ПО ГОСТ 16438-70 И ФОРМОЗАПОЛНЯЕМОСТЬ

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

Изучить жидкотекучесть металла - важнейшее литейное свойство, исследовать влияние температуры заливки и состава сплава на жидкотекучесть и формозаполняемость.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Жидкотекучестью сплава называется его способность течь в жидком состоянии и заполнять полость литейной формы. Жидкотекучесть металлов определяется длиной (в сантиметрах) залитого полностью в поперечном сечении спирального измерительного канала.

Формозаполняемость - способность сплава заполнять форму по сечению и давать четкий ее отпечаток. Определенной зависимости между жидкотекучестью и формозаполняемостью не установлено. Оба эти свойства определяют экспериментально путем заливки специальных технологических проб.

Хорошая жидкотекучесть и формозаполняемость способствуют получению качественных, “здоровых” отливок, так как улучшают условия вывода за пределы отливок газовых и неметаллических включений, уменьшают объем усадочных раковин, снижают пористость, брак по спаям и другим порокам. Между жидкотекучестью и механическими свойствами отливок (например, ударной вязкостью) наблюдается прямая связь.

Различают, как известно, истинную, условно-истинную и практическую жидкотекучесть. При “нулевой” жидкотекучести, наступающей внутри интервала затвердевания сплава, металл перестает течь под действием собственного веса.

Природа жидкотекучести очень сложна и зависит от многих факторов. Они могут быть условно подразделены на три группы:

- связанные со свойствами и строением металлов и сплавов в жидком состоянии (т.е. видом и составом сплава, теплоемкостью, теплопроводностью, теплотой кристаллизации, наличием включений, особенностью кристаллизации и др.);

- связанные со свойствами формы (т.е. конструкцией пробы, составом и свойствами формовочных смесей, вентиляцией формы, смачиваемостью и т.д.);

- связанные с температурой и условиями заливки, подводом металла, внешним воздействием на форму в процессе заливки.

Таким образом, как и все остальные литейные свойства, жидкотекучесть металлов и сплавов является не физическим, а технологическим свойством. В общем случае качественная характеристика влияния различных факторов на жидкотекучесть х может быть определена из следующего уравнения, см:

,

где V_cp - средний объем пробы; ρ - плотность металла; с - теплоемкость расплава; Т_ж - температура перегрева жидкого металла над температурой ликвидуса; Т_o - температура расплава в момент остановки потока; n - доля твердой фазы, выделившейся в расплаве в момент остановки потока; L - удельная теплота кристаллизации, выделившаяся из расплава при охлаждении до Т_o; α - средний коэффициент теплоотдачи с поверхности расплава в форму; Р - периметр сечения канала пробы; Т_ф.ост - температура формы в момент остановки потока; Т_ф.нач - начальная температура формы.

Анализ этой формулы показывает, что жидкотекучесть металла тем больше, чем выше теплосодержание расплава (числитель) и чем меньше отвод тепла через форму (знаменатель).

При внимательном рассмотрении технологической пробы на жидкотекучесть можно заметить, что на некоторой части l в конце пробы сечение канала сужено (рис. 1). Длину (λ-1) называют абсолютной формозаполняемостью (формовоспроизводимостью). Относительная формозаполняемость F подсчитывается по формуле

.

Рис. 1. Схема определения жидкотекучести А

и абсолютной формозаполняемости (λ-1)

Технологические пробы на жидкотекучесть и формозаполняемость по конструкции можно подразделить на две группы:

-постоянного сечения (спиральная, прутковая, лабиринтная, винтовая);

- переменного сечения (клиновая, шариковая, (U-образная).

Наибольшее распространение в практике нашла спиральная проба с трапецеидальным сечением канала. При изготовлении песчаной или металлической формы для получения проб жидкотекучести по ГОСТ 16438-70 также используется спиральная проба постоянного сечения.

2.1. Методика заливки песчаной пробы на жидкотекучесть по ГОСТ 16438-70

1. Собрать подготовленную форму для заливки, как это указано на рис. 1. Соприкасающиеся поверхности стопора и литниковой чаши для лучшего скольжения натереть графитом.

