Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
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:
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.
A – 1.21%Si
B – 0.4%Si
C – 0.25%Si
Основы теории затвердевания металла.
Кинетика кристаллизации.
Процесс кристаллизации рассматривается с двух точек зрения:
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:
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:
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.