spodek formy, která se následně sesadí.
4.2.3. Výroba jader Jádra se pouţívají pro vytvoření vnitřních tvarů odlitků. Pokud jsou v odlitku otvory (dutiny), pak pouţíváme k jejich vytvoření jader, která do formy vkládáme. Jádra bývají nejvíce namáhanou částí formy, a proto se vyrábí z velmi jakostního materiálu. Výroba jader probíhá, podobně jako u forem, ručně a strojně, v obou případech se vyrábí v jadernících (negativ jádra). Sloţený jaderník se postaví na desku a vyplní jádrovou směsí, vytvrdí, rozloţí a jádro se vyjme.
23
4.3. Slévárenské pochody Znalost pochodů probíhajících ve formě a v odlitku má rozhodující význam pro vypracování správného výrobního postupu odlitku a tím na kvalitu výroby.
4.3.1. Krystalizace Po odlití roztavené litiny do formy se tekutý kov ochlazuje odvodem tepla stěnami formy. Kov ztuhne v teplotním intervalu (pouze čistý kov a litina o přesně určeném sloţení tuhnou při jediné teplotě). Toto rozmezí je určeno hlavně obsahem přísadových prvků. V intervalu tuhnutí je pásmo tuhnutí vyplněno narůstajícími krystaly a taveninou. Velikost krystalů a jejich tvar jsou značně ovlivněny způsobem odvodu tepla. Čím větší je odvod tepla, tím jsou jemnější krystaly a lepší mechanické vlastnosti litiny.
4.3.2. Zabíhavost a plnění formy Zabíhavost kovu není jeho fyzikální vlastnost. Je to technologická vlastnost, která vyjadřuje schopnost litiny zaplnit formu [2]. Zabíhavost závisí na mnoha faktorech, od sloţení kovu, sloţení formovacích směsí, přes tvar odlitku aţ k teplotě lití. Z tohoto důvodu je třeba provádět zkoušky zabíravosti odlitím vzorků. Vtoková soustava Vtoková soustava se zhotovuje pro zaplnění dutiny formy tekutým kovem. Má zajistit dobré vyplnění dutin formy, homogenní teplotní pole odlitku, zabránit vniknutí strusky a nečistot do dutiny formy. Vtoková soustava se skládá z licí jamky, vtokového kanálu, odstruskovače a zářezů. Odstruskovač rozvádí tekutý kov do zářezů a slouţí také k zachycení nečistot. Zářezy spojují odstruskovač s formou a tím se jimi plní vlastní forma (obr. 8) [2].
24
Obr. 8 Vtoková soustava
4.3.3. Smršťování kovu při tuhnutí Chladnutí litin je doprovázeno zmenšováním jejich objemu – smršťováním. Dochází k tomu z důvodu změny měrné hmotnosti litiny, která s klesající teplotou roste. V důsledku smršťování (stahování) při tuhnutí vznikají v odlitku staţeniny a řediny. Staţeniny a řediny jsou dutiny v odlitku. Pochod tvorby staţenin a ředin v odlitcích nazýváme stahováním. Abychom doplnili úbytek objemu při tuhnutí, musíme do formy nalít větší objem tekuté litiny, neţ je objem odlitku. Zásobník tekutého kovu, ze kterého se doplňuje úbytek objemu je nálitek a je třeba, aby se staţenina soustředila v nálitku. Pro dosaţení kvalitního odlitku musí jeho tuhnutí postupovat od nejvzdálenějšího místa aţ do nálitku, který má ztuhnout poslední. Velikost, počet a umístění nálitků je dáno konstrukcí odlitku. Z hotového odlitku se odstraňuje uraţením.
25
4.3.4. Smršťování kovu v pevném stavu Smrštění odlitku v pevném stavu je příčinou vzniku vnitřních pnutí, trhlin, prasklin nebo deformace odlitku. Dochází ke zmenšení rozměrů o 1 %. O tuto hodnotu smrštění je potřeba zvětšit rozměry modelu. Proti vzniku těchto vad se bráníme vhodnou konstrukcí odlitku (plynulé přechody, rovnoměrné tloušťky stěn), dodrţováním technologických postupů ve výrobě a pomalým rovnoměrným ochlazováním. Pokud přes všechna opatření vnitřní pnutí vznikne, je moţno je odstranit buď přirozeným uvolňováním – stárnutím (dlouhodobé skladování) nebo ţíháním na odstranění pnutí.
