ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. определение литейных свойств сплава по комплексной пробе Нихендзи-купцова

Цель работы

Изучить основные литейные свойства металлов: жидкотекучесть, линейную и объемную усадку, литейные напряжения, образование усадочных и газовых раковин.

Научиться определять оптимальные условия и режимы для получения качественных отливок.

Работа выполняется за 4 часа.

Краткие теоретические сведения

Качество отливки зависит от свойств формовочных материалов, качества изготовления формы и литейных свойств металла.

Литейными свойствами металла считаются те, которые положительно или отрицательно влияют на качество полученной отливки. К таким свойствам относятся жидкотекучесть, усадка, склонность к образованию усадочной и газовой пористости или раковин, ликвация.

Жидкотекучесть – одно из важнейших литейных свойств металлов и сплавов.

Жидкотекучестью называется способность металла или сплава заполнять полость литейной формы и чётко воспроизводить контуры отливки и грани. Это свойство металлов влияет и на получение здоровых качественных отливок. При недостаточной жидкотекучести не вся форма заполняется, отливка получается с недоливом и идёт в брак.

Жидкотекучесть зависит от физико-химических свойств жидкого металла (состава, теплопроводности, плотности, вязкости, поверхностного натяжения), условий заливки (температуры, скорости заполнения, металлостатического напора, подвода жидкого металла к полости формы, внешнего воздействия на форму во время заливки) и свойств формы (её конструкции, теплофизических свойств материала, температуры, вентиляции и др.).

Чем выше вязкость жидкого металла, тем меньше его жидкотекучесть. При охлаждении в температурном интервале затвердевания вязкость металла из-за выделения твёрдых кристаллов очень резко возрастает, жидкотекучесть становится практически равной нулю и металл перестаёт течь. Сама вязкость является индивидуальной особенностью данного жидкого металла и зависит от температуры и наличия в нём суспензированных частиц (окислов, нитридов, карбидов, газов). Повышение температуры нагрева снижает вязкость и соответственно повышает жидкотекучесть металла.

Поверхностное натяжение мало сказывается на жидкотекучести металлов и сплавов, т.к. стенки песчаной формы не смачиваются жидким металлом. Его влияние заметно проявляется только при заполнении тонких сечений отливки. Однако низкие значения поверхностного натяжения жидкого металла способствуют хорошему смачиванию и получению чёткого отпечатка формы.

Наличие плотных и прочных нерастворимых плёнок окислов на поверхности жидкого металла резко ухудшает его жидкотекучесть, заполняемость и отпечаток формы. Поверхностные плёнки сильно увеличивают поверхностное натяжение жидкого металла. Так, поверхностное натяжение чистого алюминия составляет 300 дин/см, а покрытого окисной плёнкой – 840 дин/см. Плёнки могут образоваться из-за окисления поверхностных слоев жидкого металла во время заливки формы.

Теплоёмкость и теплопроводность существенно влияют на характер теплообмена между металлом и формой, на скорость охлаждения металла при заполнении формы и, следовательно, на жидкотекучесть. Чем больше теплоёмкость и меньше теплопроводность, тем медленнее охлаждение движущейся струи металла и больше жидкотекучесть.

Решающее влияние на жидкотекучесть оказывает абсолютный перегрев жидкого металла, который определяет длительность его пребывания в жидком состоянии. Чем больше температура перегрева металла, тем выше его жидкотекучесть.

Жидкотекучесть увеличивается с уменьшением равности между температурой металла и формы, с уменьшением 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 металлов и сплавов определяется по технологическим пробам, имеющим определённую форму сечения. Наибольшее применение получили пробы постоянного сечения (спиральная, прутковая, U-образная и др.). Жидкотекучесть металла в них определяется по длине заполненного канала, выраженной в миллиметрах. Спиральная проба (рис. 2.1. а) заливается в песчано-глинистую форму. Обычно на модели спирали имеются отметки, расположенные через 50 мм. Это облегчает измерение длины спирали. По усовершенствованной комплексной пробе (рис. 2.1. б), заливаемой в разъёмную металлическую форму, можно одновременно оценивать усадку сплава и склонность к образованию трещин.

Рис. 2.1. Технологические пробы для определения жидкотекучести металлов и сплавов: а – спиральная; б – комплексная U-образная; в – клиновая

В клиновых пробах (рис. 2.1. в) металл 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.

Уменьшение размера и объёма отливки при охлаждении металла в литейной ферме называется усадкой. В соответствии с агрегатным состоянием охлаждающегося металла или сплава его общая усадка складывается из усадки в жидком состоянии, усадки при затвердевании и усадки в твёрдом состоянии.

Разница между объёмом жидкого и затвердевшего сплава представляет собой абсолютную величину объёмной усадки. Для сопоставления усадки различных сплавов её принято оценивать относительной величиной.

Для определения объёмной или линейной усадки изготавливают специальные формы, имеющие известный объём или соответственно длину. В этих формах получают отливки-образцы. Замерив объём отливки (или длину), высчитывают относительную величину объёмной (или линейной) усадки.

Сведения о характере и величине усадки имеют большое значение для практики.

