ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ НА СТРУКТУРУ ОТЛИВОК

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

Изучение на практике влияния скорости затвердевания на параметры структурных зон отливок, затвердевающих с различной скоростью.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Качество литого изделия, его механические и служебные свойства во многом определяются условиями затвердевания. При этом скорость охлаждения затвердевающей отливки является одним из основных факторов, определяющих процесс формирования макроструктуры, величину и расположение усадочных дефектов, характер распределения и величину неметаллических включений, развитие ликвации и т.д. Обычно чем выше температура заливки и меньше скорость охлаждения в период затвердевания, тем более крупнозернистая структура у отливок.

Важной характеристикой сплавов является их чувствительность к скорости охлаждения. В одной и той же отливке механические свойства и структура могут значительно отличаться. В толстых частях отливки получается крупнозернистая структура, а в тонких - мелкозернистое глобулярное строение или столбчатая структура. В чугунной отливке в тонкой ее части может появиться отбел (из-за большой скорости охлаждения), а в толстой части - крупный пластинчатый графит. В результате этого конструктивная прочность и надежность отливки могут оказаться недостаточными.

Для получения однородного строения и свойств применяют различные способы регулирования скорости затвердевания отливки в целом или отдельных ее частей. На практике это осуществляется применением внешних холодильников и теплоизоляции, подводом металла в тонкие части отливки, модифицированием и др. В последнее время для повышения однородности литых изделий все более широкое применение находят суспензионная заливка и использование металлооболочковых форм.

Для определения влияния скорости затвердевания на строение отливки применяют технологические пробы - отливки с переменной толщиной сечений (клиновидные, ступенчатые, цилиндрические). Различная скорость охлаждения может обеспечиваться разной приведенной толщиной образцов или применением формовочных смесей с различной величиной коэффициента аккумуляции тепла. Для того чтобы определить среднюю скорость затвердевания отливки υ_{ср.затв}, необходимо знать продолжительность ее затвердевания. Продолжительность затвердевания τ определяют термометрированием или по формуле

, (1)

где τ - продолжительность затвердевания, с; М - масса отливки, кг; L - удельная теплота кристаллизации металла, Дж/кг; С - удельная теплоемкость жидкого металла, Дж/(кгК); Т_ж - температура металла в момент заливки. К; b_ф - коэффициент аккумуляции тепла формой, Вт·с^1/2 /(м²·⁰С); F - площадь охлаждения отливки, м²; Т_п - температура поверхности контакта металла с формой, К.

, (2)

где b_м - коэффициент аккумуляции тепла металлом.

Скорость затвердевания υ_{ср.затв} (мм/с) в данном случае определяют посредством деления диаметра образцов d_i (мм) на продолжительность их затвердевания τ_i (с).

Структуру в изломе образцов определяют путем измерения средней величины зерна d равноосных кристаллов в центральной зоне и относительной ширины столбчатой зоны X_ст/d_ст, где Х_ст - протяженность зоны столбчатых кристаллов; d_ст - средний поперечный размер столбчатых кристаллов.

Для исследования макроструктуры из отливок вырезают поперечные образцы и готовят макрошлифы.

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

Плавильная печь, металлографический микроскоп, установка для полирования шлифов, механическая ножовка, потенциометр с хро-мель-алюмелевой термопарой погружения, опоки, модельный комплект для изготовления образцов диаметром 10, 20, 30, 40 и 50 мм, длиной 150 - 200 мм, формовочный и измерительный инструмент, технические весы, формовочная смесь, набор напильников и шлифовальной бумаги для приготовления шлифов, реактивы для травления, спецодежда.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Приготовить алюминиевый сплав заданного состава.

2. Изготовить форму для одновременной заливки образцов диаметром 10, 20, 30, 40 и 50 мм, длиной 150-200 мм.

3. Залить форму при температуре, заданной преподавателем.

4. Рассчитать продолжительность и среднюю скорость затвердевания отливок.

5. После охлаждения отрезать от отливок заготовки и изготовить поперечные макрошлифы. Травление шлифов рекомендуется проводить в смеси азотной и соляной кислот (3:1) с добавлением 10 %-го раствора хлорной меди.

6. Измерить параметры структурных зон. Каждый участник заполняет таблицу, в которую заносит свои индивидуальные измерения d^/, , и общие результаты d, X_ст, d_ст (усредненные по данным всей группы).

7. По усредненным результатам построить графики для выявления зависимости d и X_ст/d_ст от скорости затвердевания.

8. Оценить влияние скорости охлаждения на микроструктуру отливок (протяженность структурных зон, размеры и форму отдельных кристаллов).

Диаметр образца, мм	Продол-жительность затвердевания, с	Средняя скорость затвердевания υср.затв, мм/с	Размер зерна, мм	Ширина столбчатой зоны, мм
d/

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование работы.

2. Цель работы.

3. Описание методики проведения эксперимента с перечнем.

4. Результаты измерения структурных зон применяемого оборудования и материалов.

5. Теоретический расчет продолжительности и скорости затвердевания отливок.

6. Таблица результатов и графики, отражающие влияние скорости охлаждения на параметры структурных зон.

7. Рисунки микроструктуры.

8. Основные выводы по работе.

9. Вопросы по технике безопасности при проведении работы.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные структурные зоны слитка.

2. С какой целью необходимо оценивать скорость затвердевания отливки в целом или отдельных ее частей?

3. В чем выражается влияние скорости охлаждения на структуру и механические свойства металлов и сплавов?

4. Как влияет скорость охлаждения на характер и расположение неметаллических включений и ликвационных дефектов?

5. Каковы способы контроля качества отливок?

6. Назовите практические приемы регулирования процесса затвердевания.

7. Конструктивные и технологические особенности металлооболочковых форм.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: