Диплом: Процесс получения ребристых труб - текст диплома. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Диплом

Процесс получения ребристых труб

Банк рефератов / Технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Дипломная работа
Язык диплома: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 4336 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной дипломной работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Разработка модели технологического процесса получени ребристых труб и ее апробация ВВЕДЕНИЕ Рациональное использование природных ресурсов и энергии является важнейшей задач ей производства , экономики и экологии . Поэтому создание оборудования , позволяющего экономить тепловую энергию , является наиболее актуальным . В решении этой проблемы важная роль принадлежит литейному производству , т.к . литьем получают большинство гидравлич еского и энергетического оборудования . Среди подобного оборудования особое место занимают литые теплообменники , конструкция которых постоянно усовершенствуется , позволяя более рационально использовать тепловую энергию . Другим направлением в производстве т е плообменников , является их удешевление за счет используемого при их отливке сплава . т.к . к подобным отливкам предъявляются повышенные требования по герметичности , то их обычно изготавливают из стали , цветных сплавов или высокопрочного чугуна , что значител ь но увеличивает стоимость этих отливок . Выход видится в использовании серого чугуна , для чего необходимо найти способы улучшить его свойства . В производстве подобных отливок также важная роль отводится математическому моделированию , которое в значительной степени упрощает прогнозирование процесса формирования отливки , структуры металла и , в конечном итоге , качества получаемой отливки . АНАЛИЗ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЛИТЬЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИ Я Производство теплоэнергетического оборудования является важной экономической и экологической задачей . Это определяет актуальность задачи повышения надежности и долговечности работы и коэффициента полезного действия энергетического оборудования , в том числе и теплообменников . Надежность и экономичность работы этих агрегатов определяется работоспособностью р адиаторов - узлов , работающих в условиях повышенных давлений и в агрессивной среде. Теплообменники подразделяются на промышленные и бытовые . Выпуск бытовых радиаторов впервые был налажен еще в 40-х годах на Московском чугунолитейном заводе им.Войкова (Росс ия ). [1]. Были созданы различные типы радиаторов , разработаны технологии их производства. На заводе им.Войкова проводились исследования по разработке связующих материалов для стержневых смесей , применяемых в производстве радиаторов . В результате исследован ий был разработан безмасляный крепитель БК . [2]. Для стержневых смесей был предложен также безмасляный крепитель КО , для изготовления которого использовались остатки производства синтетических жирных кислот , растворенных в уайт-спирите . [3]. Особые требов ания при литье радиаторов предъявляются к металлу отливки . Сплав должен обладать : прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, герметичностью. Такими материалами обычно служат сталь , чугун и некоторые цветные сплавы . Однако , высокая стоимость ста ли и цветных сплавов , а также низкие литейные свойства этих сплавов ограничивают широкое их применение в качестве материала для отливок гидросистем и теплоэнергетического оборудования . Наиболее широкое применение при изготовлении теплообменников получил ч у гун , как более дешевый , доступный и хороший литейный материал . [24]. Одним из основных требований , предъявляемых к чугуну , является его герметичность. Требования по герметичности предъявляются к большинству отливок , работающих с жидкостями и газами под дав лением . При наблюдении за работой гидравлических устройств , работающих под давлением , часто приходится наблюдать явления , противоречащие друг другу . Так , в ряде случаев одни и те же материалы иногда ведут себя по-разному . То появляется просачивание жидкос т и при небольшом давлении , то при значительных давлениях тот же материал ведет себя совершенно по-другому и показывает хорошую герметичность . [24]. Герметичность отливок зависит от неплотного строения . Неплотное строение отливок вызывают макро - и микродефе кты . Макродефекты - усадочные , песчаные , шлаковые раковины , различного рода трещины , спаи и другие нарушения сплошности металла ; микродефекты - газовая и рассредоточенная усадочная пористость , крупные выделения графита , дефекты , связанные с фазовыми превр а щениями материала отливки и другие . [8]. Эти дефекты приводят к браку отливок. С целью изучения герметичности чугунов многими исследователями были проведены ряд опытов , которые проливают свет на природу герметичности чугунов . Герметичность определяют разли чными способами : минимальной толщиной стенки , выдерживающей заданное давление , максимальным давлением до появления течи , расходом жидкости и газа через стенку определенной толщины при постоянном давлении , поэтому невозможно сопоставить результаты отдельны х исследователей. Так , например , Г.Тамман и Г.Брейдемейер предложили метод определения пористости чугуна красящими веществами . Чугунные кубические образцы с длиной ребер 30 и 60 мм помещали в свободное пространство стального цилиндра с плотно пригнанным пор шнем , заливались водным раствором фуксина или зозина и с помощью пресса в течение 10-30 минут подвергали гидростатическому давлению . По количеству красителя , проникающего в образец , определялась пористость чугуна . [24]. В США применяется электропневматичес кий метод испытания на герметичность . [8]. Скорость утечки сжатого воздуха из полости отливки контролируется электрическими датчиками . Метод пригоден для проверки различных по объему образцов при различных давлениях и позволяет качественно оценить гермети ч ность , автоматизировать процесс испытания и автоматически сортировать отливки по герметичности. Герметомер , созданный в Санкт-Петербургском политехническом институте (Россия ), основан на определении количества газа , просочившегося через стенку образца за о пределенное время . [8]. Герметичность определяют с достаточно высокой точностью . Недостаток - низкая производительность и необходимость изготовления специальных образцов. На предприятиях , выпускающих гидравлическую аппаратуру и оборудование , испытания на г ерметичность проводят на специальных стендах . К рабочей полости изделия в течение определенного времени под давлением (1.5-2.5 номинального ) подводится рабочая жидкость . По величине потери давления определяется герметичность рабочей полости . [8]. В Одесско м политехническом университете проводились исследования герметичности серых чугунов , подвергая образец , вырезанный из отливки , одностороннему давлению жидкости (газа ). [9]. Результаты испытания серых чугунов разного состава иллюстрируют влияние графитовой и усадочной пористости на характер фильтрации жидкости . Анализ показывает , что количество просочившейся жидкости и , следовательно , определившаяся при этом величина герметичности зависят от пористости в сплаве , а также от свойств металлической основы (фаз о вый состав , прочность и пластичность материала ). [8,9]. Известно , что величина и тип пористости , являющийся одним из основных критериев герметичности , в значительной степени зависят от величины интервала кристаллизации . [19]. Поэтому большое значение приоб ретает химический состав применяемого чугуна , определяющий интервал кристаллизации . Исследованы зависимости пористости от содержания в чугуне углерода и кремния . [19, 20, 21]. Установлено , что при увеличении содержания углерода и кремния возрастают число п ор и их размер. Установлено , что герметичность чугунных отливок с пластинчатым графитом зависит от количества и размеров включений графита в структуре чугуна . [22]. Графитовые включения , сообщаясь между собой , приводят к образованию “транзитной” микропорис тости из-за сообщаемости между собой зазоров на границах графит-матрица по сечению стенки отливки , что приводит к браку отливки по “течи” . По этим зазорам проникают жидкости и газы в стенках сосудов , работающих под давлением . [23]. Учитывая все вышеизложен ное , основными мероприятиями , направленными на совершенствование технологии радиаторного литья , должны быть ; создание технологичных конструкций ; повышение плотности серого чугуна и использование его взамен высокопрочного чугуна и стали ; дальнейшие исследов ания по изучению герметичности различных сплавов ; совершенствование системы заливки и питания отливки. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИ Я ОТЛИВКИ ТЕПЛООБМЕННИК А При разработке литейной технологии очень важен обоснованный выбор наиболее рациональных приемов , обеспечивающих необходимые экс плуатационные свойства литых деталей и высокие технико-экономические показатели производства : получение качественных отливок при минимальной их стоимости ; высокая производительность ; экономия металла в результате уменьшения припусков на обработку ; экономи я топлива , электроэнергии и вспомогательных материалов ; максимальное использование имеющегося оборудования и оснастки. Проектирование технологического процесса изготовления отливки включает разработку необходимой технологической документации : чертежей , расч етов , технологических карт и др . Объем технологической документации зависит от типа производства (единичное , мелкосерийное , серийное , массовое ). В условиях единичного и мелкосерийного производства все технологические указания наносят непосредственно на че р теж детали . При серийном и массовом производстве на основании анализа технический условий на деталь и ее конструкции , расчетов и справочных данных разрабатывают чертеж отливки , чертежи моделей , стержневых ящиков , модельных плит и т.д. Правила выполнения че ртежей элементов литейной формы и отливки установлены ГОСТ 2.423-73. АНАЛИЗ ЗАКАЗА Прежде чем приступить к проектированию технологии изготовления отливки , необходимо оценить возможности и целесообразность выполнения заказа на данном предприятии , руководствуясь техническими возможностями различных способов литья , общими принципам и классификации отливок по их характерным признакам , сведениям о мощности подъемно-транспортных средств , наличии необходимого технологического оборудования , опок , материалов и др [29]. Деталь теплообменник ( рис .2-1 ) по назначению относится к особоответстве нным отливкам , т.к . работает под давлением в агрессивной среде . Отливка подвергается испытанию давлением 11 кгс /см 2 . Производство отливок единичное . Опытная партия составляет 34 шт . Отливка по массе относится к 1 группе - мелкие отливки , т.