Оборудование, приборы, инструмент и материалы
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
Образовательное учреждение высшего образования
«Уфимский государственный авиационный технический университет»
ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОТЛИВКИ
Лабораторный практикум
по дисциплине «Теория формирования отливки»
Уфа 2019
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Уфимский государственный авиационный технический университет»
Кафедра машин и технологии литейного производства
ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОТЛИВКИ
Лабораторный практикум
по дисциплине «Теория формирования отливки»
Уфа 2019
Составители: П. Н. Никифоров, А. О. Деменок
УДК
ББК
Процессы формирования отливки: лабораторный практикум по дисциплине «Теория формирования отливки» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; сост.: П. Н. Никифоров, А. О. Деменок. – Уфа: РИК УГАТУ, 2019. – 42 с.
В лабораторном практикуме представлены методы исследования процессов заполнения литейной формы расплавом, кристаллизации и формирования свойств и дефектов отливки. Рассмотрено влияние на формирование качественных отливок жидкотекучести сплавов, кинетики затвердевания, объёмной, линейной и литейной усадки, склонности к образованию термических напряжений.
|
|
|
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению подготовки 15.03.01 «Машиностроение», профиль «Машины и технология литейного производства», изучающих дисциплину «Теория формирования отливки».
Табл. 4. Ил. 8. Библиогр.: 3 назв
Рецензенты: канд. техн. наук Е. С. Гайнцева
© Оформление. РИК УГАТУ, 2019
Содержание
1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИДКОТЕКУЧЕСТИ СПЛАВОВ.. 5
1.1 Цель работы.. 5
1.2 Теоретическая часть. 5
1.3 Оборудование, приборы, инструмент и материалы.. 10
1.4 Методические указания по выполнению работы и обработке результатов 11
1.5 Содержание отчета. 13
1.6 Контрольные вопросы.. 13
2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№ 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВОК ПРИ ПОМОЩИ МЕТОДА ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА.. 16
2.1 Цели работы.. 16
2.2 Теоретическая часть. 16
2.3 Оборудование, приборы, инструмент и материалы.. 19
2.4 Методические указания по выполнению работы и обработке результатов 19
2.5 Содержание отчета. 21
2.6 Контрольные вопросы.. 21
3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОБОДНОЙ И ЗАТРУДНЁННОЙ ЛИНЕЙНОЙ УСАДКИ СПЛАВОВ.. 22
3.1 Цели работы.. 22
3.2 Теоретическая часть. 22
|
|
|
3.3 Оборудование, приборы, инструмент и материалы.. 24
3.4 Методические указания по выполнению работы и обработке результатов 25
3.5 Содержание отчета. 26
3.6 Контрольные вопросы.. 26
4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАЛИВКИ СПЛАВА НА ВЕЛИЧИНУ И ХАРАКТЕР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСАДОЧНЫХ ПУСТОТ В ОТЛИВКЕ.. 27
4.1 Цели работы.. 27
4.2 Теоретическая часть. 27
4.3 Оборудование, приборы, инструмент и материалы.. 32
4.4 Методические указания по выполнению работы и обработке результатов 33
4.5 Содержание отчета. 34
4.6 Контрольные вопросы.. 35
5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОТЛИВКАХ.. 36
5.1 Цели работы.. 36
5.2 Теоретическая часть. 36
5.3 Оборудование, приборы, инструмент и материалы.. 39
5.4 Методические указания по выполнению работы и обработке результатов 40
5.5 Содержание отчета. 41
5.6 Контрольные вопросы.. 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 42
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИДКОТЕКУЧЕСТИ СПЛАВОВ
Цель работы
1. Изучение определений и основных закономерностей процесса заполнения формы расплавом и остановки потока расплава.
2. Приобретение умения и навыков экспериментального определения величины жидкотекучести сплавов по спиральной пробе.
|
|
|
3. Овладение методиками выполнения работы, обработки экспериментальных данных и анализа полученных результатов исследования.
Работа выполняется за 4 часа.
Теоретическая часть
Жидкотекучесть – это способность металла или сплава заполнять полость литейной формы и четко воспроизводить контуры и габаритные размеры отливки. При недостаточной жидкотекучести полость формы может заполниться не полностью, и полученная отливка будет иметь литейные дефекты (недоливы, усадочные раковины и др.). Поэтому жидкотекучесть является одним из важнейших технологических свойств металлов и сплавов.