4.3.5. Plyny v kovu Roztavené kovy rozpouští plyny. Tyto plyny bývají příčinou vzniku bublin v kovu. Rozpustnost plynu klesá při ochlazování taveniny a výrazně se sniţuje v okamţiku tuhnutí. Jedná se o vodní páru, vzduch, oxid uhelnatý, dusík a vodík. K odstranění plynů z formy nestačí pouze samotná prodyšnost formovací směsi. Proto se ve formě vytváří kanálky pro odvod plynů – výfuky a průduchy. Výfuk je hlavní kanálek umístěný vţdy v nejvyšším bodě odlitku. Současně slouţí jako značka o tom, ţe je forma naplněná. Průduchy tvoří odvětrávací soustavu dutiny formy. Vytváří se propichováním formy ocelovým bodcem o průměru 3 – 12 mm do hloubky kolem 20 mm [2].
26
4.4. Odlévání 4.4.1. Výroba šedé litiny v kupolových pecích Kupolová pec – kuplovna je zařízení na výrobu šedé litiny. Je to pec válcového tvaru se spodní výpustí, odkud se odebírá tekutá litina. Do pece se vrchem průběţně sází ingoty surového ţeleza, vápenec, litinový odpad a koks. Koks je současně zdrojem energie k roztavení kovu. Ve slévárnách jsou obvykle dvě kuplovny, z nichţ jedna produkuje tekutý kov, druhá je odstavena a střídají se po jednom dni. Na konci tavby se pec podrazí, tj. otevřou se spodní dvířka a struska vypadne na podlahu, vychladne a další den se odstraní. Konstrukce pece je ocelová, vyzdívka ze ţáruvzdorných cihel, plášť je chlazený vodou.
4.4.2. Odlévání Natavený kov se vypouští z tavících pecí do slévárenských pánví (licích pánví), ze kterých je odléván do formy. Pánve se dopravují jeřábem nebo na vysuté dráţce, mají tvar hrnce nebo bubínku. (obr. 9) [2]. Kov se odlévá horem naklopením pánve pomocí kola a šnekového převodu. Pánve jsou vyrobeny z ocelového plechu a vyzděny ţáruvzdornou vyzdívkou.
Obr. 9 Licí pánve 27
4.5. Dokončovací práce Po odlití je nejprve nutné počkat aţ odlitek vychladne na takovou teplotu, aby snesl další manipulaci. Potom se surový odlitek uvolní z formy buď ručním vytloukáním nebo na střásacím roštu. Následuje hrubé čištění odlitků od zbytků připečeného písku tryskáním ocelovými broky. Další operací je odstranění vtoků, nálitků a výfuků ulamováním. Odlitky se mohou popřípadě tepelně zpracovat. Na závěr se odlitky brousí a natírají základním nátěrem proti korozi.