Чтобы размеры охлаждённой отливки отвечали чертежу, соответствующие размеры модели должны быть увеличены пропорционально линейной усадке данного сплава.

Процесс усадки может привести к образованию различных дефектов в отливках: раковин, пористости, трещин, короблению и т.д.

Усадочные раковины

Усадочными раковинами называются пустоты в отливках, образующиеся в результате уменьшения объёма сплава в жидком состоянии и при затвердевании (т.е. в результате усадки).

Усадочные раковины могут быть концентрированные или рассеянные.

Концентрированными усадочными раковинами называются усадочные раковины, расположенные в одном месте в виде пустот макроскопических размеров.

Рассеянными усадочными раковинами называются усадочные раковины, расположенные по всему сечению отливки в виде мелких и мельчайших пор, иногда неразличимых невооружённым глазом (усадочная пористость).

Величина, форма и расположение усадочных раковин определяются многими факторами. Наиболее важные из них: величина усадки сплава в жидком состоянии и при затвердевании, величина температурного интервала кристаллизации, геометрическая форма и размеры отливок и условия её охлаждения.

Величина усадки сплава определяет объём усадочной раковины.

Величина температурного интервала кристаллизации предопределяет характер усадочных пороков.

Чистые металлы и некоторые сплавы кристаллизуются при постоянной температуре. При затвердевании отливок из таких сплавов кристаллы растут плотным сомкнутым строем и фронтальной поверхностью непрерывно соприкасаются с жидким металлом. Такой характер затвердевания обеспечивает получение сосредоточенной усадочной раковины в той зоне отливки, которая затвердевает последней. В остальных частях отливки структура получается, плотной (рис.2.2 а).

Рис. 2. 2. Образование пористости в отливках:

1 – твердый сплав; 2 – жидкий сплав; 3 – усадочная раковина

Большинство сплавов затвердевает в интервале температур, т.е. кристаллизация начинается при одной температуре, а заканчивается при другой (более низкой). При затвердевании таких сплавов ряд кристаллов (дендриты) опережает в росте другие кристаллы и поэтому выступает глубоко в зону жидкого сплава, расчленяя её на отдельные участки. Разрастаясь, кристаллы (дендриты) полностью изолируют эти участки жидкого сплава друг от друга.

При последующем затвердевании в каждом из таких изолированных участков образуется своя миниатюрная усадочная раковина, в результате чего отливка оказывается по всему объёму поражённой усадочной пористостью. (Рис. 2.2, б).

Рис.2. 3. Места образования усадочных раковин:

1 – отливка; 2 – усадочная раковина

Размеры и форма отливки оказывают влияние, как на величину, так и на расположение раковин в отливке.

Раковины образуются там, где заканчивается затвердевание отливки. Как правило, этим местом является наиболее массивная часть. Если отливка имеет несколько массивных узлов, то после затвердевания тонких сечений толстые части затвердевают изолированно друг от друга и в каждой из них образуется своя раковина. (Рис 2.3. а). При отсутствии массивных узлов усадочные пустоты сосредоточены в центральной зоне стенок, расположенных преимущественно в верхней части отливки. (Рис. 2.3. б).
Всякое искривление стенки вызывает неравномерное охлаждение её с той и другой стороны. В результате затвердевание искривлённой стенки заканчивается близ вогнутой поверхности, туда перемещаются и усадочные пустоты. По тем же причинам во внутренних углах образуются усадочные раковины, тогда как в других местах отливка затвердевает совершенно плотной. (Рис. 2.3. в).

Меры борьбы с усадочными раковинами

1. Установка прибыли

Прибыль – это искусственный резервуар жидкого металла, из которого непрерывно компенсируется усадка затвердевающей отливки. Она устанавливается в самой верхней части отливки или над её массивной частью, т.е. над тем местом, где ожидается возникновение усадочной раковины. Размер прибыли подбирают таким образом, чтобы она затвердевала в последнюю очередь и в неё переместилась усадочная раковина. (Рис. 2.4 а, б).

Рис. 2. 4 Способы устранения усадочных раковин:

1 – отливка; 2 – усадочная раковина; 3 – прибыль; 4 – холодильник

2. Местное изменение условий охлаждения отливки за счёт применения специальных формовочных смесей, установки холодильников и выбора места подвода металла к форме.

Например, в отливке (рис. 2.4 в) вертикальная стенка в верхней части затвердевает раньше, чем расположенное ниже утолщение, в результате чего в утолщённой части образуется усадочная раковина. Если же при формовке на утолщённой части установить металлический холодильник, то она затвердевает одновременно с более тонкими частями отливки и тогда усадочная раковина переместится в верхнюю часть, (рис. 2.4 г)

Приборы и материалы

1. Плавильная печь

2. Разъёмные опоки.

3. Графитовый или шамотографитовый тигель.

4. Ручной ковш.

5. Ухват.

6. Гальванометр или потенциометр со шкалой до 1000°С.

7. Термопара хромель-алюмелевая.

8. Мерительный инструмент.

9. Алюминиевый сплав АЛ2 (силумин)

10. Флюс

11. Припыл.

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 512; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!