Оборудование, приборы, инструмент и материалы
1. Печь плавильная.
2. Тигель графитовый или шамотографитовый.
3. Ухват.
4. Алюминий марки А0 – А00.
5. Флюс рафинирующе-модифицирующий.
6. Потенциометр КСП-4.
7. Комплект термопар хромель-алюмелевых.
8. Приспособление для установки термопар.
9. Верстак формовочный.
10. Модели металлические: спиральной пробы, стояка и выпора.
11. Опоки разъемные.
12. Штыри спаривающие.
13. Плита подмодельная.
14. Инструмент формовочный.
15. Смесь формовочная.
16. Припыл.
17. Клещи.
18. Секундомер.
19. Штангенциркуль с ценой деления 0,05 мм.
Методические указания по выполнению работы и обработке результатов
1. По модели кубического образца со стороной 100 мм изготовить песчаную форму.
2. Установить термопары на расстоянии 5; 25; 50 мм от стенки формы (рис. 2.1) и подключить их к записывающему прибору.
Рис. 2.1. Схема размещения термопар в форме
3. Приготовить жидкий расплав алюминия.
4. Залить формы расплавом с перегревом не более 300 К.
5. Записать термические кривые охлаждения отливки в различных точках по сечению.
6. Построить графики изменения температуры по времени в точках А, Б, В установки каждой термопары (рис. 2.1). По кривым охлаждения построить температурное поле отливки в координатах «расстояние от поверхности – время».
7. По кривым затвердевания определить толщину корки затвердевшего металла через определенные промежутки времени и экспериментальные данные занести в таблицу.
|
|
|
8. Рассчитать толщину затвердевшего металла отливки со стороны стенок формы по формуле (2.5). Для чистого алюминия принять:
L = 389,7·103 Дж/кг;
Jпов = JS = 904 К;
ρ1 = 2700 кг/м3;
c1 = 880 Дж/(кг∙К);
b4 = 2450 Вт·с0,5/(м2·К).
Для облегчения расчетов по формуле (2.5) использовать значения τ, близкие к экспериментальным.
9. Расчетные данные занести в таблицу 2.1, нанести на график (см. п.6) и сравнить их с экспериментальными. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.
Таблица 2.1.
Расчет кинетики затвердевания
| Толщина затвердевшей корки, мм | Время, с | |
| расчетное | экспериментальное | |
10. Подготовить отчет по лабораторной работе.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Описание методики выполнения работ.
3. Эскиз литейной формы с расположением термопар.
4. Графики с результатами экспериментальных замеров температурного поля отливки по 3 точкам; расчёты величин ξ; таблица с сопоставлением экспериментально замеренных и расчётных величин ξ.
5. Выводы по работе на основании общих положений теории формирования отливок.
6. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
|
|
|
1. Что понимается под кинетикой затвердевания?
2. Какие факторы определяют кинетику затвердевания?
3. По какому закону изменяется толщина твердой корки при затвердевании отливки в песчаной форме?
4. Какие методы применяются для изучения кинетики затвердевания, их преимущества и недостатки?
5. В чем сущность термического метода исследования затвердевания отливки?
6. Какие принимаются допущения при расчетном методе исследования затвердевания отливки?
7. Как строится температурное поле исследуемых отливок?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОБОДНОЙ И ЗАТРУДНЁННОЙ ЛИНЕЙНОЙ УСАДКИ СПЛАВОВ
Цели работы
1. Изучение определений и основных закономерностей процесса усадки сплава.
2. Приобретение умения и навыков экспериментального определения величин свободной и затруднённой линейной усадки сплавов.
3. Экспериментальное исследование влияния сопротивления формы на величину литейной усадки.
4. Овладение методиками выполнения работы, обработки экспериментальных данных и анализа полученных результатов исследования.
Работа выполняется за 4 часа.
Теоретическая часть
Линейная усадка сплава – это относительное изменение линейных размеров отливки. При охлаждении отливки ее линейные размеры начинают изменяться с момента, когда на поверхности расплава образовалась достаточно прочная твердая корка или сформировался остов кристаллов, способный противостоять статическому давлению жидкого металла. Начало линейной усадки для сплавов, кристаллизующихся в интервале температур, соответствует температуре, при которой образуется скелет непрерывной твердой фазы (температуре нулевой жидкотекучести). Для сплавов эвтектических составов температура начала линейной усадки совпадает с температурой кристаллизации.
|
|
|
В зависимости от условий протекания линейной усадки, выделяют свободную и затруднённую линейную усадку.
Свободная линейная усадка сплавов обусловлена сжатием кристаллической решетки сплава при охлаждении отливки и определяется природой сплава и температурным интервалом охлаждения, без учета конструкции отливки и формы, технологических условий литья и других факторов:
 ,
| (3.1) |
где l(τ) и l0 – размеры отливки при температурах T0 и T(τ), мм;
αl – линейный коэффициент термического сжатия сплава, К-1;
T(τ) – температура отливки в рассматриваемый момент времени, К.
|
|
|
В реальных условиях производства изменение размеров отливок зависит не только от природы сплава, но и от конструкции формы. Так, например, большое влияние на усадочные процессы оказывает наличие выступающих частей, стержней, стояка, выпоров, трение отливки о стенки формы, и т.д. Наряду с механическим торможением усадки большинство отливок испытывает также термическое торможение, связанное с различием в скоростях охлаждения отдельных частей.
Изучить влияние вышеперечисленных факторов позволяет затруднённая линейная (литейная) усадка отливки, поскольку зависит не только от свободной линейной усадки сплава, но также от размеров и конфигурации отливки, характера кристаллизации, теплофизических параметров литейной формы и др.
Литейная усадка сплава – это относительная разность линейных размеров формы и отливки:
 ,
| (3.2) |
Величина литейной усадки разных сплавов колеблется в пределах 0,5…2,5 % и может различаться даже для одной и той же отливки из одного сплава, но отливаемой по различным технологическим процессам. Например, при литье в металлические формы литейная усадка на 20…50 % меньше, чем в песчаные.
Кинетика линейной усадки зависит от предусадочного расширения и фазовых превращений в твердом состоянии, сопровождающихся изменением плотности сплава.
Предусадочное расширение происходит в интервале температур T0…TS. Оно предшествует усадке и его величина составляет 0,1…0,3 %. Основные причины предусадочного расширения:
1) выделение теплоты кристаллизации при затвердевании участков жидкой фазы внутри непрерывного «скелета» твердой фазы, которая разогревает твердый каркас и вызывает его расширение;
2) диффузионные процессы, ведущие к структурным превращениям с увеличением удельного объема (например, выделение графита в чугуне);
3) выделение газов в связи с понижением их растворимости в жидкости внутри непрерывного «скелета» твердой фазы. Так как газы не имеют возможности удалиться, в изолированных объемах повышается давление, вследствие чего происходит раздутие каркаса твердой фазы.
Изменение размеров отливки, связанное с фазовыми превращениями, имеет место, например, у железоуглеродистых сплавов и зависит от их химического состава и условий охлаждения. Для чистого железа при (α→γ)-превращении линейные размеры увеличиваются более чем на 0,3 %. В чугунах и сталях при перлитном и мартенситном превращениях линейное расширение составляет 0,1 и 0,3 % соответственно.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 119; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!