28
5. Slévárna šedé litiny (výukový pořad)
5.1. Komentář k výukovému pořadu Začínáme obrazem surovinové haly pohledem na zvoncový elektromagnet dopravující šrot z bunkru do kuplovny. Do vsázky dále patří surové ţelezo, koks a vápenec, které jsou skladovány v dalších bunkrech surovinové haly. Pořad pokračuje pohledem do modelárny, kde se právě připravuje epoxidový model odlitku pro ruční formování. Na fotografii je vidět dále několik jiných modelů uloţených ve skladu poblíţ formovny. Pískové hospodářství sestává ze zásobníku nového a vratného písku, které se v různých směsích s dalšími chemickými přísadami v mísičích dopravuje jak na formovnu, tak do jaderny. Výroba jader můţe být ruční nebo strojní. V pořadu vidíme výrobu jader z bentonitového písku vytvrzovaného pomocí CO2. Tvar jádra můţe být i velmi sloţitý jak je vidět na obrázku. Vlastní formovna bývá rozdělena na část strojního a ručního formování. Strojní formování se uplatňuje především u menších odlitků vyráběných ve velkých sériích. Pořad ukazuje formování jednoduchého odlitku, kdy na desku formovacího stroje je nejprve připevněna spodní část modelu, na ni se poloţí formovací rám, to se zasype pískem a kombinací tlaku a setřásání se forma upěchuje na poţadovanou pevnost. Po odformování několika kusů spodní části modelu se tato vymění za vrchní díl a proces formování se opakuje. Hotové formy se odváţejí na licí pole, kde se kompletují spodní a horní díly. Ruční formování se pouţívá především pro větší a sloţitější odlitky. Postup je podobný tomu strojnímu ale je pracnější. Před sloţením obou částí formy se do dutiny vkládají připravená jádra. Jsme na slévárně šedé litiny pouţívající technologii tavení v kupolových pecích. Vlastnímu odpichu předchází kontrola teploty taveniny, dodrţení odpichové teploty zásadně ovlivňuje kvalitu odlitků. Na počátku vylévání taveniny do licí pánve se odebírají zkušební vzorky pro chemickou a mechanickou zkoušku.
29
Naplněnou licí pánev jeřáb přepraví na licí pole, kde jsou připraveny formy jak z ruční, tak strojní formovny. Zpravidla se nejdříve odlévají malé odlitky a postupně s klesající teplotou taveniny se přechází na odlitky větší. Po odlití se určitou dobu nechají stát rámy na licím poli a teprve po vychladnutí pod technologicky danou teplotu putují do chladicího tunelu a na vytřásací rošty, kde se odlitky vyklepou z rámů a pokračují do cídírny a apretace. Tam se zbaví zbytků písku a vtokové soustavy. Dalším krokem je tryskání kovovými broky a broušení, kde se odlitky zbaví všech zbytků z formy. Některé odlitky se podle poţadavků odběratele natírají základovou barvou proti zrezavění. Ke zvláštním poţadavkům patří také tepelné zpracování – ţíhání odlitků, nebo jejich hrubé opracování. Na konečnou expedici se odlitky připravují ve skladu hotových odlitků, kde se balí dle poţadavků zákazníka.
5.2. Scénář k výukovému pořadu od
Komentář
1. obraz:
0,19
„Manipulace se šrotem v bunkru surovinové haly.“
2. obraz:
0,28
„Housky surového ţeleza připravené k naváţení do kuplovny.“
3. obraz:
0,44
„Broušení modelu v modelárně, následuje pohled na sklad modelů.“
4. obraz:
1,04
„Jaderník se poloţí na desku, ručně zasype pískem, upěchuje a písek se vytvrdí oxidem uhličitým.“
5. obraz:
2,00
„Jaderník se rozebere a hotové jádro opatrně uloţí do vozíku.“
6. obraz:
2,22
„Při strojní výrobě jader se jaderník plní pískem ze zásobníku stroje a strojově se také písek střásá.“
7. obraz:
2,48
„Poté se vpichují ocelovou jehlou výfuky a jádro se vytvrdí opět oxidem uhličitým.“
8. obraz:
3,21
„Jaderník se rozebere.“
9. obraz:
3,55
„Prasklé jádro – zmetek, se vyhodí rovnou do vratného písku.“
10. obraz:
4,00
„Jádra připravená na vloţení do forem.“
11. obraz:
4,10
„Dva formovací stroje.“
30
12. obraz:
4,13
„Zásyp formy pískem, upěchování formy střásáním.“
13. obraz:
4,36
„Hloubení vtokové jamky.“
14. obraz:
4,53
„Horní rám se odveze na licí pole, kde se sesadí se spodním rámem.“
15. obraz:
5,01
„Modelová deska na strojní formování odlitků rámečků.“
16. obraz:
5,09
„Spodní rám odlitků rámečků.“
17. obraz:
5,27
„Ruční formování do tří rámů. Na jeřábu visí střední a horní hotový rám, odloţí se na podloţku.“
18. obraz:
5,59
„Zapěchovaná první část modelu.“
19. obraz:
6,19
„Přidá se druhá část modelu.“
20. obraz:
6,37
„Nasadí se třetí rám včetně vytyčovacích kolíků, model se zasype grafitem, rám se vyplní pískem a pěchuje.“
21. obraz:
8,47
„Zarovnání formy.“
22. obraz:
9,11
„Trojdílná forma se znovu rozebere, aby bylo moţné vyjmout model a vloţit jádra.“
23. obraz:
10,05
„Hloubení zářezů a vtokových kanálů.“
24. obraz:
12,26
„Ve spodním rámu je jiţ vloţeno jádro, opatrně se sesadí prostřední rám.“
25. obraz:
13,33
„Po vloţení dalšího jádra se sesadí vrchní rám a forma je hotová.“
26. obraz:
14,26
„Při odpichu se odstraní grafitová zátka a ţlábkem nateče litina do licí pánve.“
27. obraz:
15,06
„Po naplnění licí pánve se ucpe odpichový otvor v kuplovně grafitovou zátkou a pánev se odveze k odlévání.“
28. obraz:
15,30
„Naplní se další licí pánev.“
29. obraz:
15,49
„Z kaţdé tavby se odebere vzorek k mechanickým zkouškám.“
30. obraz:
16,01
„Postupně se z pánví odlijí všechny nachystané formy.“
31. obraz:
16,48
Z pískových forem vyskakují modré plamínky hořících plynů.“
32. obraz:
17,28
„Zbytek taveniny se musí z pánve vylít do připravených forem, litina se nesmí nechat zatuhnout v pánvi.“
33. obraz:
17,30
„Ruční vytloukání a vytloukací tunel, kde se odlitky zbaví písku z forem.“
Ukázka snímku odpichu kupolové pece z 26. obrazu je uvedena na obrázku č. 10.
31
Obr. 10. Ukázka snímku z výukového videopořadu
5.3. Fotogalerie Společně s výukových videopořadem byla ve slévárně šedé litiny STS Šumperk, a. s. v Zábřehu na Moravě pořízena řada fotografií, které byly pouţity pro tvorbu názorné fotogalerie, skládající se ze 3 samostatných podgalerií (fotogalerie 1 – fotogalerie 3). Ukázka fotogalerie 1 je uvedena na obrázku č. 11. Pořízené fotografie byly zařazeny i do výše popisovaného výukového videopořadu.
32
Obr. 11 Ukázka fotogalerie 1
33
6. Didaktické testy
K procvičování učiva byly vytvořeny soubory didaktických testů a to z následujících kapitol: 3. Výroba slitin ţeleza – 12 otázek 4. Technologie výroby odlitků z šedé litiny 1. část – 10 otázek 4. Technologie výroby odlitků z šedé litiny 2. část – 10 otázek 5. Slévárna šedé litiny (výukový pořad) – 10 otázek. Všechny testové poloţky jsou uzavřené s jednou správnou odpovědí ze 4 moţných variant.
