Файл: МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ТЕОРИЯ ЛИТЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 124
Скачиваний: 1
длиной 150 – 200 мм, формовочный и измерительный инструмент, технические весы, формовочная смесь, набор напильников и шлифовальной бумаги для приготовления шлифов, реактивы для травления, спецодежда.
Порядок проведения работы
1.Приготовить алюминиевый сплав заданного состава.
2.Изготовить форму для одновремнной заливки образцов диа-
метром 10, 20, 30, 40 и 50 мм, длиной 150 – 200 мм.
3.Залить форму при температуре, заданной преподавателем.
4.Рассчитать продолжительность и среднюю скорость затвердевания отливок.
5.После охлаждения отрезать от отливок заготовки и изготовить поперечные макрошлифы. Травление шлифов рекомендуется проводить в смеси азотной и соляной кислот (3:1) с добавлением 10 %-го раствора хлорной меди.
6.Измерить параметры структурных зон. Каждый участник заполняет таблицу, в которую заносит свои индивидуальные измерения
d′, X′ст, d′ст и общие результаты d, Xст, dст (усредненные по данным всей группы).
7. По усредненным результатам построить графики для выявления зависимости d и Xст/dст от скорости затвердевания.
9. Оценить влияние скорости охлаждения на микроструктуру отливок (протяженность структурных зон, размеры и форму отдельных кристаллов).
Диаметр |
Продолжительность |
Средняя скорость |
Размер |
Ширина |
||
образца, |
затвердевания, с |
затвердевания |
зерна, |
столбчатой |
||
мм |
|
υср.затв, мм/с |
|
мм |
зоны, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d′ |
|
d′cт |
Х'ст |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
46 |
|
|
|
|
Содержание отчета
1.Наименование работы.
2.Цель работы.
3.Описание методики проведения эксперимента с перечнем.
4.Результаты измерения структурных зон применяемого оборудования и материалов.
5.Теоретический расчет продолжительности и скорости затвердевания отливок.
6.Таблица результатов и графики, отражающие влияние скорости охлаждения на параметры структурных зон.
7.Рисунки микроструктуры.
8.Основные выводы по работе.
9.Вопросы по технике безопасности при проведении работы.
Контрольные вопросы
1.Назовите основные структурные зоны слитка.
2.С какой целью необходимо оценивать скорость затвердевания отливки в целом или отдельных ее частей?
3.В чем выражается влияние скорости охлаждения на структуру
имеханические свойства металлов и сплавов?
4.Как влияет скорость охлаждения на характер и расположение неметаллических включений и ликвационных дефектов?
5.Каковы способы контроля качества отливок?
6.Назовите практические приемы регулирования процесса затвердевания.
7.Конструктивные и технологические особенности металлооболочковых форм.
Лабораторная работа № 10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ФОРМОВОЧНОЙ И СТЕРЖНЕВОЙ СМЕСИ
Цель работы: ознакомление с методикой определения основных теплофизических свойств формовочной смеси.
47
Основные положения
Основными величинами, характеризующими теплофизические свойства формы, являются коэффициенты теплопроводности λ2, удельной теплоемкости с2, коэффициент аккумуляции тепла b2 и температуропроводность a2.
Коэффициент аккумуляции тепла формой b2 и температуропроводность a2 можно определить, зная плотность материала формы ρ2, коэффициент теплопроводности λ2 и удельную теплоемкость с2 .
b2 = λ2c2ρ2 ; a2 = λ2 / (с2 ρ2).
Свойства формы определяют в условиях, сходных с реальными условиями литья, путем заливки металла в форму и исследования ее температурного поля.
Показатель степени параболы n определяют из соотношения n = S/S1, где S и S1 – площади области над кривой и под кривой соответственно (рис. 1). Их определяют подсчетом клеточек, если чертеж выполнен на миллиметровой бумаге или планиметром.
При таком способе исследова-
Рис. 1. Температурное поле отливкииформыприопределении теплофизических свойств
ния полученные эффективные коэффициенты автоматически учитывают все эффекты, связанные с поглощением или выделением теплоты в форме.
Метод позволяет определить тепловые свойства формы при любых температурах. Для этого достаточно залить металл с известными теплофизическими свойствами и соответствующейтемпературойкристаллизации.
Определение теплофизических свойств формовочной и стержневой смеси может быть осуществ-
лено методом плоской либо цилиндрической отливки.
Метод плоской отливки
При определении теплофизических коэффициентов на точность измерений влияют конечные размеры испытуемых образцов. Поэтому толщина отливки должна быть не более 0,1 ее ширины и высоты. Кроме того, термопары, определяющие распределение температуры
48
по толщине формы, должны находиться напротив центра отливки, причем последняя термопара должна быть удалена от поверхности отливки на расстояние не более 1/4 ее высоты или ширины. Например, отливка толщиной 30 мм должна иметь высоту и ширину не менее 300 мм, а термопары в форме целесообразно разместить на расстояниях 2, 5, 10, 20, 35, 50 и 75 мм от поверхности соприкосновения формы с отливкой (рис. 2).
Измерять температуру следует термопа- |
|
|
рами, расположенными в изотермических |
|
|
плоскостях, то есть в плоскостях, параллель- |
|
|
ных плоскости поверхности отливки. Толщи- |
|
|
на электродов не должна превышать 0,5 мм. |
|
|
Более толстые термопары искажают темпера- |
|
|
турное поле формы и дают погрешности в |
|
|
связи с ошибками измерений расстояний го- |
Рис. 2. Схема располо- |
|
рячих спаев от отливки. Температуру в от- |
жения термопар при оп- |
|
ливке следует измерять термопарой, защи- |
ределении теплофизиче- |
|
щенной тонким кварцевым колпачком. |
ских свойств формовоч- |
|
ной смеси |
||
После постановки опыта необходимо |
||
|
обязательно разобрать форму и тщательно измерить расстояние от термопар до отливки, так как при формовке возможно их смещение.
Расчет коэффициентов ведут по формулам: |
|
b2 = R·ρ1·qкр / {θп· [2n·tз / (n + 1)]1/2}, |
( 1 ) |
где qкр = qпер + r + 0,5с1(θкр – θп); |
|
с2 = R·ρ1·qкр (n + 1) / (Х2 ·ρ ·θп). |
( 2 ) |
Теплопроводность и температуропроводность находят из соот- |
|
ношений |
|
λ2 = b22/c2· ρ2; а2 = λ2 / c2· ρ2 . |
( 3 ) |
Поскольку температуру металла целесообразно измерять одной термопарой, расположенной в геометрическом центре отливки, в первом приближении можно положить θп = θкр. По рассчитанной теплопроводности определяют перепад температуры в отливке и делают поправку на изменение значений θп и qкр.
Величину θп по известным n, R и Х = Х2 (из опыта) определяют из
следующего уравнения: |
|
θп = θкр / [1 + n (λ2 / λ1)(R / Х2)]. |
( 4 ) |
49 |
|
Метод цилиндрической отливки
Как и в случае плоского образца, измеряют температуру по сечению формы и в центре отливки.
Удельная теплоемкость материала
с2 = R· ρ1·qкр(n + 1) / {2X2 ρ2θп [1 + 1 / (n + 2)·(X2 /R)]}. (5) Здесь qкр = qпер + L + 2/3с1(θкр – θп).
Значение
λ2 = R2 (n + 2) / 4n·tз{[(n + 2)с2·ρ2] / [3(n+1)]·
[(1 + 2(n + 1) / (n + 2)·(ρ1·qкр) / (с2·ρ2θп))3/2 – 1] – (ρ1·qкр)/ θп.ср}. (6)
Величину θп определяют из уравнения ( 4 ) методом последовательных приближений
θп.ср. = (θкр + θп)/2.
Образец формы изготовляется в виде толстостенного цилиндра высотой Н, при этом должно соблюдаться условие Н/R > 10. Толщина
стенки формы ориентировочно выбирается из условия |
≈ 1,2Х2, |
|
|
где Х2 = R(n + 2) / 2( [1 + (n + 1) / (n + 2) (ρ1·qкр ) / (ρ2c2 |
·θп ) - 1] . |
. |
(7) |
|
|
|
|
Значение с2 можно принять в первом приближении равным теплоемкости основного компонента смеси, а θп ≈ θкр.
Основные величины, встречающиеся при подсчете теплофизических свойств формовочной и стержневой смеси:
n – показатель степени параболы , n = S/S; R – половина толщины отливки, м;
ρ1 – плотность материала отливки, кг/м3;
qкр – удельная эффективная теплота кристаллизации, Дж/кг; X – глубина прогрева формы, м;
X2 – значение X в момент времени t3, м; Ρ2 – плотность материала формы, кг/м3;
θп – избыточная температура поверхности, θп = Тп – Т0, К; t3 – время окончания затвердевания отливки, с;
qпер – удельная теплота перегрева, qпер = с1′(Тзал – Тлик), Дж/кг; c′1 – удельная теплоемкость расплава, Дж/кг·К;
Tзал – температура заливки, К;
Tлик – температура ликвидуса, К;
L – удельная теплота кристаллизации металла, Дж/кг; с1 – удельная теплоемкость материала отливки, Дж/кг·К;
θкр – избыточная температура кристаллизации, К, θкр = Ткр – Т0. Тп – температура поверхности формы, К; Т0 – начальная температура формы, К.
50