|
Snaha o zvyšování kvality odlitků a efektivitu jejich výroby je stará jako slévárenství samo. Po celá staletí se slévači snažili vyrábět odlitky s vyšší čistotou, kvalitnějším povrchem a lepšími vlastnostmi, a to znamenalo snižovat množství nečistot v kovu.
Teprve ve 30. letech 20. století se s využitím zákonů o proudění a empirických zkušeností, započalo se systematickým přístupem ke konstrukci a dimenzování vtokových soustav. Jedním z důležitých hledisek konstrukce vtokových soustav byla účinnost zachycování vměstků.
Separace vměstků se dosahovalo zejména tvorbou masivních licích jamek (se zátkou nebo s přepážkou, později), a také jejich zachycováním ve speciálních sekcích vtokové soustavy – tzv. struskováních. Většinou byla tato řešení na principu rozdílných hustot vměstků a kovu.
Tohoto principu lze využívat zejména u slitin železa, u nichž vměstky mají podstatně menší hustotu, než kov. Naopak u slitin, u nichž hustota vměstků je prakticky stejná, jako hustota kovu – typicky u slitin hliníku, nelze tímto mechanismem vměstky zachycovat a musí se uplatnit jiné principy. Využívá se například skutečnosti, že se vměstky ve vtokové soustavě nalepují na stěnu formy. Ploché kanály vtokové soustavy proto docela dobře zachycují vměstky, a to zejména typu oxidických blan. Účinnost těchto způsobů separace je však pouze omezená. Společná nevýhoda všech těchto metod je především masivní vtoková soustava, což snižuje využití tekutého kovu a prodražuje výrobu.
Přibližně od poloviny 60. let se ve slévárnách začala používat keramická „cedítka“. Umísťovala se nejčastěji do vtokové jamky v místě přechodu do kůlu a jejich účelem bylo především zachycení hrubých částic strusky. Na konci 70. let se začínají používat prostředky pro zachycení vměstků ve vtokové soustavě ve formě keramických filtrů. V počátku je jejich využívání spojeno s odléváním hliníkových slitin, především pro letecký průmysl.
Filtrace slitin železa je komplikována podstatně vyššími teplotami kovu a vyššími nároky na chování filtrů za vysokých teplot. K masovému nasazení filtrů dochází především s rozvojem výroby litiny s kuličkovým grafitem v průběhu 80. let a zejména v letech devadesátých.
Filtrace oceli je komplikována především vysokými požadavky na odolnost keramiky proti vysokým teplotám až do 1700°C a s tím spojenou vyšší cenou filtrů. Z tohoto důvodu se filtrace při lití oceli používala především pro speciální a vysoce náročné odlitky. Obrovský nárůst filtrace (nejen) oceli byl zaznamenán až počátkem 21. století, což bylo dáno zejména dramatickým navyšováním cen kovů a masovějším rozšířením technologie přímého lití kovu přes nálitek za použití exotermických obkladů a speciálních filtrů na bázi uhlíku.
Vměstky a jejich původ
V rámci technologického zpracování výrobní dokumentace je filtrace pouze jedním z článků celého řetězce mnohdy protichůdných rozhodnutí, která musí být realizována. Je otázkou, jak jsou v hierarchii firem organizačně rozdělena, aby vytvořila technickou dokumentaci pro splnění očekávaných požadavků zákazníka.
Cílem zavedení filtrace je jednak zachycení nečistot, které se do vtokové soustavy dostávají z taveniny kovu během jeho tavby a další manipulace, např. z tavicí pece, licí pánve nebo odlévacího zařízení, jednak je to také zamezení vzniku nových nečistot, které vznikají až v průběhu lití při oxidaci kovu nebo jako nežádoucí eroze formy.
Nečistoty, které filtr zachytává během filtrace označujeme jako „exogenní vměstky“, tj. takové, které se do kovu dostávají z vnějšku, např. erozí vyzdívky, z formovacího materiálu nebo jako částice primární strusky, vzniklé oxidací vzdušným kyslíkem. Naopak „vměstky endogenní“ (vnitřní) v kovu vznikají až v důsledku metalurgických reakcí během lití nebo tuhnutí.
Hlavními zdroji vměstků jsou:
· struska (primární, sekundární) - produkty oxidace kovu
· formovací materiál a produkty eroze forem a jader
· žáruvzdorný materiál (vyzdívka pecí, pánví, žlabů, licí šamot atd.)
· zbytky rafinačních prostředků, očkovadel, rozplavené nátěry, atd.
Druh vměstků a jejich chemické složení závisí na složení kovu, formovacího materiálu, žáruvzdorné vyzdívky, druhu očkovadel a přísad, případně na dalších okolnostech. Vměstky jsou při teplotě lití ve stavu tuhém, tekutém nebo polotekutém (vazkém).
Východiska pro zavádění filtrace
Filtrace napomáhá k dosažení vysoké kvality odlitků a přispívá k odstranění kvalitativních vad a řady výrobních problémů. Projevuje se zejména ve:
· zvýšení homogenity kovu,
· zlepšení mechanických vlastností,
· odstranění řady metalurgických vad (bublinatost, porezita, netěsnost),
· zlepšení kvality povrchu odlitků,
· významné zlepšení obrobitelnosti.
Ve svém důsledku vede použití filtrů k možnosti výroby s nižšími výrobními náklady, díky:
· jednodušší vtokové soustavě,
· lepšímu využití místa ve formě
· lepšímu využití tekutého kovu,
· nižší úrovni zmetkovosti a nutnosti finálního opracování,
· kratší výrobní lhůtě a vyšší produktivitě výroby.
Z dlouhodobé slévárenské praxe lze předpokládat do budoucnosti další rozšiřování filtrace. Důvodem je skutečnost, že technologický vývoj směřuje k tenkostěnné konstrukci odlitků (lití za vyšších rychlostí a speciálních slitin). Odlitky bývají stále častěji nedestruktivně testované (RTG, ultrazvuk…) pro docílení vyšší jakosti. Krátké dodací termíny odlitků nutí slévárny dosáhnout požadovanou jakost bez rozsáhlých časových prodlev. Odlévají se metalurgicky složitě zpracovatelné slitiny, což zlepšuje užitné parametry odlitků, ale také navyšují cenu litého kovu a hodnotu případných zmetků.
Použití filtrů (odstranění vměstků) může nahradit investičně náročné metalurgické postupy. Vakuované oceli přináší nižší podíl oprav odlitků zavařováním, totéž lze docílit použitím filtrů, jak ukazují testy tažnosti na hranici solidu (práce VŠB Ostrava). Jemnější struktura vměstků zlepšuje u materiálů plastické vlastnosti, zejména tažnost a rázovou houževnatost.
Zvyšování podílu použití hliníkových slitin v celém strojírenském oboru činí vyšší nároky na jakost, které jsou splnitelné pouze se zařazením filtrů do vtokové soustavy a to jak u gravitačního odlévání tak pro lití pod tlakem.
Dalším významným důvodem je implementace metody přímého lití odlitků přes exotermické nálitky. Tato metoda radikálně zvyšuje využití tekutého kovu (odstranění vtokové soustavy), snižuje výrobní náklady a zvyšuje produktivitu výroby odlitků.
|
