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: проб, стояка и выпора.
10. Опоки разъемные.
11. Штыри спаривающие.
12. Плита подмодельная.
13. Инструмент формовочный.
14. Смесь формовочная.
15. Припыл.
16. Клещи.
17. Штангенциркуль с ценой деления 0,05 мм.
Методические указания по выполнению работы и обработке результатов
1. Измерить расстояние между выступами моделей lф 1 и lф 2.
2. Приготовить литейную песчаную форму по двум моделям (рис. 3.1) для определения свободной и затрудненной линейной усадок с подводом металла через единый стояк к серединам обеих отливок.
Рис. 3.1. Модели образцов для определения линейной усадки:
а – свободной; б – затрудненной (литейной)
3. Расплавить алюминиевый сплав в шамотном или шамотографитовом тигле под слоем флюса.
4. Нагреть сплав до температуры 923 К.
5. Залить форму расплавом при температуре 893…903 К.
6. Охладить отливки в форме до комнатной температуры.
7. Извлечь отливки из формы, очистить их от формовочной смеси и измерить расстояние между выступами lотл 1 и lотл 2.
8. Рассчитать величины свободной εl своб и затрудненной линейной εl затр усадок по формуле (3.2).
9. Подготовить отчет по лабораторной работе.
|
|
|
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Описание методики выполнения работы.
3. Эскизы используемых образцов.
4. Результаты экспериментальных замеров величин lф 1, lотл 1, lф 2, lотл 2; расчеты величин εl своб, εl затр.
5. Выводы по работе на основании общих положений теории формирования отливок.
6. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Чем обусловлена линейная усадка металлов и сплавов, при каких температурах она проявляется?
2. Какая усадка называется линейной?
3. От каких факторов зависит линейная и литейная усадка металлов?
4. Что такое предусадочное расширение? Каковы его причины?
5. Какие существуют методы экспериментального определения литейной усадки?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАЛИВКИ СПЛАВА НА ВЕЛИЧИНУ И ХАРАКТЕР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСАДОЧНЫХ ПУСТОТ В ОТЛИВКЕ
Цели работы
1. Изучение определений и основных закономерностей процессов формирования усадочных пустот в отливках.
2. Приобретение умения и навыков экспериментального определения величин и характера распределения усадочных пустот в отливке.
3. Экспериментальное исследование влияния температуры заливки сплава на соотношение объемов усадочной раковины и пористости в отливке.
|
|
|
4. Овладение методиками выполнения работы, обработки экспериментальных данных и анализа полученных результатов исследования.
Работа выполняется за 4 часа.
Теоретическая часть
При охлаждении отливок происходит уменьшение их объема. Относительное изменение объема сплава от заливки расплава до полного охлаждения отливки складывается из изменений объема отливки в каждый из трех периодов охлаждения: в жидком состоянии, в температурном интервале затвердевания и в твердом состоянии.
Для большинства сплавов коэффициент термического сжатия в жидком состоянии и в период затвердевания больше, чем в твердом состоянии. Поэтому изменение объема затвердевающей наружной корочки при охлаждении до температуры окружающей среды будет меньше, чем изменение объема заключенного внутри нее металла. Эта разница проявляется в виде усадочных пустот: концентрированных усадочных раковин (внутренних и внешних) или усадочной пористости.
Усадочная раковина – полость в теле отливки или прибыли, образующаяся вследствие некомпенсированной объемной усадки при затвердевании. Различают внутренние раковины, образующиеся обычно в тепловых узлах, и наружные раковины [открытые или закрытые (т.е. под коркой металла) (рис. 4.1)]. Размер усадочной раковины зависит от усадочных свойств сплава, условий формирования отливки и технологических условий литья.
|
|
|
| а) | б) |
Рис. 4.1. Наружные усадочные раковины:
а – закрытая; б – открытая
Усадочная пористость – скопление мелких пустот, возникающих в изолированных микрообъемах отливки, обычно в междуосных пространствах дендритов, в условиях отсутствия питания жидким расплавом. Различают рассеянную пористость, распределенную более или менее равномерно по всему объему отливки, и зональную пористость, сосредоточенную в осевых частях, в тепловых узлах и других частях отливки.
