Файл: МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ТЕОРИЯ ЛИТЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ.pdf

Методика заливки песчаной пробы на жидкотекучесть по ГОСТ 16438-701*

1.Собрать подготовленную форму для заливки, как это указано на рис. 1. Соприкасающиеся поверхности стопора и литниковой чаши для лучшего скольжения натереть графитом.

2.Установить собранную форму по уровню строго горизонтально.

3.Замерить температуру формы. Она должна быть 25 ± 10 °С.

4.Замерить температуру металла, предназначенного для заливки, малоинерционной термопарой в зависимости от металла или сплава. ГОСТом рекомендуется температуру заливки применять на 10 ± 0,5 % выше абсолютной температуры плавления (для чистых металлов) или температуры ликвидуса (для сплавов).

5.Залить жидкий металл в полость литниковой чаши до уровня порога (рис. 2). Излишки металла сливаются в полость Б для того, чтобы уровень металла в чаше был постоянным.

Рис. 2. Общий вид собранной песчаной формы на жидкотекучесть по ГОСТ 16438-70*: 1 – чаша; 2 – стопор; 3 – верхняя полуформа; 4 – центрирующий штырь; 5 – нижняя полуформа; 6 – направляющий штырь

1 Определение величины формозаполняемости ГОСТом не предусмотрено.

39

6.Записать температуру залитого в чашу металла по показаниям термопары, находящейся в чаше. Время нахождения металла в чаше – 10±2 с.

7.Залить измерительный канал пробы, для чего резким движением поднять стопор.

8.Разобрать форму, извлечь отлитую спираль и подсчитать жидкотекучесть залитого металла по выступам на спирали, расстояние между которыми равно 5 см.

9.Записать величину жидкотекучести в таблицу опытов. Пример условной записи жидкотекучести алюминиевого сплава

АЛ-4, залитого при температуре 730 °С в земляную форму: жидкотекучесть АЛ-4 82,5 см (Т – 730 °С, сухая песчаная форма).

Оборудование, инструмент и материалы

1.Электрическая печь сопротивления для плавки алюминия и

цинка.

2.Тигли или ковши для расплавления и заливки сплава.

3.Шихтовые материалы.

4.Весы для взвешивания компонентов сплава и добавок.

5.Термопары со сменными кварцевыми наконечниками и милливольтметром для измерения температуры расплава.

6.Оснастка для получения песчаной формы пробы по ГОСТ

16438-70 (см. рис. 2).

7.Литниковые чаши и стопоры, заранее приготовленные из стержневой смеси с влажностью 5,0 – 6,5 % и высушенные. Сушка чаш и стопоров допускается любыми способами, при этом остаточная влага не должна превышать 0,5 %.

8.Алюминиевые опоки размерами 350x250x75 мм по ГОСТ 15491-70 (разрешается применять опоки других размеров и конструкций без изменения высоты верхней опоки).

9.Формовочная смесь для формовки песчаной формы по сыро-

му со следующими физико-механическими свойствами:

- газопроницаемость > 70 см4/г-мин (1,166 – 10-5м4/кгс); - прочность на сжатие – 0,25 – 0,45 кг/см2 (0,025 – 0,045 МПа); - влажность – 4,5 – 5,0 %,

40

-зерновая основа смеси – сетка № О5К-1,0 по ГОСТ 3584-73;

-поверхностная твердость уплотненной смеси в сыром состоянии – 70 – 80 единиц по твердомеру.

10. Уровень. Твердомер.

11. Мерительный инструмент. Спецодежда.

12. Плакаты и фотографии различных проб для определения жидкотекучести (прутковая, спиральная, U-образная, винтовая, клиновидная, шариковая и др.).

13. ГОСТ 16438-70. Формы песчаная и металлическая для получения проб жидкотекучести металлов.