2. Установить собранную форму по уровню строго горизонтально.

3. Замерить температуру формы. Она должна быть 25 ± 10 ⁰С.

4. Замерить температуру металла, предназначенного для заливки, малоинерционной термопарой в зависимости от металла или сплава. ГОСТом рекомендуется температуру заливки применять на 10±0,5 % выше абсолютной температуры плавления (для чистых металлов) или температуры ликвидуса (для сплавов).

5. Залить жидкий металл в полость литниковой чаши до уровня порога (рис. 2). Излишки металла сливаются в полость Б для того, чтобы уровень металла в чаше был постоянным.

Рис. 2. Общий вид собранной песчаной формы

на жидкотекучесть по ГОСТ 16438-70:

1 - чаша; 2 - стопор; 3 - верхняя полуформа; 4 - центрирующий штырь;

5 - нижняя полуформа; 6 - направляющий штырь

6. Записать температуру залитого в чашу металла по показаниям термопары, находящейся в чаше. Время нахождения металла в чаше- 10±2 с.

7. Залить измерительный канал пробы, для чего резким движением поднять стопор.

8. Разобрать форму, извлечь отлитую спираль и подсчитать жидкотекучесть залитого металла по выступам на спирали, расстояние между которыми равно 5 см.

9. Записать величину жидкотекучести в таблицу опытов. Пример условной записи жидкотекучести алюминиевого сплава АЛ-4, залитого при температуре 730 ⁰С в земляную форму: жидкотекучесть АЛ-4 82,5 см (Т - 730 ⁰С, сухая песчаная форма).

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ И МАТЕРИАЛЫ

1. Электрическая печь сопротивления для плавки алюминия и цинка.

2. Тигли или ковши для расплавления и заливки сплава.

3. Шихтовые материалы.

4. Весы для взвешивания компонентов сплава и добавок.

5. Термопары со сменными кварцевыми наконечниками и милливольтметром для измерения температуры расплава.

6. Оснастка для получения песчаной формы пробы по ГОСТ 16438-70 (см. рис. 2).

7. Литниковые чаши и стопоры, заранее приготовленные из стержневой смеси с влажностью 5,0-6,5 % и высушенные. Сушка чаш и стопоров допускается любыми способами, при этом остаточная влага не должна превышать 0,5 %.

8. Алюминиевые опоки размерами 350x250x75 мм по ГОСТ 15491-70 (разрешается применять опоки других размеров и конструкций без изменения высоты верхней опоки).

9. Формовочная смесь для формовки песчаной формы по сырому со следующими физико-механическими свойствами:

- газопроницаемость > 70 см⁴/г-мин (1,166–10^-5м⁴/кгс);

- прочность на сжатие - 0,25-0,45 кг/см² (0,025-0,045 МПа);

- влажность - 4,5-5,0 %,

- зерновая основа смеси - сетка № О5К-1,0 по ГОСТ 3584-73;

- поверхностная твердость уплотненной смеси в сыром состоянии - 70-80 единиц по твердомеру.

10. Уровень. Твердомер.

11. Мерительный инструмент. Спецодежда.

12. Плакаты и фотографии различных проб для определения жидкотекучести (прутковая, спиральная, U-образная, винтовая, клиновидная, шариковая и др.).

13. ГОСТ 16438-70. Формы песчаная и металлическая для получения проб жидкотекучести металлов.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Взвесить порцию шихты, загрузить ее в тигель и поставить в печь. Приготовить сплав заданного состава в соответствии с требованиями технологии плавки. Перегреть расплав приблизительно на 100-150 ⁰С выше температуры ликвидуса. Пользуясь соответствующей диаграммой состояния, определить температуру ликвидуса.