Общий объем усадочных пустот определяется по формуле (4.1) как разность между наружной усадкой отливки и суммарной усадкой сплава в жидком и твёрдом состоянии, а также в интервале затвердевания по формуле Н.Г. Гиршовича и Ю.А. Нехендзи:
 ,
| (4.1) |
где Vотл – объём отливки, определяемый её внешними размерами;
εVж – объемная усадка жидкого металла внутри затвердевающей отливки при падении в ней температуры от температуры металла непосредственно после заливки Tж ≈ Tзал до температуры ликвидус; εVкр – объемная усадка сплава в интервале кристаллизации;
εVт – объемная усадка отливки по наружным размерам в период затвердевания в интервале температур от TS до Tср (средней температуры металла в момент конца затвердевания); εнар – объемная усадка отливки по наружным размерам.
|
|
|
 ,
| (4.2) |
 ,
| (4.3) |
 ,
| (4.4) |
 ,
| (4.5) |
где αVж и αVт – коэффициенты объемных усадок в жидком и твердом состояниях внутри интервала затвердевания; ΔTкр – ширина интервала кристаллизации; ΔTкр = TL – TS; 
– усадка при переходе из жидкого состояния в твердое; εп.р. – предусадочное расширение;
β – коэффициент, характеризующий влияние массы твёрдой корки на формирование усадочной раковины; β ≈ 0,5.
С учётом (4.2)…(4.5) выражение (4.1) примет вид (4.6).
 ,
| (4.6) |
Из выражения (4.6) следует, что объем усадочных дефектов увеличивается с повышением параметров αVж, αVт, Tж, ΔTкр, 
, β, а также от перепадов температур в отливке в начале затвердевания
(Tж – TL) и в конце затвердевания (TS – Tср).
Различные сплавы обладают разной склонностью к образованию усадочной концентрированной раковины или рассеянной пористости. Распределение объемной усадки по ее отдельным разновидностям зависит от величины температурного интервала затвердевания или иначе, от состава сплава, а также от внешнего давления, при котором происходит процесс кристаллизации отливки. Связь развития усадочных пустот с диаграммой состояния двойной системы сплавов (составом сплава) построена акад. А.А. Бочваром. Вся область объемной усадки на диаграмме слагается из трех частей (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Диаграмма «состав – объемная усадка»:
1 – наружная объемная усадка; 2 – рассеянная пористость;
3 – концентрированная усадочная раковина
Характер объемной усадки в отливке в основном зависит от формы первичных кристаллических образований в процессе затвердевания сплава.
Так как усадочная пористость возникает в изолированных микрообъёмах отливки, частично или полностью обособленных от источника питания растущими дендритами, наибольший объем усадочной пористости наблюдается у сплавов с большим интервалом кристаллизации, образующих сильно разветвленные дендриты.
Усадочная раковина начинает формироваться с момента образования сплошной твердой корки по всей поверхности отливки. Ее появление обусловлено понижением уровня жидкого металла относительно затвердевающей наружной корки отливки вследствие термического сжатия жидкого металла и уменьшения объема при переходе его в твердое состояние.
У сплавов эвтектического состава и у чистых металлов усадочная пористость практически отсутствует. Поэтому для отливок, к которым предъявляются повышенные требования в отношении плотности и герметичности, следует рекомендовать эвтектические сплавы или близкие к ним.
Объем усадочных пустот, заключённых в отливке Vус. пуст., представляет собой разность между физическим объемом пробы Vпр и объемом плотного металла в нем Vмет (4.7).
 ,
| (4.7) |
где mпр – масса пробы, определяемая взвешиванием на весах с точностью до 0,1…0,3 г; ρмет – плотность металла; для сплава АК12 ρмет = 2650 кг/м3; ρпр – средняя плотность пробы, кг/м3.
Определение средней плотности пробы ρпр производится путем взвешивания его на воздухе и в жидкости (например, в дистиллированной воде), с последующим сравнением результатов (4.8).
 ,
| (4.8) |
где mпр и mпр. ж. – массы пробы на воздухе и в жидкости, кг;
ρж – плотность жидкости, кг/м3; для воды ρж = 1000 кг/м3;
ρв – плотность воздуха; ρв = 1,2 кг/м3.
Одновременно определяется объем пробы-образца по формуле:
 ,
| (4.9) |
Объем концентрированной усадочной раковины Vрак измеряется заполнением ее керосином из шприца либо мерной бюретки. Так как раковины в пробах обычно получаются закрытыми, их измеряют после просверливания верхней корки. Объем израсходованного керосина составляет объем концентрированной усадочной
раковины Vрак.
Объем рассеянных усадочных пор Vпор в случае закрытой раковины определяется как разность между объемом усадочных пустот, заключённых в отливке, и объемом концентрированной раковины (4.10а):
 ,
| (4.10а) |
В случае открытой раковины все заключённые в отливке усадочные пустоты представляют собой пористость, т.е.
 ,
| (4.10б) |
Суммарный объём усадочных пустот рассчитывается как сумма объёмов концентрированных усадочных раковин и усадочной пористости:
 ,
| (4.11) |
Для сравнения данных по объемам усадочных пустот, определяемым при различных температурах или по различным пробам, объемы усадочных пустот представляют в относительной форме (4.12)…(4.14):
 ,
| (4.12) |
 ,
| (4.13) |
 .
| (4.14) |
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 119; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!