Propustnost při přesném lití na vytavitelný model

Gavin Dooley – technický ředitel skupiny

Úvod

Propustnost je klíčovou vlastností každé skořepiny a závisí na ní úspěch či neúspěch systému skořepiny. Propustnost je klíčovou vlastností každé skořepiny a může být odpovědná za mnoho licích vad, jako jsou například studené svary nebo nevyplnění. Během odvoskování rovněž umožňuje pronikání vosku do skořepiny, čímž snižuje tvorbu trhlin ve skořepině.  Nejprve je třeba probrat, co se rozumí pod pojmem propustnost, jak se měří a jak může ovlivnit vlastnosti skořepiny.

Propustnost versus pórovitost

Zaprvé je nutné porozumět, že propustnost nevypovídá o počtu dutin ve skořepině. Mezi propustností a pórovitostí existuje úzký, ale odlišný vztah:

  • Pórovitost je mírou počtu dutin přítomných v systému skořepiny
  • Propustnost je mírou schopnosti kapaliny snadno se pohybovat skrz skořepinu

Skořepina tedy může být vysoce porézní, ale nepropustná, pokud vzduch nemůže ze skořepiny nikudy unikat. V systémech skořepin k tomu naštěstí nedochází, ale je třeba mít na paměti, že porézní skořepina ještě nemusí být propustná. To je zdůrazněno na obrázku 1 níže.

Porézní skořepina s nízkou propustností

Porézní skořepina s vyšší propustností

Obrázek 1: Pórovitost versus propustnost

S ohledem na tuto skutečnost lze konstatovat, že skořepina s vysokou propustností je sice porézní, ale skořepina s vysokou pórovitostí není nutně propustná!

Pórovitost přímo soupeří se schopností skořepiny udržet si pevnost, jak je vyjádřeno Ryshkewitch-Duckworthovou rovnicí [1]. Podle níže uvedené rovnice se s růstem počtu dutin neboli pórovitosti ve vzorku snižuje pevnost vzorku.

kde σ je pevnost porézního tělesa,  σ0 je pevnost neporézního tělesa ze stejného materiálu a P je pórovitost vzorku vyjádřená jako zlomek. B je konstanta.

To poukazuje na existenci přímého vztahu mezi pevností a pórovitostí uvnitř skořepiny pro stejný materiál:

Graficky je to znázorněno na obrázku 2.

Jak se měří propustnost?

Metoda měření propustnosti skořepiny schválená normou BSI (BS 1902: část 10.2:1994) spočívá v použití pingpongového míčku [2]. Při metodě pingpongového míčku se používá skleněná tyč nebo nepropustná mulitová tyč. Je důležité použít vhodnou skleněnou tyč, jelikož v opačném případě se tyč během zkoušky roztaví. (K tomu v našem závodě došlo již několikrát, a proto nás před provedením této zkoušky prosím kontaktujte ohledně správného druhu skla!)

Pingpongový míček se potáhne břečkou a poté vypálí (obrázek 3).  Vzduch pak prochází míčkem při zvýšené teplotě a vypočítá se tlakový spád.

Obr. 3 Potažený pingpongový míček na nepropustných mulitových tyčích

Tuto tlakovou ztrátu lze poté zadat do následující rovnice propustnosti a získat tak hodnotu propustnosti:

kde μ je propustnost, s je tloušťka stěny vzorku, Vc je objemový průtok,  je dynamická viskozita vzduchu při zvýšené teplotě,  je vnitřní povrchová plocha pingpongového míčku a ΔP je tlakový spád. Tato měřicí metoda má určité nevýhody:

  • Vzorky skořepin jsou náchylné k tvorbě trhlin a to vede k nepřesnosti výsledků. Tím může být pokus zcela zmařen a jeho výsledky nemusí být správné. Pingpongový míček se doporučuje vypalovat velmi pomalu, aby se omezily problémy s trhlinami a testováním.
  • Touto metodou lze měřit pouze vypalované vzorky, protože pingpongový míček se před možností sběru zkušebních dat musí odstranit.
  • Touto zkušební metodou lze měřit pouze propustnost, tj. pórovitost související s primární vrstvou. Nelze jí měřit póry, které nesouvisejí s vnějším povrchem vzorku. Stručně řečeno, ve skořepině se může z důvodu snížení pevnosti vyskytnout další pórovitost, kterou nelze měřit touto zkušební metodou.