2. Пока металл расплавляется, изготовить из сырой формовочной смеси 4-6 одинаковых комплектов спиральных проб на жидкотекучесть в соответствии с методикой, рекомендованной ГОСТ 16438-70 (см. рис. 1). Степень уплотнения смеси в опоке должна быть постоянной - 70-80 единиц по твердомеру. Все формы установить на плацу по уровню.

3. Вынуть из печи тигель с расплавленным металлом, засечь время и залить металл в полость чаши из форм. Через 8-12 с после заливки замерить температуру в чаше и заполнить измерительный канал, подняв резким движением стопор.

4. Охладить сплав в тигле на 20-50 ⁰С и залить точно так же вторую пробу. Охладить сплав еще на 20-50 ⁰С и залить третью пробу.

5. Охладить сплав в тигле до еще более низкой температуры, в частности, до температуры, близкой к температуре начала затвердевания (ликвидусу) и даже несколько ниже ее, и снова залить 1-2 пробы. Остатки жидкого металла вылить из тигля в изложницу.

6. После затвердевания металла в чаше разобрать каждую форму, замочить отливки спиралей в воде и очистить от остатков формовочной смеси.

7. Замерить общую длину спиралей X с точностью до 0,01 см с помощью выступов на спирали и линейки. Замерить абсолютную формозаполняемость λ-1, см.

8. Результаты замера температуры заливки сплава, жидкотекучести и абсолютной формозаполняемости занести в таблицу опытов.

9. Подсчитать относительную формозаполняемость F в процентах и результаты подсчета внести в таблицу опытов.

10. По данным таблицы построить точки на трех графиках: “температура заливки-жидкотекучесть”, “температура заливки-формозаполняемость”, “температура заливки-время” и провести по ним соответствующие кривые.

Для исследования влияния состава литейных сплавов на жидкотекучесть и формозаполняемость студенты должны сделать следующее:

1. Взвесить вторую порцию шихты, загрузить ее в тигель и поставить в печь. Перегреть расплав на 100-150 ⁰С выше температуры ликвидуса.

2. Добавить в сплав взвешенное количество элемента или модификатора, влияние которого исследуется (например, цинка, меди, кремния, марганца и др.). Рассчитать процентное содержание исследуемого элемента в сплаве.

3. Изготовить 6-8 одинаковых комплектов спиральных проб на жидкотекучесть.

4. Залить жидким сплавом 3-4 пробы, постепенно охлаждая металл в тигле. Температуру заливки можно выбрать произвольную, т.е. вне зависимости от температуры заливки в предыдущей серии опытов.

5. Замерить жидкотекучесть и формозаполняемость, и результаты опытов внести в таблицу. Подсчитать относительную формозаполняемость сплава.

6. Дополнить для сравнения ранее построенные графики кривыми, построенными для измененного состава сплава.

7. Изменить состав сплава, залить оставшиеся 3-4 пробы аналогичным образом и дополнить имеющиеся графики получившимися кривыми.

8. На основании графиков построить непосредственные зависимости “содержание исследуемого элемента–жидкотекучесть” и “содержание элемента-формозаполняемость” при постоянных температурах заливки. Желательно дополнить опытные данные результатами, полученными в работе предыдущих подгрупп.

9. Когда обе задачи исследования будут выполнены, необходимо сделать общие выводы о влиянии температуры заливки и состава сплава на жидкотекучесть и формозаполняемость. Показать результаты работы преподавателю. Привести в порядок рабочее место. Составить отчет о работе.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Эскизы различных проб на жидкотекучесть.

2. Таблицы опытов (см. таблицу).

3. Графики “температура заливки-жидкотекучесть”, “температура заливки-формозаполняемость”, “Содержание элемента-жидкотекучесть”, “содержание элемента-формозаполняемость”, “температура металла-время”.

4. Диаграммы состояния, соответствующие заданной основе сплава и исследуемой добавке.

5. Заключение и общие выводы.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое жидкотекучесть сплава?

2. Что такое формозаполняемость?

3. Какие Вы знаете пробы на жидкотекучесть?

4. Расскажите методику определения жидкотекучести.

5. От чего зависит жидкотекучесть сплава?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: