1. Date privind productia de piese turnate in lume.

In buletinul Institutului de Turnatorie din Cracovia nr. 6/2000, este publicat un memorandum al Centrului de Turnatorie din Polonia, semnat de presedintele Societatii Tehnice a Turnatorilor din Polonia - J.Suchy si de directorul Institutului de Turnatorie din Cracovia -- J R, Tybulczuk. Memorandumul este adresat guvernului si institutiilor centrale in legatura cu stadiul cresterii productiei de piese turnate in Polonia comparativ cu alte tari: Prezentam cateva date semnificative.

In figura 1 se prezinta productia de piese turnate in anul 1998 raportata pe cap de locuitor, care variaza in limite largi: 11,4 Kg/loc. (media mondiala) si 56 kg/loc. in USA.

In figura 2 se prezinta destinatia productiei de piese turnate din aliaje feroase in unele tari din Uniunea Europeana, in care: 1- industria de automobile; 2--masini pentru constructii; 3- celelalte domenii.

In figura 3 se prezinta productivitatea muncii in tarile din Uniunea Europeana si cea din Polonia in perioada 1994-1999.

In revista Homes et Founderie 2001, Nr. 312, p. 35-36, sunt publicate date privind productia de piese turnate din 35 de tari in anul 1999. Polonia

In tabelul 1, in care notatiile simbolizeaza urmatoarele: 1- Fm ; 2- inclusiv piesele turnate din Zn, Pb si Sn; 3- inclusiv piesele din aliaje de Mg; 4--inclusiv piesele din Fgn si Fm; 5- inclusiv cele din Zn; 6- inclusiv Pb; 7-inclusiv Zn; 8- inclusiv fontele aliate; 9- inclusiv tuburile turnate; 10- inclusiv 181.000 t de tuburi; 11- inclusiv fontele cu grafit compact; 12-estimativ; 13- nu sunt incluse piesele obtinute cu ceara pierduta; 14- totalul de aliaje neferoase; 15- tonajul in anul 1998.

In tabelul 2, este prezentat numarul de turnatorii care functioneaza in aceste tari, care au participat la recesamant. Notatiile din tabel: 1- numai turnatoriile nationalizate (cele private nu sunt incluse); 2- inclusiv turnatoriile de otel; 3- toate turnatoriile; 4- nu sunt date disponibile; 5- in anul 1998; 6- in anul 1977.

Datele prezentate sunt preluate din revista Modern Casting 2000, decembrie.

Din tabelul 1 rezulta ca tarile care produc peste 2 milioane de tone piese turnate sunt: SUA, China, Japonia, Rusia, India, Franta si Italia.

Datele publicate de V.Otahol (In Slevarenstvi, Nr.ll-12, p. 631-635) arata ca productia de piese turnate din aliaje feroase in Anglia in anul 1990 a fost de 1.228.600 t, iar in anul 1997 - 1.202.000 t. Numarul de turnatorii - 324 si respectiv 273; productivitatea pentru aceeasi ani: 31,84 t/muncitor si respectiv 39,62 t/m (in anul 1998 a fost de 44,84 t/m); valoarea productiei - 52,335 ECU si respectiv - 58,025 (in anul 1998); numarul de lucratori: 38.576 si respectiv 30.334 (in anul 1998 - 24.000 de lucratori). Productia de fontacu grafit lamelar a ramas practic aceeasi (694.000 t si respectiv 685.000 t); cea de grafit nodular: 397.000 t -respectiv 410.000 t; productia de fonta maleabila a scazut de la 30.000 t la 22.000 t. Productivitatea in domeniul productiei de piese din fonta (Fgl, Fgn si Fm) a fost in anul 1998 de 44,84 t/lucrator, iar valoarea - de 58,025 ECU/lucrator.

Productia de piese din otel a scazut in perioada 1990-1997 de la 107.600 t la 85.000 t, iar numarul lucratorilor de la 5576 la 4334.

Productivitatea a ramas practic constanta (19,61 t/muncitor an).

Aproximativ 21,93% (anul 1998) din productia de piese turnate din aliaje feroase este exportata.
In perioada 1990-1998 productia de piese turnate din aliaje neferoase a scazut de la 194.000 t la 158.100 t si aceasta datorita micsorarii proportiei de aliaje pe baza de cupru (de la 10.000 la 16.200 t/an).

In Ucraina productia de piese turnate in anul 1998 a fost de 927.300 t.

I.A. Dibrov, presedintele Asociatiei de Turnatorie din Rusia mentioneaza intr-un articol publicat in Liteinoe Proizvodstvo, 2000, Nr.6, p. 35-38, ca productia de piese turnate in Rusia, la nivelul anului 2004 se va stabiliza la 10,5...11?. In structura costului acestor piese 50...60% reprezinta consumul de energie, materialele 30...38% si manopera 8...17%.

In prezent productia de pise tunrate din fonta este de 3,2 mil.tone din care: 10,8% Fgn, 0,8%Fm; 2,6% fonta aliata.

In Rusia functioneaza 2740 agregate de elaborare a fontei, din care 76% cubilouri; 23% cuptoare cu inductie si 1% cuptoare cu arc.

Prin procedeul duplex si in cuptoare electrice se elaboreaza cca. 4...6%Mg, iar unii din cei grafitizanti contin 2...30% Ba si pana la 7%Ca.

Comitetul Asociatiilor Europene de Turnatorie (CAEF-Comite des Associations Europeennes de Fonderie) cuprinde turnatoriile din urmatoarele tari: Belgia, Danemarca, Finlanda, Franta, Olanda, Italia, Germania, Norvegia, Portugalia, Austria, Spania, Suedia, Elvetia si Anglia. Din 1998 au mai intrat Polonia si Ungaria. Productia totala de piese turnate din aceste 16 tari este de 13,16 milioane tone (in anul 1999). Germania produce 23,9%, Franta 15,9%, Anglia 14,7%, Italia 13%, Elvetia 6%, in total 73,5%. Restul de 11 tari produc 26.5%.

Productia totala de piese turnate din alaije feroase in aceste tari a fost de 10,696,7 mii tone, iar din aliaje neferoase - 2464,2 mii tone. Numarul de turnatorii -3197 (1706 pentru aliaje feroase si 1941 pentru aliaje neferoase).

Productivitatea medie 59,61 t/muncitor an in turnatoriile pentru aliajele feroase si 30,44t/muncitor an - pentru turnatoriile de aliaje neferoase. Valoarea productiei - 1299,8 ECU/t pentru aliaje feroase si 5172,68 ECU/t pentru aliaje neferoase.

Datele de mai sus au fost publicate in revista Slevarenstvi, 2000, Nr.4, p.246-255, de cunoscutul specialist in fonta cu grafit nodular Conf. dr. ing. V. Otahal.

2. Un nou procedeu Rheocasting (turnarea aliajelor in stare semisolida).

In revista Diecasting World din noiembrie 2000, autorii: H. Kaufmann, M.Nakamura, H. Wabussey si P.J. Uggowitzer; p. 14, mentioneaza un nou procedeu de turnare a aliajelor in stare semisolida (Rheocasting) elaborat de societatea japoneza UBE Industries Ltd. Noul procedeu simbolizat NRC (New Rheocasting process) se bazeaza pe obtinerea unui semifabricat precursor cu cristalele de Al sub forma de granule.

In procedeul clasic de turnare in stare semisolida (Thixocasting) Structura globulara este obtinuta prin agitarea electromegnetica a aliajului de aluminiu in intervalul lichidus-solidus. Aliajul in stare pastoasa este transferat intr-un cuptor de inductie care mentine topitura semi-solidului si apoi este procesat cu masinile de turnare sub presiune.

In cazul procedeului NRC sunt utilizate doua tehnologii de fabricatie: matritarea in stare lichida (Squeeze Casting) si o metoda noua de preparare a aliajului precursor cu structura globulara.

Aliajul lichid elaborat intr-un cuptor este transferat intr-un creuzet de constructie speciala plasat la un carusel din vecinatatea masinii de turnat sub presiune. Racirea aliajului este astfel controlata incat acesta este mentinut in stare semilichida.

In figura 4 se prezinta schema procedeului de obtinere a structurii globulare, in care TL- temperatura lichidus; TG - temperatura aliajului in cuptorul de mentinere; Tssl - pana la Tss3- temperatura in intervalul lichidus-solidus in timpul racirii controlate; TF- temperatura de turnare. Aliajul astfel obtinut este matritat in stare semilichida. Solidificarea se desfasoara la presiuni de 170 MPa.

In procedeul NRC sunt eliminate procedeele de turnare continua si de agitare (amestecare = stirring), precum si cele de taiere a semifabricatelor si de reincalzire, operatii care sunt efectuate la procedeul clasic Thixocasting. Costul pieselor turnate este cu aproximativ 20% mai mic fata de cel realizat la procedeul clasic Thixocasting.

3. Tratamentul prin vibrare a aliajelor lichide.

M.I.Gladkov si Iu.A.Balakin [Liteinoe Proizvodstvo, nr.12 /2000, p.7-8] mentianeaza faptul ca la procedeul de tratare al aliajelor lichide si in curs de solidificare, trebuie sa se tina seama nu numai de parametrii cunoscuti (amplitudinea, frecventa), ci de unghiul de inclinare a vectorului fortei aplicate (impulsului). In acest scop a fost construita o instalatie, folosind rezultatele calculelor matematice privind flotarea incluziu-nilor nemetalice in conditii de vibrare.

Schema instalatiei este aratata in figura 5.

Figura 5: 1 - forma; 2- masa de lucru; 3- baza de vibrare; 4- planul diagonal al ramei; 5- vibratoare pneumatice cu bile; 6- arc suplimentar; 7- tija; 8- element elastic.
Frecventa de vibrare -50 Hz; unghiul - 30° (la inceput) si 60° (la sfarsitul vibrtrii).

Importanta unghiului la care se aplica vibrarea este evidentiata de datele din tabelul 3.

Aliajul Al-Si a fost turnat la temperaturi de 675-700°C. Vibrarea a fost aplicata imediat dupa turnare. Se constata o marire importanta a valorii alungirii, duritatii si densitatii.

4. Procedeu de aliere a aliajelor de aluminiu cu siliciu.

In revista Liteinoe Proizvodstvo nr. 6, p. 8-9 din anul 2000, colectivul prof. I. V. Gavrilin de la Universitatea Tehnica din orasul Vladimir (Rusia) propune un nou procedeu de aliere a aliajelor de tip silumin. Esenta procedeului consta in introducerea siliciului sub forma de pulbere care reprezinta deseuri. Pulberea este amestecata in prealabil cu span de aluminiu. Aproape intreaga cantitate de span care rezulta la prelucrarea piselor turnate din aliaje de Al contine 5-20% apa sub forma de emulsii, care provoaca dificultati la retopire.

In cazul procedeului propus a fost folosita tocmai proprietatea de amestecare a spanului cu apa pentru inglobarea pulberii de Si. Cantitatea de Si astfel inglobata in span poate atinge valori de pana la 34%.

Folosirea pulberii de Si in locul siliciului cristalin conduce la micsorarea costului operatiei de aliere.

5. Constructia imbunatatita a cubiloului.

Figura 6

Cerceta-rile de laborator privind dinamica gazelor in cubilou efectuate de I.A. Potapnev si I.N.

Bolmatenkova din Minsk si publicate in Liteinoe Proizvodstvo nr. 12, p.17-18 din anul 2000, au condus la propunerea schimbarii constructiei cubiloului, in sensul micsorarii sectiunii in partea superioara a zonei reducatoare (vezi fig. 6).

In acest mod se realizeaza o crestere a presiunii in cuva, o repartizare uniforma a aerului pe sectiuni, accelerarea proceselor chimice si imbunatatirea schimbului de caldura. Rezultatul: a fost micsorat de 2,5-3,0 ori, iar consumul de cocs a scazut la 10,6 % .

6. Procedee de tratare a fontei cu magneziu.

I.P. Petrov in articolul publicat in Liteinoe Proizvodstvo nr.12, p.18-20, anul 2000, propune doua noi procedee de modificare a fontei cu magneziu.

Primul procedeu utilizeaza un jgheab special construit (figura 7), care consta din corpul 1, si capacul 2, captusit cu amestec de formare 3, in care se inglobeaza modificatorul 4 (semifabricat din Mg sau FeSiMg) in cantitatea necesara. Palnia de turnare 5 asigura evacuarea fontei din agregatul de elaborare. Figura 7


Procedeul al doilea prevede folosirea unui tub in care se gasesc bucati de Mg si de FeSi7S (figura 8).