Výhodou těchto výsledků je však schopnost posuzovat slinování keramiky při určité teplotě a po určitou dobu. Ukazují, jak se propustnost snižuje v průběhu času slinováním a zhušťováním keramického materiálu. To je patrné z obrázku 4.

Obrázek 4 Pokles propustnosti ve vypalovací peci v průběhu času

Existují způsoby, jak zvýšit propustnost uvnitř skořepin:

  • Metoda nanesení štuku – metoda nanesení štuku má dopad na propustnost skořepiny. Jak naznačil Jones et al. [3] a já v nedávné publikaci ICI [4], metoda nanesení štuku ovlivňuje energii přenášenou do břečky a následné „zhuštění“ štukových vrstev a následnou propustnost.
  • Typ štuku – Typ štuku má vliv na propustnost skořepiny – velké částice mají mezi sebou větší mezery, což vede ke zvýšené propustnosti.
  • Redukce vrstev – Tím se snižuje vzdálenost potřebná pro únik vzduchu a zdokonaluje technologie, ale pozor: snižuje se pevnost materiálu!
  • Zvýšení polymeru – Vyšší koncentrace polymeru zanechává po slinování větší dutiny a tím zvyšuje propustnost.

 

Stručně řečeno, propustnost skořepiny je užitečným parametrem k porozumění systémům skořepin, protože může technikům způsobit problémy, které musejí řešit. V případě problému je vždy užitečná znalost způsobu měření a možnosti změny. Zkušební metoda má mnoho nevýhod a vědečtější metody, jako je např. CT skenování nebo SEM mikroskopie, jsou užitečné, ale nákladné.

Reference

  1. Ryshkewitch, E., Compression Strength of Porous Sintered Alumina and Zirconia. Journal of the American Ceramic Society, 1953. 36(2): str. 65–68.
  2. BSI, Methods of testing Refractory materials – Part 10: Investment casting shell mould systems — Section 10.2: Determination of permeability and standard air flow capacity at elevated temperatures, v BS 1902-10.2:1994. 1994.
  3. Jones, S., C. Yuan, and S. Blackburn, Fundamental Study of the Microstructure and Physical Properties of Fluidised Bed and Rainfall Sanding Ceramic Shells, . Journal of Materials Science and Technology, 2007. 23(6): str. 706-714.
  4. Dooley, G., S Blackburn, S Ramirez, K Williamson, Effect of stucco application method on the mechanical performance and microstructure of investment casting shells. v 60th ICI Technical Conference 2013: Pittsburgh, PN .

Právní upozornění

Ohledně specifikací výrobku se obraťte na svou nejbližší prodejní kancelář společnosti REMET.

Obraťte se na svého oblastního manažera REMET a v případě jakýchkoli dotazů nebo potřeby dodatečných informací navštivte stránky www.remet.com.

Informace a/nebo doporučení vycházejí z výzkumu a technických údajů, které se považují za spolehlivé. Jsou nabízeny zdarma osobám s technickými dovednostmi, dle jejich vlastního uvážení a na vlastní riziko a bez záruky přesnosti. Společnost REMET neposkytuje žádné záruky, výslovné ani  předpokládané, a nenese žádnou odpovědnost za používání svých výrobků a s tím souvisejících informací. Nic, co je zde uvedeno, nepředstavuje doporučení k porušení jakéhokoli patentu.

< Back to insights