Порядок проведения работы

1.Взвесить порцию шихты, загрузить ее в тигель и поставить в печь. Приготовить сплав заданного состава в соответствии с требованиями технологии плавки. Перегреть расплав приблизительно на 100 – 150 °С выше температуры ликвидуса. Пользуясь соответствующей диаграммой состояния, определить температуру ликвидуса.

2.Пока металл расплавляется, изготовить из сырой формовочной смеси 4 – 6 одинаковых комплектов спиральных проб на жидкотекучесть в соответствии с методикой, рекомендованной ГОСТ 16438-70 (см. рис. 1). Степень уплотнения смеси в опоке должна быть постоянной – 70 – 80 единиц по твердомеру. Все формы установить на плацу по уровню.

3.Вынуть из печи тигель с расплавленным металлом, засечь время и залить металл в полость чаши из форм. Через 8 – 12 с после заливки замерить температуру в чаше и заполнить измерительный канал, подняв резким движением стопор.

4.Охладить сплав в тигле на 20 – 50 °С и залить точно так же вторую пробу. Охладить сплав еще на 20 – 50 °С и залить третью пробу.

5.Охладить сплав в тигле до еще более низкой температуры, в частности, до температуры, близкой к температуре начала затвердевания (ликвидусу) и даже несколько ниже ее, и снова залить 1 – 2 пробы. Остатки жидкого металла вылить из тигля в изложницу.

6.После затвердевания металла в чаше разобрать каждую форму, замочить отливки спиралей в воде и очистить от остатков формовочной смеси.

41

7.Замерить общую длину спиралей λ с точностью до 0,01см с помощью выступов на спирали и линейки. Замерить абсолютную формозаполняемость λ – l , см.

8.Результаты замера температуры заливки сплава, жидкотекучести и абсолютной формозаполняемости занести в таблицу опытов.

9.Подсчитать относительную формозаполняемость F в процентах и результаты подсчета внести в таблицу опытов.

10.По данным таблицы построить точки на трех графиках: "температура заливки – жидкотекучесть", "температура заливки – формозаполняемость", "температура заливки – время" и провести по ним соответствующие кривые.

Для исследования влияния состава литейных сплавов на жидкотекучесть и формозаполняемость студенты должны сделать следующее:

1.Взвесить вторую порцию шихты, загрузить ее в тигель и поставить в печь. Перегреть расплав на 100 – 150 °С выше температуры ликвидуса.

2.Добавить в сплав взвешенное количество элемента или модификатора, влияние которого исследуется (например цинка, меди, кремния, марганца и др.). Рассчитать процентное содержание исследуемого элемента в сплаве.

3.Изготовить 6 – 8 одинаковых комплектов спиральных проб на жидкотекучесть.

4.Залить жидким сплавом 3 – 4 пробы, постепенно охлаждая металл в тигле. Температуру заливки можно выбрать произвольную, т.е. вне зависимости от температуры заливки в предыдущей серии опытов.

5.Замерить жидкотекучесть и формозаполняемость, и результаты опытов внести в таблицу. Подсчитать относительную формозаполняемость сплава.

6.Дополнить для сравнения ранее построенные графики кривыми, построенными для измененного состава сплава.

7.Изменить состав сплава, залить оставшиеся 3 – 4 пробы аналогичным образом и дополнить имеющиеся графики получившимися кривыми.

42

8.На основании графиков построить непосредственные зависимости "содержание исследуемого элемента – жидкотекучесть" и "содержание элемента – формозаполняемость" при постоянных температурах заливки. Желательно дополнить опытные данные результатами, полученными в работе предыдущих подгрупп.

9.Когда обе задачи исследования будут выполнены, необходимо сделать общие выводы о влиянии температуры заливки

исостава сплава на жидкотекучесть и формозаполняемость. Показать результаты работы преподавателю. Привести в порядок рабочее место. Составить отчет о работе.

Содержание отчета

1.Эскизы различных проб на жидкотекучесть.

2.Таблицы опытов (см. таблицу).

