Общие требования к жидкому металлу
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Литейные свойства жидкого металла.
Общие требования к жидкому металлу.
Производственный опыт показывает, что для получения качественных отливок необходимо выполнение следующих требований, предъявляемых к жидкому металлу:
- Жидкий металл должен обладать хорошей жидкотекучестью.
- Металл должен быть свободен от твердых, газообразных и жидких неметаллических включений. Попавшие в металл неметаллические включения должны легко и быстро удалятся или всплывать на поверхность.
- Жидкий металл должен иметь минимальное количество растворимых в нем газовых вредных элементов.
Движение жидкого металла в приближении подчиняется законам гидравлики обычных капельных жидкостей.
Рассмотрим процесс заполнения формы при заданных размерах литниковых систем жидким металлом:
Для процесса истечения жидкости из сосуда гидравлика дает следующая формула:
где : V – скорость истечения
μ – коэффициент расхода
f – площадь канала истечения
Н – гидростатический напор
Расход жидкого металла при заполнении нижней половины А формы, определяется как объем этой половины деленный на скорость его заполнения. Поэтому время, необходимое для заполнения нижней полуформы определяется:
где : Fл – площадь вводящего в форму канала.
Н – гидростатический напор.
FН и hH – средняя площадь и высота нижней части формы.
μ – коэффициент расхода металла при заполнении формы .
Продолжительность заполнения верхней части В формы определится:
Тогда продолжительность заполнения формы определится:
Здесь полагается , что FH=FB= F
Коэффициент расхода напрямую зависит от местных сопротивлений на пути движения металла:
где: ξi - коэффициенты, характеризующие местные сопротивления.
Жидкотекучесть металла.
Жидкотекучесть - способность металла или сплава заполнить полость литейной формы.
Она зависит от вязкости расплава и их поверхностного натяжения.
Повышение температуры снижает вязкость и увеличивает жидкотекучесть.
С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть становится ниже. Особенно это имеет место при использовании тонких каналов.
Для определения жидкотекучести на практике пользуются методом взятия проб из которых наиболее распространена так называемая спиральная проба. Для того, чтобы дать характеристику жидкотекучести металла или сплава, проводится примерно 20 опытов. При этом длина спирали зависит от состояния и свойств формы. Затем строится кривая зависимости длины залитой металлом спирали от температуры металла в момент заливки.
Жидкотекучесть зависит от состава сплава:
L - ликвидус
Чем шире интервал кристаллизации, тем ниже жидкотекучесть.
Максимум достигается в точках эвтектики и для линий чистых компонентов.
- Содержание углерода до 0,8% в стали слабо влияет на жидкотекучесть, однако чугун имеет в 2 раза большую жидкотекучесть чем сталь.
- Повышение содержания кремния повышает жидкотекучесть. Для среднеуглеродистых сталей по сравнению с низкоуглеродистыми кремний вызывает сильный скачок жидкотекучести.
A – 1.21%Si
B – 0.4%Si
C – 0.25%Si
- Повышение марганца до 2% не оказывает существенного влияния на жидкотекучесть. Высокомарганцовистые стали имеют лучшую жидкотекучесть при низких температурах 1450 – 1500 С, при более высоких температурах жидкотекучесть марганцовистых сталей хуже, чем углеродистых.
- Прибавление до 4% меди к простой углеродистой стали повышает ее жидкотекучесть.
- Никель при содержании его до 3,25% повышает жидкотекучесть, дальнейшее его содержание в стали снижает ее.
Основы теории затвердевания металла.
Кинетика кристаллизации.
Процесс кристаллизации рассматривается с двух точек зрения:
- Формирования во времени отдельных кристаллов.
- Формирования во времени кристаллической фазы в целой отливки.
Жидкость при температуре, близкой к точке плавления по своему строению характеризуется отсутствием дальнего порядкаи наличием ближнего. С другой стороны, жидкость может иметь в себе массу всевозможных инородных частиц и даже кристалликов твердого вещества одинакового состава с жидкостью. В результате этого кристаллизация может начаться:
- При самопроизвольном возникновении центров кристаллизации.
- При вынужденной кристаллизации, когда те или иные включения служат центрами образующихся кристаллов.
- При одновременной или проходящей в переменном соотношении самопроизвольной и вынужденной кристаллизации (комплексной кристаллизации).
Рассмотрим кратко теорию спонтанного зарождения центров кристаллизации, разработанную для чистых металлов.
Изменение свободной энергии в связи со сменой состояния системы:
V – объем кристаллического зародыша.
d – плотность вещества.
M – молярная масса кристаллического вещества.
φ1 – молярная свободная энергия жидкой фазы.
φ2 – молярная свободная энергия твердой фазы.
σ – коэффициент поверхностного натяжения между жидкой и твердой
фазой.
f – поверхность кристаллического зародыша.
Так как ΔF=f(r) где: r – размер кристалла, то при некотором значении rкр , ΔF будет иметь максимальное значение, а для этого нужно взять производную от ΔF и приравнять нулю:
V=f(r) , f=f(r)
Если центры зарождения имеют форму куба
V=8r3 ; fпов=4r2*6 24r2
В реальных сплавах огромное значение имеют всевозможные примеси как растворимые и выпадающие при кристаллизации, так и не растворимые, находящиеся в металле во взвешенном состоянии.
Исследуя влияние растворимых примесей на зарождение центров кристаллизации в переохлажденных жидкостях ряд исследователей пришли к следующим выводам:
- Примеси, растворимые в жидкой фазе и нерастворимые в твердой, могут как повышать, так и понижать склонность жидкости к переохлаждению.
- Возникновение у границы растущего зародыша слоя с повышенной концентрацией примесей препятствует обмену молекулами между зародышем и переохлажденной жидкостью, в результате, чего граница метастабильности сдвигается в сторону больших переохлаждений и размывается.