3. Výroba slitin ţeleza
1. Mezi ţelezné rudy nepatří: a) galenit + b) hematit c) limonit d) magnetit 2. Ve vysoké peci je nejvyšší teplota: a) v části odvodu plynů b) ve středním pásmu pece c) je prakticky stejná po celé výšce pece d) ve spodní části pece + 3. Do vysoké pece se zaváţí: a) ţelezná ruda, černé uhlí b) ţelená ruda, koks, vápenec + c) ţelezná ruda, černé uhlí, vápenec d) ocelové ingoty, koks, oxid vápenatý 4. Produkty tavby ve vysoké peci jsou: a) surová litina, struska, vysokopecní plyn b) surové ţelezo, struska c) surové ţelezo, struska, vysokopecní plyn + d) surové ţelezo, vysokopecní plyn
34
5. Redukce oxidů ţeleza probíhá takto: a) nepřímá: CO, při teplotě 400 – 1 000 °C Fe2O3 na Fe3O4 na FeO na Fe přímá: C, aţ 2 000 oC Fe3O4, Fe2O3, FeO na Fe + b) nepřímá: C, při teplotě 400 – 1 000 °C Fe2O3 na Fe3O4 na FeO na Fe přímá: CO, aţ 2 000 oC Fe3O4, Fe2O3, FeO na Fe c) nepřímá: CO, při teplotě aţ 2 000°C Fe2O3 na Fe3O4 na FeO na Fe přímá: C, při teplotě 400 – 1 000 oC Fe3O4, Fe2O3, FeO na Fe + d) nepřímá: CO, při teplotě 400 – 1 000 °C Fe3O4, Fe2O3, FeO na Fe přímá: C, aţ 2 000 oC Fe2O3 na Fe3O4 na FeO na Fe 6. Hlavní součásti strusky jsou: a) křemičitany vápníku + b) uhličitan vápenatý, sulfidy, oxidy ţeleza c) uhlík, křemičitany vápníku d) vápenec, oxid uhelnatý, ţelezo 7. Struska má tyto zásadní funkce: a) chrání ţelezo před opětovnou oxidací kyslíkem b) chrání ţelezo před opětovnou oxidací kyslíkem, CaO váţe na sebe Si + c) oxiduje taveninu d) tvoří prostředí pro redukci ţeleza v peci 8. V současnosti se nejvíce vyuţívá na výrobu oceli: a) bessemerování v konvertorech b) pudlování c) zkujňování ve vzduchových konvertorech d) Siemens – Martinův proces v elektricky vytápěných pecích + 9. Základní druhy litin jsou: a) tvárná, šedá, černá b) bílá, šedá, ocelolitina c) šedá, tvárná, modrá d) bílá, šedá, tvárná + 10. Vločkový grafit v bílé litině vzniká: a) krátkodobým ţíháním b) stárnutím c) temperováním + d) kalením
35
11. Na výslednou strukturu šedé litiny má vliv: a) rychlost ochlazování odlitku a jeho chemické sloţení + b) teplota tavení a rychlost ochlazování odlitku c) bazicita vyzdívky d) chemické sloţení odlitku 12. Typy grafitu v druzích litin: a) kuličkový v bílé, lupínkový v šedé, vločkový v tvárné b) krouţkový v bílé, lupínkový v šedé, vločkový v tvárné c) vločkový v bílé, lupínkový v šedé, kuličkový v tvárné + d) vločkový v bílé, kuličkový v šedé, lupínkový v tvárné
4. Technologie výroby odlitků z šedé litiny – 1. část
1. Jádry se vytvoří: a) vtoková soustava a odstruskovač, vnitřní dutiny odlitků b) vtoková soustava a vnitřní dutiny odlitků c) vtoková soustava a výfuky d) vnitřní dutiny odlitků + 2. Formovací materiály mají obvykle tyto sloţky: a) ostřiva (křemen), plniva (jíly), přísady (černé uhlí) b) ostřiva (SiO2), pojiva (jíly nebo vodní sklo), přísady (černé uhlí) + c) ostřiva (SiO2), pojiva (jíly nebo pyrit), přísady (grafit) d) ostřiva (SiO2), plniva (jíly), přísady (černé uhlí) 3. Postup formování do dvou rámů: a) 1. polovina modelu do spodního rámu 2. po ošetření modelu zapěchovat, průduchy 3. spodní rám se otočí a na něj se poloţí horní rám s druhou polovinou modelu, vtokový kůl a nálitek 4. po ošetření modelu zapěchovat 5. vrchní rám se sejme a obrátí 6. obě poloviny modelu, vtoková soustava a nálitek se vyjmou zářezy, popřípadě jádro 7. sloţení a zatíţení formy + b) 1. první polovina modelu se zapěchuje do spodního rámu 2. druhá polovina modelu se zapěchuje do horního rámu 3. vyjmutí modelu 4. vtok a nálitek 5. sesazení formy 6. zatíţení formy c) 1. první polovina modelu do spodního rámu 2. po ošetření modelu zapěchovat, vtokový kůl a nálitek 3. spodní rám se otočí a na něj se uloţí horní rám s druhou polovinou modelu, průduchy
36
4. po ošetření modelu zapěchovat 5. vrchní rám se sejme a obrátí 6. Obě poloviny modelu, vtoková soustava a nálitek se vyjmou zářezy, popřípadě jádro 7. Sloţení a zatíţení formy d) 1. první polovina modelu se po ošetření zapěchuje do horního rámu 2. vtok a nálitek 3. druhá polovina modelu se zapěchuje do spodního rámu, průduchy 4. vyjmutí modelu, vtoku a nálitku 5. otočí se vrchní rám 6. sesazení formy 7. zatíţení formy 4. Jádra slouţí k: a) vytvoření vnitřních dutin odlitku, vyrábí se v jadernících (pozitiv jádra) b) vytvoření vnitřních dutin odlitku, vyrábí se v jadernících (negativ jádra) + c) vytvoření struskovánu, vtoků a nálitků, vyrábí se v jadernících (negativ jádra) d) vytvoření veškerých dutin ve formě 5. Na mechanické vlastnosti litin má, mimo jiné, vliv odvod tepla z formy: a) čím větší odvod tepla, tím jsou větší krystaly kovu a lepší mechanické vlastnosti litiny b) čím větší odvod tepla, tím jsou hrubší krystaly kovu a horší mechanické vlastnosti litiny c) čím větší odvod tepla, tím jsou jemnější krystaly kovu a lepší mechanické vlastnosti litiny + d) čím větší odvod tepla, tím jsou jemnější krystaly kovu a horší mechanické vlastnosti litiny 6. Zabíhavost kovu je: a) fyzikální a technologická vlastnost litiny, která vyjadřuje schopnost litiny zaplnit formu b) je fyzikální vlastnost určující vyplnění formy c) je technologická vlastnost, která vyjadřuje schopnost litiny zaplnit formu + d) je fyzikální vlastnost, která vyjadřuje schopnost litiny zaplnit formu 7. Vtoková soustava má zajistit: a) vyplnění dutin formy, homogenní teplotní pole, zabránit vniknutí strusky a nečistot do dutiny formy + b) vyplnění dutin odlitku c) vyplnění dutin formy, heterogenní teplotní pole, zabránit vniknutí strusky a nečistot do dutiny formy d) vyplnění dutiny odlitku a zabránit vniknutí strusky a nečistot do dutiny formy 8. Součástí vtokové soustavy není: a) licí jamka b) odstruskovač c) zářezy d) výfuky + 9. Zářezy spojují: a) formu s modelem b) licí jamku s formou c) odstruskovač s formou + d) vtokový kanál s formou
37
10. Staţeniny a řediny v odlitku vznikají při: a) pomalém zaplnění formy tekutým kovem b) rychlém zaplnění formy tekutým kovem c) tuhnutí odlitku + d) smrštění odlitku v pevném stavu
4. Technologie výroby odlitků z šedé litiny – 2. část
1. Nálitek: a) je zásobník tekutého kovu, který doplňuje úbytek jeho objemu + b) rozvádí tekutý kov a značí naplnění formy c) spojuje zářezy s odstruskovačem d) spojuje licí jamku s odstruskovačem 2. V pevném stavu se odlitek zmenší o: a) 2 % b) 1,5 % c) 3 % d) 1 % + 3. Smrštěním odlitku v pevném stavu nevznikají tyto vady: a) trhliny b) praskliny c) staţeniny + d) deformace 4. Vnitřní pnutí lze odstranit: a) kalením nebo ţíháním na odstranění pnutí b) stárnutím nebo ţíháním na odstranění pnutí + c) normalizačním ţíháním nebo ţíháním na odstranění pnutí d) rozpouštěcím ţíháním nebo ţíháním na odstranění pnutí 5. Uvnitř formy se v tekuté litině rozpouští: a) vzduch, CO2, N2, H2 b) vodní pára, vzduch, CO2, N2, H2 c) vodní pára, vzduch, CO, CO2, N2, H2 d) vodní pára, vzduch, CO, N2, H2 + 6. V tuhnoucí litině vznikají při ochlazování díky rozpuštěným plynům tyto vady: a) bubliny + b) bubliny a praskliny c) praskliny a staţeniny d) deformace
38
7. Plyny se z formy odstraňují: a) výfuky a zářezy b) průduchy a zářezy c) výfuky a průduchy + d) odstruskovačem a zářezy 8. Do vsázky kupolové pece nepatří: a) vápenec b) litinový odpad c) ingoty surového ţeleza d) černé uhlí + 9. Kuplovna je: a) elektrická šachtová pec b) oblouková pec c) elektrická pec d) šachtová pec + 10. Pořadí dokončovacích prací na odlitku je obvykle: a) střásání, vytvrzování, hrubé čištění, broušení a nátěr b) střásání, hrubé čištění a broušení c) vytloukání nebo střásání, hrubé čištění, broušení a nátěr + d) vytloukání nebo střásání, broušení a nátěr
5. Slévárna šedé litiny (výukový pořad)
1. Kovový materiál do kuplovny obvykle naváţí: a) trvalý magnet b) pojízdný jeřáb s rukou c) zvoncový elektromagnet + d) dopravní pás 2. Modely: a) mají tvar pozitivu odlitku a jsou větší o 1 % neţ odlitek + b) mají tvar negativu odlitku a jsou větší o 1 % neţ odlitek c) mají tvar pozitivu odlitku a jsou menší o 1 % neţ odlitek d) mají tvar negativu odlitku a jsou menší o 1 % neţ odlitek 3. Na výrobu forem se pouţívá: a) nový a vratný písek + b) pouze nový písek c) pouze vratný písek d) rozemletá struska s pískem
39
4. Jádra se vyrábí z: a) vratného písku vytvrzeného CO2 b) vratného písku vytvrzeného CO c) bentonitového písku vytvrzeného CO2 + d) bentonitového písku vytvrzeného CO 5. Hlavní rozdíl mezi ručním a strojním formováním není v: a) sériovosti výroby b) rychlosti formování c) způsobu pěchování d) druhu písku + 6. Teplota odpichu taveniny je: a) kolem 1 200 °C b) kolem 1 300 °C c) kolem 1 400 °C + d) kolem 2 000 °C 7. Po skončení lití: a) formy ihned putují do chladícího tunelu b) formy určitou dobu vychládají na licím poli, teprve potom putují do chladícího tunelu + c) formy chladnou na licím poli do druhého dne, poté putují do chladícího tunelu d) formy se po vychladnutí rozeberou na licím poli 8. Z vytřásacího roštu odchází odlitek: a) surový včetně vtoků a nálitků + b) surový bez vtoků a nálitků c) čistý d) čistý bez vtoků a nálitků 9. Konečná úprava odlitků probíhá obvykle v tomto pořadí: a) broušení, tryskání kovovými broky, nátěr základovou barvou b) omílání kovovými broky, broušení, nátěr základovou barvou c) broušení, omílání kovovými broky, nátěr základovou barvou d) tryskání kovovými broky, broušení, nátěr základovou barvou + 10. Mezi technologické kroky ve slévárně šedé litiny nepatří: a) výroba forem a jader b) očkování litiny + c) lití d) skládání forem
40
7. Závěr
Ţelezo, slitiny ţeleza a jejich výroba – multimediální výukový systém stručně pojednává o jednom z nejvýznamnějších průmyslových prvků, ţeleze a jeho vyuţití v praxi. Nejobsáhleji se věnuje výrobě šedé litiny. Práce je rozdělena do 9 kapitol. Kapitoly 1 a 2 zahrnují úvod a cíl práce. Kapitola 3 – Výroba slitin ţeleza je rozdělena podle druhů výroby na podkapitoly zabývající se výrobou surového ţeleza, ocelí a litin. Čtvrtá kapitola je, co se týká teoretické části, stěţejní. Je v ní rozebrána technologie výroby odlitků z šedé litiny. Je rozdělena na části zabývající se přípravou formy, výrobou modelů, přes formování a výrobu jader, odlévání aţ po dokončovací práce. Pátá kapitola se týká výukového videopořadu. Je zde komentář k výukovému pořadu, jeho scénář a také názorná fotogalerie technologie výroby odlitků. V šesté kapitole jsou uvedeny soubory didaktických testů, vytvořené z kapitol 3, 4 a 5, obsahující 42 uzavřených testových poloţek. V sedmé kapitole je formulováno shrnutí práce, v osmé je uvedena pouţitá literatura. Devátá kapitola obsahuje přílohy. Doplňkem diplomové práce je vytvořený multimediální systém Ţelezo, slitiny ţeleza a jejich výroba, jehoţ součástí je kromě didaktických testů, fotogalerií i výukový videopořad Slévárna šedé litiny. Pořad byl natáčen ve slévárně STS Šumperk, a.s. v Zábřehu na Moravě a byly v něm vyuţity také reklamní materiály slévárny Nemetzguss, GmbH, Wiener Neustadt z Rakouska.