Жидкотекучесть зависит от физико-химических свойств жидкого сплава (состава, теплосодержания, плотности, вязкости, поверхностного натяжения), условий заливки (температуры, скорости заполнения, металлостатического напора, способа подвода жидкого расплава к полости формы, внешнего воздействия на форму во время заливки) и свойств литейной формы (ее конструкции, теплофизических свойств материала, температуры, вентиляции и др.). Чем выше вязкость жидкого расплава, тем меньше его жидкотекучесть. При охлаждении в температурном интервале затвердевания из-за выделения кристаллов вязкость расплава очень резко возрастает, жидкотекучесть становится практически равной нулю, и расплав перестает течь (нулевая жидкотекучесть). Сама вязкость является индивидуальной особенностью данного жидкого сплава и зависит от температуры и наличия в нем суспензированных частиц (окислов, нитридов, карбидов, газов).
|
|
|
Повышение температуры расплава снижает вязкость и, соответственно, повышает жидкотекучесть сплава. Поверхностное натяжение мало влияет на жидкотекучесть сплавов, так как стенки песчаной формы не смачиваются сплавом. Его влияние заметно проявляется только при заполнении тонких сечений отливки, так как низкие значения поверхностного натяжения жидкого сплава способствует хорошему смачиванию и получению четкого отпечатка формы.
Наличие плотных и прочных нерастворимых окисных пленок на поверхности жидкого сплава резко ухудшает его жидкотекучесть, заполняемость и ухудшает отпечаток формы. Поверхностные пленки сильно увеличивают поверхностное натяжение. Пленки могут образоваться в результате окисления поверхностных слоев жидкого сплава.
Теплоемкость и теплопроводность сплава существенно влияют на характер теплообмена между расплавом и формой, на скорость охлаждения сплава при заполнении формы и, следовательно, на жидкотекучесть. Чем больше теплоемкость и меньше теплопроводность, тем медленнее охлаждение движущегося расплава и больше жидкотекучесть.
Решающее влияние на жидкотекучесть оказывает абсолютный перегрев жидкого сплава, который определяет длительность его пребывания в жидком состоянии. Чем больше температура перегрева расплава, тем выше его жидкотекучесть.
Жидкотекучесть увеличивается с уменьшением разности между температурами сплава и формы, с уменьшением коэффициента температуропроводности материала формы, давления газов в форме и т.д. Например, жидкотекучесть сплава, заливаемого в горячие формы, выше, чем в холодные, в песчаные – больше, чем в металлические, в вакууме – выше, чем на воздухе.
Жидкотекучесть сплавов определяется по технологическим пробам, имеющим определенную форму сечения. Величина жидкотекучести в них определяется по длине заполненного расплавом канала пробы, выраженной в миллиметрах. Наибольшее применение получили пробы постоянного сечения (спиральная, прутковая, U-образная и др.).
Спиральная проба (рис. 1.1, а) заливается в песчаную форму. На модели спирали имеются отметки, расположенные через 50 мм, для облегчения измерения длины спирали.
По комплексной пробе (рис. 1.1, б), заливаемой в разъемную металлическую форму, можно дополнительно определить линейную и объемную усадки сплава, а также его склонность к образованию трещин.
| а) | б) | в) |
Рис. 1.1. Технологические пробы для определения жидкотекучести сплавов:
а – спиральная, б – комплексная, в – клиновая
В клиновых пробах (рис. 1.1, в) сплав заполняет полость формы переменного сечения. Мерой жидкотекучести в них служит величина зазора между затвердевшим металлом и вершиной угла клина: чем меньше это расстояние, тем жидкотекучесть больше.
Жидкотекучесть сплава λ, характеризуемая длиной заполнения части канала технологической пробы, может быть рассчитана по формуле (1.1).
Скорость течения потока расплава в канале пробы v рассчитывается по формуле:
 ,
| (1.1) |
где v – скорость течения потока расплава в канале пробы, м/с;
τ – продолжительность течения потока, c.
 ,
| (1.2) |
 ,
| (1.3) |
где H – металлостатический напор, действующий в пробе, м;
g – ускорение силы тяжести, м/с2; μ – коэффициент расхода;
– усредненный суммарный коэффициент гидравлического сопротивления на пути потока.
Гидравлические потери напора при заполнении расплавом пробы складываются из потерь на местных сопротивлениях (вход в стояк, поворот из стояка в канал спирали) и потерь на трение в стояке и канале (1.4).
