Lesbók Morgunblaðsins - 25.05.1991, Blaðsíða 16

RANNSOKN I R
I S L A N D I
Umsjón: Sigurður H. Richter
Hubert
Heilagur Hubert er verndardýrlingur málmsteyp-
umanna. í nafni hans eru stundaðar rann-
sóknir í málmsteyputækni. í Hubertverkefn-
inu taka þátt allar Norðurlandaþjóðirnar. ís-
lenski hlutinn miðar að því að fá sem ná-
Eftir INGÓLF Ö.
ÞORBJÖRNSSON
og HANS KR.
GUÐMUNDSSON
Heilagur Hubert er kaþólskur verndar-
dýrlingur málmvinnslumanna og rann-
sóknarverkefnið er skírt í höfuðið á
honum.
kvæmasta mynd af tengslum kólnunar og
styrks í seigjárni. Einnig eru gerðar tilraun-
ir til mælinga á gæðum jámsins með hljóð-
bylgjum.
Frá árinu 1986 hafa rannsóknir í málm-
steyputækni verið eitt af áherslusviðum
hagnýtra iðnaðarrannsókna á Iðntækni-
stofnun íslands. Fyrsta verkefnið sem ráðist
var í á þessu sviði var þekkingaruppbygging
á seigjárnssteypu (kúlusteypu) í samvinnu
við Málmsteypu Þorgríms Jónssonar hf.
Seigjárn hafði ekki áður verið steypt hér-
lendis. Verkefnið er unnið í samvinnu stofn-
ana, fyrirtækja og háskóla á öllum Norður-
löndum. Það hefur notið styrkja úr Rann-
sóknasjóði Rannsóknaráðs og Norræna iðn-
aðarsjóðnum.
Verkefninu fer senn að ljúka. Meðal þess
árangurs sem nú liggur fyrir eru skörungs-
hausar sem notaðir em við vinnslu í Járn-
blendiverksmiðjunni á Grundartanga og
hafa milli tvö- og þrefalda endingu saman-
borið við skömngshausa þá sem áður voru
notaðir.
Tildrög Og Markmið
Grundvallarhugmyndin með Hubertverk-
efninu er að færa málmsteyputækni inn í
hugsunarhátt nútíma framleiðslutækni með
not af tölvuvæddu ferli frá hönnun til fram-
leiðslu. Við tækniháskólann í Stokkhólmi
vann Jón Þór Þorgrímsson verkfræðingur
að rannsóknum í fyrsta hluta verkefnisins
en síðan var hafin sjálfstæð íslensk þátttaka
í öðrum áfanga Hubertverkefnisins í sam-
vinnu Málmsteypu Þorgríms Jónssonar hf.
og Iðntæknistofnunar Islands.
í upphafí vom forsendur hér á landi fyrir
tölvustuddri framleiðslu mjög litlar. Mark-
mið þátttökunnar var því tvíþætt: Annars
vegar að íslenskt fyrirtæki gæti haslað sér
völl með nýja, tæknilega erfiða framleiðslu
og hins vegar að kynnast hátækniaðferðum
í málmsteypu og yfirfæra þær til íslensks
iðnaðar.
Seigjárn á Íslandi
Öll járnsteypa á það sameiginlegt að inni-
halda kolefni sem svarar um 4% af þyngd.
Þetta kolefni er annaðhvort bundið járninu
sem karbíð (Fe..C) eða aðskilnað frá því sem
grafít á ýmsu formi. Blöndun og útfellingu
(lögun) kolefnisins má stýra með ýmsu móti,
til dæmis með því að bæta í bráðina öðrum
efnum svo sem kísil og magnesíum og tak-
marka önnur óæskileg svo sem brennistein
og fosfór. Form og dreifing kolefnisins í
Línuritið sýnir samband hljóðhraða og hörku í seigjárni. Brotalínan sýnir hvern-
ig samhand hljóðhraða í járninu er við hörku seigjárnsins þegar kopar er notað-
ur til íbætingar og heildregin lína sýnir samband hljóðhraða og hörku þegar
kopar er ekki í seigjárninu. Þannig má segja fyrir um hörku út frá mælingu
hljóðhraðans.
Rafeindasjármyndir af potti t.v. og seigjámi t.h. Myndirnar sýna hvernig kolefni
íjárnsteypu myndar mismunandi form sem eru ráðandi um eiginleika hins steypta
hlutar. Flögurnar gera pottjárnið stökkt, en kúlurnar seigjárnið seigt.
Rafeindasmásjá
Iðntæknistofnun-
aríslands, en hún
kemuraðgóðu
gagni við rann-
sóknirá uppbygg-
ingu efna.
járninu er síðan ráðandi um lokaeiginleika
hlutarins sem steyptur er.
Einföldust og algengust er steyping potts,
sem einnig er nefnt grájám. Framleiðsluvör-
ur eru helstar brunnlok fyrir gatnakerfi og
-ýmsir viðhaldshlutir. Pottjárnið er stökkt og
kolefnið í því myndar net af grafítflögum
sem geta virkað eins og hnífar við álag.
Sprunga vex auðveldlega eftir þessu flögu-
neti þar til efnið rifnar eða brotnar.
Seigjárn er, einsog nafnið bendir til, seig-
ara en pottjárn. Byggist þetta á því að kolefn-
ið fellur út í kúlulaga form sem virkar ekki
eins skerandi við álag og flögur pottsins.
Seigjárn hefur því stundum verið nefnt kúlu-
steypa. Það er suðuhæft og því auðveldara
en pottur í öllu viðhaldi. Talsvert er flutt inn
af seigjámshlutum til ýmissar notkunar.
Uppbygging þekkingar og færni innan
verkefnisins stuðlar því að því að íslenskur
iðnaður geti keppt við innflutta vöru. Seig-
járn er hinsvegar mun erfiðara í framleiðslu
en pottur þar sem efnaíbætingin er vandasöm
og nákvæmt eftirlit þarf með hitastigi og
efnasamsetningu.
ÁHERSLUR
Rannsóknastarfsins
í íslenska verkhlutanum er lögð áhersla á
tengsl kólnunar og styrks í seigjárni auk
þess sem sérstaklega er kannað hvernig
nota má hljóðbylgjur til mælinga á eiginleik-
um við gæðaprófun.
Kólnunarhraða er breytt með því að steypa
misþykkar plötur. Fylgst er með kólnun og
storknun með tölvustýrðum hitamæli og sýni
síðan tekin úr plötunum til frekari rannsókn-
ar. Stærð og ijöldi grafítkúlnanna er metinn
með aðstoð ljósmynda. Þá er smásæ bygging
mæld með rafeindasmásjá. Álagsþol (tog-
þol), harka og hljóðhraði eru mæld og síðan
er reynt að tengja saman þessar breytistærð-
ir og finna á hvern hátt þær tengjast hver
annarri. Markmið slíkrarannsókna er að
finna leiðir til þess að segja fyrir um eigin-
leika hlutar, t.d. við hönnun, sem og að
tryggja stöðug gæði í framleiðslu með eins
einföldum mælingum og prófunum og mögu-
legt er. Það er til dæmis hægt að nota tölvu-
tækni til að reikna kólnun hluta og nota
kólnunarferla til að spá fyrir um eiginleika
út frá tengslum kólnunarhraða við aðra eig-
inleika.
Samstarfsaðilar á Norðurlöndum hafa lagt
mesta áherslu á þróun tölvulíkana sem gera
það kleift að herma eftir steypingu og spá
fyrir um eiginleikana. Gott samstarf hefur
sérstaklega verið við Tækniháskólann í
Stokkhólmi sem hefur m.a. notað íslensk
gögn til þessarar líkanagerðar með góðum
árangri.
Niðurstöður
Rannsóknirnar sýna að hljóðhraði í seig-
járni er greinilega tengdur hörku seigjárns-
ins, eins og sjá má á línuritinu.
Þetta þýðir að hljóðhraðamæling er vel
nothæf til gæðaeftirlits með hörku seigjárns-
steypu. Slík mæling skilur ekki eftir sig
áverka á hlutnum, eins og hörkumæling
mundi gera, og gefur þetta möguleika á
100% eftirliti. Ýmis sambönd hafa verið skil-
greind milli smásærra stærða, kólnunar og
eiginleika. Nefna má að innan íslenska verk-
hlutans hefur verið þróuð greiningaraðferð
við rafeindasmásjána sem metur smásæja
bygg;ingu seigjárnsins með meira öryggi og
fjótvirkar en hefðbundnar aðferðir.
ÁRANGUR OG MIKILVÆGI
íslenskur málmsteypuiðnaður á enn nokk-
uð í land með að tileinka sér nútíma fram-
leiðslutækni. Framleiðslan hefur hingað til
verið tæknilega einföld og litlar gæðakröfur
gerðar af þeim markaði sem framleitt er fyr-
ir. Fyrirtækin hafa þó á síðustu árum tekið
nokkur skref til verulegrar framþróunar.
Þekkingaruppbygging á sviði seigjárnssteypu
er gott dæmi um slíkt og fleira mætti nefna.
Innan verkefnisins hafa, samhliða tilrauna-
steypunum, verið steyptir ýmsir hlutir í
reynsluskyni og hafa gefið góða raun. Hér
skal aðeins nefnt að íslenska járnblendifélag-
ið prófaði notkun skörungshausa úr seigjárni
og tvö- til þrefaldaðist endingin miðað við
fyrri hausa úr pottjárni. Yerðmunur á potti
og seigjárni er hinsvegar aðeins 20-30%. Ný
framleiðsla er því hafin í íslenskri málm-
steypu.
Áf verkefninu er einnig árangur af öðru
tagi: Á þeim tíma sem liðið hefur frá upp-
hafi þátttöku íslendinga hefur aðstaða og
þekking á Iðntæknistofnun tekið stórt stökk
fram á við. Stofnunin hefur nú yfir að ráða
bæði tölvuvæddri rafeindasmásjá og búnaði
til tölvustuddrar hönnunar og framleiðslu. Á
stofnuninni er starfandi hópur manna sem
nú ræður yfir reynslu og þekkingu á nútíma
málmsteyputækni. Ennfremur hefur þátttaka
í alþjóðlegu rannsóknasamstarfi á sviðinu
tengt okkur því besta sem gerist á þeim vett-
vangi en Hubertverkefnið hefur hlotið alþjóð-
lega viðurkenningu fyrir frumlega hugsun
og framsýni fyrir hönd málmsteyputækninn-
ar.
Höfundar eru verkfræðingar á Iðntæknistofnun
(slands.