Из – за наличия механических примесей, служащих центрами кристаллизации можно предположить возможность комплексной кристаллизации: спонтанной и вынужденной.
Если считать, что число центров кристаллизации определяется числом посторонних частиц в данном объеме, способных стать такими центрами при соответствующим охлаждении, то структура металла не должна бы меняться от скорости охлаждения. Размеры зерен были бы постоянными по всему сечению слитка. Но как показывает практика, скорость охлаждения имеет чрезвычайно большое влияние на структуру и величину зерен, а поэтому надо сделать следующее заключение. Как вынужденная, так и самопроизвольная кристаллизация практически проходят одновременно: часть кристаллов развивается из посторонних центров, а другая часть – из возникших самопроизвольно.
Различные соотношения между двумя указанными видами кристаллизации зависят от физико – химических свойств рассматриваемого металла, условий охлаждения и активности посторонних примесей.
Модифицирование.
Модифицированием называется обработка жидких сплавов малыми добавками тех или иных элементов, приводящая к такому изменению формы и размеров первичных кристаллов, которое обеспечивает резкое повышение механических и других свойств отливки. Различают модифицирование двух родов: первого и второго.
- Модифицирование первого рода означает измельчение строения сплава в результате образования поверхностноактивной пленки на растущих кристаллах, которая препятствует их росту.
- Модифицирование второго рода – это измельчение строения в результате введения исскуственных центров кристаллизации. Последний вид модифицирования иногда называется инокуляцией.
Рассмотрим модифицирование серого чугуна.
В настоящее время имеется два рода модифицированных чугунов:
- Модифицированный чугун с пластинчатым графитом.
- Модифицированный чугун с шаровидным графитом.
Чугун с пластинчатым графитом получается при выплавке сталистого ( синтетического ) чугуна в вагранке с последующем модифицированием его, силикокальцием или ферросилицием. В этом случае устраняется отбел, измельчается структура.
Структура модифицированного чугуна с пластинчатым графитом характеризуется мелкозернистой металлической основой и особым строением графита. Графит наблюдается в виде прямолинейных пластинок. Данный чугун обладает резко повышенной однородностью свойств, высокой износоустойчивостью, высокой обрабатываемостью и т.д.
Серый чугун с шаровидным графитом получается в результате модифицирования его Мg или церием. Модифицированный чугун с шаровидной формой графита затвердевает при значительном переохлаждении.
В производстве ковкого чугуна широкое применение получает способ модифицирования его висмутом и бором. Модификатор в порошкообразном состоянии вводится в ковш при выпуске чугуна. Добавка этих элементов существенно снижает продолжительность отжига чугуна. Все эти добавки являются поверхностноактивными, приводящими к изменению основной структуры и уменьшению работы для образования центров кристаллизации графита при отжиге чугуна.
Представленный график отжига ковкого чугуна, модифицированного Bi и В примерно в 2 раза сокращает длительность отжига по сравнению с немодифицированным.
Давление пара металлов и сплавов.
Как и все вещества, металлы обладают определенной величиной давления собственного пара, хотя нередко очень незначительной.
Давление пара металлов Р зависит от температуры и обычно выражается формулой . Повышение температуры вызывает непрерывное возрастание давления пара металла. При плавлении не наблюдается скачка на прямой. Приведем некоторые значения давления пара для металлов.
|
элемент |
Sn |
Pb |
Zn |
Mg |
Al |
Cu |
Mn |
Si |
Ni |
Cr |
Fe |
Ti |
|
Tпл |
232 |
327 |
419 |
650 |
660 |
108,3 |
1240 |
1430 |
1455 |
1880 |
1539 |
1670 |
|
Tкип |
2600 |
1900 |
905 |
1100 |
2500 |
2500 |
2100 |
3200 |
2900 |
2500 |
2900 |
3100 |
|
Р при Тпл , Па |
10-21 |
10-6 |
13,3 |
520 |
10-6 |
0,13 |
133 |
0,13 |
1,3 |
1020 |
1,3 |
1,3 |
1 атм=10 кПа
Из этих данных можно прежде всего сделать вывод о том, что температура кипения металла никак не связана с его температурой плавления.
Элементы у которых давление пара при температуре плавления 13,3 Па и более называются летучими.
Давление пара сплава складывается из суммы порциальных давлений всех компонентов и примесей, входящих в его состав.
По закону Рауля
Р – давление пара чистого компонента.
N – мольная доля вещества.
2. Обращение с огнестрельным оружие
3. Божественный маэстро так назвал великого итальянского композитора Г
4. Реферат- Загальні правила змагань в легкій атлетиці
5. Холециститы 11 Этиология 1
6. Иркутский государственный лингвистический университет ПОЛОЖЕНИЕ о конкурсе поэтических работ студе
7. При этом она содержит незаменимые питательные ингредиенты необходимые для здоровья человека
8. Над чем смеялся Гоголь. О духовном смысле комедии Ревизор
9. ЮжноУральский государственный университет Факультет Сервис и туризм
10. Оборудование и технология сварочного производства.html
11. Тема- Сучасне становище соціальної сфери України Студент - Шевченко Олексій Олексійович Факуль
12. Тема 1 Сущность аудита и его содержания
13. . Понятие и роль принципов права
14. Религия австралийцев
15. Тема- Кубик Рубика Бокучава Т
16. тематика подготовиться к контрольной работе 3 музыка сл
17. швейцарский поход вершина полководческой деятельности Суворова
18. тема нашего собрания Роль игрушки в жизни ребёнка
19. Техническое обслуживание и ремонт
20. іВідкриття радіоактивного розпаду атомів якій супроводжується виділенням ядерної енергії стало початком