In Figura 8: 1- oala; 2- capac; 3- cupa; 4- tub cu modificator.
Capatul tubului umplut cu modificator se gaseste la o distanta de 50-80 mm de fundul oalei.

Viteza si durata de modificare pot fi reglate prin alegerea diferitelor valori ale parametrilor; debitul de umplere a oalei, temperatura fontei, grosi-mea peretelui tevii.

In figura 9 se propune un procedeu la modificare a fontei in forma de turnare destinata obtinerii cilindrilor de laminor.

Figura 9: 1- cupa de turnare; 2- rama pentru fus; 3- cochila pentru tablie; 4- teava pentru Mg si FeSi; 5 -cochila pentru fusul inferior.

7. Instalatii pentru obtinerea alicelor din otel. D.A. Polkov si colaboratorii.

(In Liteinoe Proizvodstvo, nr.12, 2000, p.21) prezinta o instalatie de producere a alicelor din otel, care functioneaza la cunoscuta uzina de autocamioane MAZ din Minsk.

Schema complexului de utilaje este prezentata in figura 10:

Fig.10 (1-oala de turnare; 2-jgheab; 3-masina de granulare; 4-elevator inclinat; 5-palnie; 6-buncar; 7-cuptor rotativ; 8-bloc pentru arzttoare, 9-agregat pentru sitarea alicelor)

Figura11: bazin de receptie a aliajului; 2-otel lichid; 3-orificiu de calibrare; 4-jetul de aliaj; 5--granulator ceramic; 6-traiectoria de deplasare a picaturii; 7-perdea de apa; 8-directia de deplasare a alicelor; 9-evacuarea alicelor; zonele: I-ferostatica; II--jet compact; III-turnarea jetului pe suprafata granulatorului; IV-deplasarea libera si sferoidizarea particulelor; V-calirea.

Parametrii instalatiei: temperatura otelului de turnare - 1600...1650°C; diametrul jetului - 17…18 mm; viteza de rotire a granulatorului - 1300...1500 min-1; diame-trul granulatorului 210 mm; inaltimea de cadere a jetului - 220...240 mm; debitul lichidului de racire -0,3...0,4 m3/h.

8. Malaxoare pentru prepararea amestecurilor de formare.

M. Iu Ersov si colaboratorii (In Liteinoe Proizvodstvo, nr.12, 2000, p.12) considera ca actualele tipuri de amestecatoare sunt invechite. Durata de preparare este urmatoarea: malaxorul cu rotor -40...90 s; cel cu role - 120...240 s; cel cu palete 260...300s.

Din punct de vedere al consumului de energie, amestecatoarele cu role ocupa o pozitie medie, iar amestecatoarele centrifuge si planetare consuma de 2,5...3,7 ori mai mult. Cele cu rotor consuma numai 0,3 fata de amestecatoarele cu role.

Autorii propun o noua constructie de rotor prezen-tata in figura 12.

Fig. 12: 1- cupa; 2,6,20-axe; 3,11-traversa; 4,5-pluguri; 7,14-roti; 8 -flansa; 9,12-motoare; 10-reductor; 13-transmisie; 15- carcasa; 16-gura de incarcare; 17-siler; 18-disc; 19-tije verticale; 21-palete.

Incercarile de laborator si cele industriale au scos in evidenta avantajele acestor amestecatoare: durata scurta de preparare, omogenitatea ridicata a amestecului, absenta formarii bulgarilor, consumuri specifice mici.

9. Tehnolgia pentru producerea discurilor de automobile.

Discurile de frana pentru automobile sunt turnate din fonta obisnuita (Fc 200) si superioare acesteia. Proportia de ferita in structura nu trebuie sa depaseasca 5%.

Diametrul discurilor variaza intre 240...320 mm, grosimea portiunii de lucru 10...33 mm, iar inaltimea in zona butucului 43. ..75 mm.

A.I.Maliarov si A.S.Mironov [vezi Liteinoe Proi,zvodstvo, 2000, Nr.ll, p.14-16] propun o tehnologie de turnare a fontei in forme metalice prezentata in fig.13.

Fig. 13: 1,2-semicochilele fixa si mobila; 3- miez de amestec; 4-miez metalic.

Discul poseda un canal radial care asigura racirea in timpul exploatarii ("disc ventilat").

Faptul ca suprafata. piesei este deschisa prezinta un mare avantaj. Se poate astfel controla solidificarea fontei, ceea ce permite extragerea miezului la temperatura cuprinsa intre 860...1060°C; forta de extragere poate fi micsorata de 30 ori. Durabilitatea cochilei - peste 1000 de turnari. Costul unei astfel de forme metalice reprezinta sub 0,1 % din structura costului piesei turnate.

Rezultatele in exploatare au fost foarte bune.

10. Turnarea continua la masini orizontale.

D.A. Kabinov [Liteinoe Proizvodstvo, 2000, Nr.11, p.23-24] analizeaza stadiul actual al constructiei masinilor de turnare orizontala. Constructia tip a unei astfel de masini este prezentata schematic in figura 14.

Fig. 14: 1-bazin de umplere; 2-canal; 3-cristalizator racit; 4- semifabricat; 5-sistem de racire secundara; 6- role de sprijin; 7-instalalie de tragere; 8-conveior.

Problema dificila la aceste masini clasice o constituie coaxialitatea tehnologica a masinii, cristalizatorului si semifabricatului.

Daca toate componentele masinii (cristalizator, role de sprijin, instalatia de tragere, conveiorul etc.) sunt dispuse pe una si aceeasi axa tehnologica si semifa-bricatul este liniar, atunci nu se constata dereglari in functionare.

Procesul de turnare este stabil (figura 15 a).

In cazul deformarii semifabricatului (figura 15 b) o parte a acestuia comprima cristalizatorul cu forta R1, iar cealalta, la iesire, cu forta R2.

Astfel de abateri de la functionarea normala apar dupa 1-2 turnari.

Pentru stabilirea procesului se propune o con-structie imbunatatita a masinii aratata in figura 16.

Fig. 16:
1-bazin de turnare; 2-canal de curgere a aliajului; 3-cristalizator; 4-traductori pentru masurarea temperaturii; 5-semifabricat; 6-injectori; 7-role de limitare a deplasarii; 8-caja; 9-role de sustinere; 10-sisteme de introducere a agentului de racire; 11-analizator pentru temperatura.

In acest tip de masina se poate fixa diferenta de temperatura in extremitatile semifabricatului.
In acest scop se utilizeaza traductorii 4, a caror informatie este transmisa analizatorului 11. Cu acest sistem este reglat regimul de racire, astfel ca semifabricatul sa se obtina liniar.

11. Caile de micsorare a consumului de energie in turnatorii.

W.Faets publica in revista Giesserei, 2000, Nr.12, p.46-51 un interesant articol privind posibilitatile de economisire a energiei prin optimizarea productiei. In anul 1999 peste 300 de turnatorii au produs 3,66 milioane tone piese din aliaje feroase (fonta; otel, fonta maleabila).

In tabelul 4 sunt prezentate valorile consumului specific de energie pentru diferitele tipuri de aliaje, iar in tabelul 5 sunt date consumurile de enrgie pe capitole de operatii pentru turnatoria de fonta dotata cu un cuptor de inductie pentru topire si altul pentru mentinere. Aproape in toate turnatoriile de fonta cca 50% din energie este consumata pentru topire si mentinere.

Deci sectorul de elaborare este cel mai mare consumator de energie, in care pot fi operate masuri concrete de economisire.

In tabelul 6 sunt prezentate date privind consumurile de energie la elaborarea fontei in cubilou (in Germania peste 60% din fonta se obtine in cubilou). Rezulta ca cel mai mare consum de energie (combustibil echivalent exprimat in kWh) se inregistreaza la cubilourile mici. Cuptoarele rotative sunt folosite in Germania intr-un numar mic. Capacitatea lor este cuprinsa intre 2-10 t.

In timp ce cubilourile sunt folosite cu precadere pentru productii de serie mare de fonta, cuptoarele cu inductie sunt frecvent utilizate in turnatoriile mici. Cuptoarele pot fi cu frecventa retelei sau medie. In tabelul 7 sunt prezentate cateva date privind consumul de energie la aceste cuptoare.

12. Fonte albe rezistente la uzura.

Rolele folosite la conveioarele din turnatorii sunt turnate din fonta. Ele functioneaza fara ungere in conditii de frecare prin rostogolire, de vibratii, directia de rotire variabila, solicitari variabile, in prezenta particulelor abrazive. Tipurile de uzura care au loc la aceste piese: abraziva de contact, macanic-coroziva, in conditii de degajare a hidrogenului si de grafitizare a stratului de fonta alba.

Cercetarile efectuate de S.D. Kolotienko si A.Hitrova (Liteinoe Proizvodstvo, 1999, Nr.ll, p.18-19) au dus la concluzia ca fontele cu continut ridicat de carbon, (3,55-3,70%), cu 2,05-2,15%Si, aliate cu 0,3-0,5%Cu microaliate cu 0,01%B si 0,01%Bi, modificate cu 0,1 %SiPR (cu cca. 20% elemente din grupa pamanturilor rare - PR) poseda o durata de functionare de 1,5 ori mai mare decat a fontelor utilizate curent (3,4%C, 2,5%Si, 0,6%Mn, 0;1%S, P, Cr - fiecare; modificata cu 0,05%SiPR (PR = pamanturi rare).

Viteza liniara de uzare a stratului de fonta pestrita este de 0,08-0,11 mm/h, fata de 0,14-0,18 mm la fontele folosite pana in prezent.

13. Modificarea cu magneziu a fontelor in interiorul formelor de turnare.

Cea mai mare cantitate de fonta cu grafit nodular este obtinuta in prezent prin tratarea fontei in afara formei de turnare folosind diferite procedee; in convertizor, in oale de turnare, cu sarma si cu ajutorul clopotului. Toate aceste procedee prezinta unele dezavantaje: degajare de fum, randament scazut, timp de asteptare scurt.

Procedeul de introducere a prealiajelor de magneziu in camera de reactie a cavitatii formelor, cunoscut sub numele de Inmold , prezinta unele avantaje evidente renuntarea la folosirea echipamentelor de tratare costisitoare; micsorare a totala a cantitatii produselor de reactii degajate in atmosfera si deci renuntrea la instalatii costisitoare de extractie a acestora; timp de asteptare a fontei in oala mult mai mare (absenta efectului de modificare); eliminarea operatiilor de modificare grafitizanta, deoarece prealiajele utilizate Fe-Si-Mg contin si elementele Ca, Al, La si EPR care genereaza germeni de cristalizare pentru grafit; pierde-rile prin oxidare a magneziului sunt mici.

Dezavantajele procedeului Inmold: consum mai mare de metal pentru retelele de turnare; control insu-ficient a procesului (viteza de curgere, dizolvare etc).

Lambert G.R., directorul Departamentului de Cercetare si Dezvoltare pentru prese de turnare a firmei HWS; in articolul publicat in revista Cast Plant and Technologv, 2000, Nr.l, p.36-4.2, descrie un procedeu alternativ de modificare a fontei in cavitatea formei care utilizeaza procedeul de turnare la presiune joasa. Procedeul a fost experimentat la Universitatea din Duisburg. Fata de procedeul clasic Inmold, (in care sunt mentionate: controlul curgerii; camera de reactie; filtrul; prealaiajele de magneziu) varianta noua care foloseste turnarea la presiune joasa a fontei, foloseste componentele: cuptor de inductie cu canal in care se realizeaza presiunea deasupra coloanei de fonta lichida, orificiul de umplere, prealiajul de Mg sub fortna de bloc, filtru ceramic, Cilindru de inchidere. Filtrul este folosit pentru a preveni depunerea nisipului in timpul asamblarii semifabricatelor. Avantajele procedeului: curgerea aliajului are loc in regim lamelar; posibilitatea producerii pieselor cu pereti subtiri; randament ridicat al utilizarii magneziului; folosirea blocurilor de prealiaj cu greutatea exacta; controlul procesului de modificare prin dirijarea presiunii si deci a vitezei de umpiere; prevenirea penetrarii zgurei in piesa.

Dupa cum se stie firma Heinrich Wagner Sinto Maschinenfabrik GmbH furnizeaza echipamente moderne de turnare la presiune joasa, atat a alaiajelor feroase, cat si a celor neferoase. Formele pot avea fie plan de separatie orizontal, fie vertical.