41
8. Literatura
[1]
RYŠ, P. – CENEK, M. – MAZANEC, K. – HRBEK, A. Nauka o materiálu 1, Nauka o kovech, 4. svazek, Ţelezo a jeho slitiny, 2. vyd. Praha, Nakladatelství Československé akademie věd ACADEMIA, 560 s., 1975.
[2]
ELBEL, T. Základy slévárenské technologie [online]. Ostrava : [s.n.], 2006 [cit. 201111-19]. Dostupné z WWW:
. [e-kniha]
[3] ŠŤASTNÁ, H. Chemie ţeleza, výroba oceli a litiny. Bakalářská práce, Masarykova univerzita, Brno, 57 s., 2009. [4] Ţelezo. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, [cit. 2011-11-19]. Dostupné z WWW: . [e-příspěvek] [5]
JIRÁSEK, J. – VAVRO, M. Nerostné suroviny a jejich vyuţití [online]. Ostrava : Vysoká škola báňská, 2008 [cit. 2011-11-19]. Dostupné z WWW: .
[6]
HLUCHÝ, M. – MODRÁČEK, O. – PAŇÁK, R. Strojírenská technologie 1, Metalografie a tepelné zpracování, 2. díl, 3. vyd. Praha, Scientia, spol. s r. o. Pedagogické nakladatelství, 173 s., 2002. ISBN 80-7183-265-0.
[7]
Xantina.hyperlink.cz/vyr_zeleza.html [online]. 2006 [cit. 2011-11-19]. Výroba surového ţeleza. Dostupné z WWW: .
[8]
PLUHAŘ, J. – KORITTA, J. Strojírenské materiály. 3. vyd. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 562 s., 1981.
42
[9]
VOJTĚCH, D. Kovové materiály, 1. vyd., Vysoká škola chemicko – technologická v Praze, Praha, 2006. ISBN 80-7080-600-1.
[10] PTÁČEK, L. Nauka o materiálu II., 2. vyd. Brno. Akademické vydavatelství CERM, s.r.o., 392 s., 2002. ISBN 80-7204-130-4. [11] ZLEVOR, K. Mechanické vlastnosti odlitků z tvárné litiny. Diplomová práce, Vysoká škola báňská, Ostrava, 60 s., 1983. [12] Strojnilyceum [online]. 2006 [cit. 2011-11-19]. Odlévání. Dostupné z WWW: .
43
9. Přílohy
9.1. Seznam obrázků Obr. 1
Hematit
8
Obr. 2
Magnetit
9
Obr. 3
Limonit
9
Obr. 4
Schéma vysoké pece
10
Obr. 5
Schéma technologie výroby
17
Obr. 6
Písková forma
18
Obr. 7
Formování
22
Obr. 8
Vtoková soustava
25
Obr. 9
Licí pánve
27
Obr. 10 Ukázka snímku z výukového videopořadu
32
Obr. 11 Ukázka fotogalerie 1
33
44