 ,
| (1.4) |
где Σξвх – коэффициент сопротивления на входе в стояк, отнесенный к скорости в стояке; для стандартной спиральной пробы Σξвх = 0,5;
Σξпов – коэффициент сопротивления при повороте из стояка в спиральный канал, отнесенный к скорости в стояке; для стандартной спиральной пробы Σξпов ≈ 2; h – высота стояка, м; d – диаметр
стояка, м; Fст – площадь поперечного сечения стояка, м2; F – площадь поперечного сечения спирального канала, м2; φ – коэффициент гидравлического трения; φ = 0,04; λ – длина заполненной части спирального канала.
Поскольку потери на трение в канале формы зависят от длины заполненной части спирального канала пробы, т.е. величины жидкотекучести сплава λ, при выполнении расчётов величины Σξср необходимо использовать приближённое значение жидкотекучести, определяемое по справочникам для сплавов с близким составом. Дальнейшее уточнение величины Σξср выполняется по итерационной методике, которая описана ниже в разделе «Методика выполнения работы».
Продолжительность течения потока рассчитывается по формуле:
 ,
| (1.5) |
 ,
| (1.6) |
где R – приведенный размер канала пробы (1.6), м; P – периметр поперечного сечения спирального канала, м; ρ1 – плотность расплавленного металла, кг/м3; с1 – удельная теплоемкость расплава, Дж/(кг∙К); Tзал – температура заливки расплава, К; T0 – температура нулевой жидкотекучести сплава, К; m – относительная доля твердой фазы, вызывающая остановку потока; L – удельная теплота кристаллизации, Дж/кг; α – коэффициент теплоотдачи от потока расплава к поверхности формы, Вт/(м2·К):
 ,
| (1.7) |
Таким образом, жидкотекучесть сплава можно рассчитать по формуле:
 ,
| (1.8) |
Эта формула позволяет легко оценить влияние основных факторов на жидкотекучесть сплавов, рассмотренных выше.
Важной характеристикой жидкотекучести сплава является механизм остановки потока расплава, текущего по каналу формы:
1. Остановка потока расплава за счет наступающей объемной кристаллизации всего потока вследствие повышения вязкости из-за снижения температуры и выпадения взвешенных кристаллов.
2. Остановка потока расплава вследствие перехвата и полного затвердевания потока в начальном сечении, на входе, где охлаждение начинается раньше всего. Этот механизм проявляется при течении в тонких каналах чистых металлов и эвтектических сплавов с низкой теплопроводностью, кристаллизующихся при постоянной температуре. В конце затвердевшего потока обнаруживается усадочная раковина.
3. Остановка потока расплава в результате образования в конце потока достаточно прочной твердой корки, прочность которой достаточна, чтобы выдержать гидростатический напор потока расплава. Чаще всего этот механизм реализуется при движении в канале формы сплава, затвердевающего в интервале температур, где в наиболее холодной, головной, части потока начинается и увеличивается выделение частиц твердой фазы.
Механизм остановки потока расплава можно оценить по величине критерия Кос (1.9).
 ,
| (1.9) |
где К – степень зарастания сечения канала затвердевшей коркой сплава в момент остановки потока; для данной работы К = 0,8;
b1 , b4 – коэффициенты тепловой активности материалов отливки и формы соответственно, Вт·с0,5/(м2·К); TS – температура солидус сплава, К.
Если Кос > 1, то остановка потока расплава происходит за счет накопления твердой фазы в головной части.
Если Кос < 1, то поток расплава останавливается вследствие перехвата канала растущей коркой твердого сплава.
Если Кос = 1, то поток расплава останавливается вследствие объемной кристаллизации всего потока расплава.
Оборудование, приборы, инструмент и материалы
1. Печь для плавки алюминиевых сплавов.
2. Тигель графитовый или шамотографитовый.
3. Ухват.
4. Сплав алюминиевый АК12.
5. Флюс рафинирующе-модифицирующий.
6. Потенциометр КСП–4.
7. Термопара хромель–алюмелевая.
8. Верстак формовочный.
9. Модели металлические: спиральной пробы, стояка и выпора.
10. Опоки разъемные.
11. Штыри спаривающие.
12. Инструмент формовочный.
13. Смесь формовочная.
14. Припыл.
15. Клещи.
16. Рулетка с гибкой измерительной лентой.
17. Штангенциркуль с ценой деления 0,05 мм.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 131; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!