3.Графики "температура заливки – жидкотекучесть", "температура заливки – формозаполняемость", "Содержание элемента – жидкотекучесть", "содержание элемента – формозаполняемость", "температура металла – время".

4.Диаграммы состояния, соответствующие заданной основе сплава и исследуемой добавке.

5.Заключение и общие выводы.

Контрольные вопросы

1.Что такое жидкотекучесть сплава?

2.Что такое формозаполняемость?

3.Какие Вы знаете пробы на жидкотекучесть?

4.Расскажите методику определения жидкотекучести.

5.От чего зависит жидкотекучесть сплава?

43

Лабораторная работа № 9 ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ НА СТРУКТУРУ

ОТЛИВОК

Цель работы: изучение на практике влияния скорости затвердевания на параметры структурных зон отливок, затвердевающих с различной скоростью.

Общие положения

Качество литого изделия, его механические и служебные свойства во многом определяются условиями затвердевания. При этом скорость охлаждения затвердевающей отливки является одним из основных факторов, определяющих процесс формирования макроструктуры, величину и расположение усадочных дефектов, характер распределения и величину неметаллических включений, развитие ликвации и т.д. Обычно чем выше температура заливки и меньше скорость охлаждения в период затвердевания, тем более крупнозернистая структура у отливок.

Важной характеристикой сплавов является их чувствительность к скорости охлаждения. В одной и той же отливке механические свойства и структура могут значительно отличаться. В толстых частях отливки получается крупнозернистая структура, а в тонких – мелкозернистое глобулярное строение или столбчатая структура. В чугунной отливке в тонкой ее части может появиться отбел (из-за большой скорости охлаждения), а в толстой части – крупный пластинчатый графит. В результате этого конструктивная прочность и надежность отливки могут оказаться недостаточными.

Для получения однородного строения и свойств применяют различные способы регулирования скорости затвердевания отливки в целом или отдельных ее частей. На практике это осуществляется применением внешних холодильников и теплоизоляции, подводом металла в тонкие части отливки, модифицированием и др. В последнее время для повышения однородности литых изделий все более широкое применение находят суспензионная заливка и использование металлооболочковых форм.

44

Для определения влияния скорости затвердевания на строение отливки применяют технологические пробы – отливки с переменной толщиной сечений (клиновидные, ступенчатые, цилиндрические). Различная скорость охлаждения может обеспечиваться разной приведенной толщиной образцов или применением формовочных смесей с различной величиной коэффициента аккумуляции тепла. Для того чтобы определить среднюю скорость затвердевания отливки υср.затв, необходимо знать продолжительность ее затвердевания. Продолжительность затвердевания τ определяют термометрированием или по формуле

где τ – продолжительность затвердевания, с; М – масса отливки, кг; L – удельная теплота кристаллизации металла, Дж/кг; С – удельная теплоемкость жидкого металла, Дж/(кг·К); Тж – температура металла в момент заливки. К; bф – коэффициент аккумуляции тепла формой, Вт·c1/ 2 /(м2·ºС); F – площадь охлаждения отливки, м2; Тп – температура поверхности контакта металла с формой, К.

где bм – коэффициент аккумуляции тепла металлом.

Скорость затвердевания υср.затв (мм/с) в данном случае определяют посредством деления диаметра образцов di (мм) на продолжительность их затвердевания τi ( с ) .

Структуру в изломе образцов определяют путем измерения средней величины зерна d равноосных кристаллов в центральной зоне и относительной ширины столбчатой зоны Хст/dcт, где Хст – протяженность зоны столбчатых кристаллов; dcт – средний поперечный размер столбчатых кристаллов.

Для исследования макроструктуры из отливок вырезают поперечные образцы и готовят макрошлифы.

Оборудование, приборы и материалы

Плавильная печь, металлографический микроскоп, установка для полирования шлифов, механическая ножовка, потенциометр с хро- мель-алюмелевой термопарой погружения, опоки, модельный комплект для изготовления образцов диаметром 10, 20, 30, 40 и 50 мм,

45