к . ее масса сос тавляет 34 кг . По сложности отливка относится к 2 группе сложных отливок. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - A . Труба ребристая Имеющееся в расположении технологическое оборудование дает возможность отлить опытную партию отливок в сырые песчано-глинистые формы при ручном способе изготовления форм. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЛИТОЙ ДЕТАЛИ И ВЫБОР СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ Технологичной называют такую конструкцию изделия или составных ее элементов (деталей , узлов , механизмов ), которая обеспечивает заданные эксплуатационные свойства продукции и позволяет при данной серийности изготовлять ее с наименьшими з атратами . Технологичная конструкция характеризуется простотой компоновки , совершенством форм . При наличии отклонений от указанных требований должен быть поставлен вопрос о внесении в конструкцию детали необходимых изменений [29]. а б Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - B . Технология : а ) первый вариант, б ) второй вариант. При выборе способа изготовления отливки в первую очередь принимают во внимание результаты предварительного анализа заказа и технологичности детали . При этом , как правило , опреде ляющим фактором является серийность производства , реже - технические требования , предъявляемые к изделию , что влияет на стоимость формы и модельной оснастки . В единичном , мелкосерийном и серийном производстве отливки изготавливают обычно литьем в песчаные сырые формы. Отливку теплообменник получаем литьем в песчано-глинистые сырые формы . Способ формовки - ручная. Конструктивные особенности и сложность конфигурации радиатора обусловливают некоторые технологические особенности при литье данной отливки в песча но-глинистые формы . Отличительной особенностью радиатора является конструкция поверхности теплообмена . Традиционные круглые ребра заменены на квадратные , что позволяет при неизменных габаритах увеличить площадь теплообмена почти в 1.5 раза . Это потребовал о технологического решения , которое заключается в том , что разъем выбран по диагонали фланца . Это обеспечивает направленный выход газов через вентиляционные каналы для каждого ребра отливки ( рис .2-2 ). Так как отливка тонкостенная , то возникает проблема про ливаемости всех ребер при литье во влажную песчано-глинистую форму . С этой целью в верхней полуформе между ребрами устанавливаются пенополистироловые вставки , соединяющие ребра между собой в их верхней части . После удаления модели вставки остаются в форме и при заливке располагаются так , что образуют подпиточный канал между двумя массивными фланцами ( рис .2-3 ). Это предотвращает замерзание металла в тонких частях отливки . Образующийся канал также улучшает вентиляцию полости формы , так как соединен с двумя вы порами . Газы , образующиеся во время заливки вместе с продуктами деструкции пенополистироловых вставок удаляются по этому каналу через выпора и наколы. Внутренняя полость данной отливки формируется протяженным стержнем (отношение длины к диаметру составляет 11.7). Стержень изготавливается на органических связующих . В качестве арматуры применяется труба с отверстиями , обеспечивающими отвод газов в знаковые части ( рис .2-3 ). В связи с высоким рельефом и большой поверхностной площадью модели ее протяжка затрудне на . При протяжке наблюдались обрывы формовочной смеси в межреберном пространстве и массовые засоры полости формы . Так как формовка осуществляется ручным способом , то в результате интенсивного расталкивания происходит износ и разрушение модели . Для снижени я износа модели и улучшения качества формовки применили протяжной шаблон и специальное подъемное резьбовое приспособление для извлечения модели из формы ( рис .2-4 ). Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - C . Форма в сборе Полуформа верха, Полуформа низа, Наращалка, Штырь центрирующий, Штырь направляющий, Струбцина, Полость формы, Стержень, Арматура, Пенополистироловые вкладыши, Газоотводные наколы, Стояк, Питатель, Шлакоуловитель, Выпор. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - D . Устройство для протяжки модели : Опока низа ; Модель ; Шаблон ; Устройство протяжки. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОТЛИВКИ В ФОРМЕ ПРИ ЗАЛИВ КЕ При определении положения отливки в форме нужно руководствоваться несколькими правилами , подтвержденными многолетней практикой [29]. Наиболее ответственные рабочи е части , плоские поверхности большой протяженности , места , подлежащие механической обработке , нужно , по возможности , располагать внизу ; в крайнем случае - вертикально или наклонно . При вынужденном расположении обрабатываемых поверхностей вверху нужно обес п ечить такие условия , при которых песчаные и газовые раковины могли бы образоваться только в удаляемых при обработке частях отливки. Формы для отливок , имеющих конфигурацию тел вращения (гильзы , барабаны , шпиндели и др .) с обрабатываемыми наружными и внутре нними поверхностями , лучше заливать в вертикальном положении или центробежным способом . Иногда целесообразно формовку выполнять в одном положении , а заливать форму в другом . Для отливок , имеющих внутренние полости , образуемые стержнями , выбранное положени е должно обеспечивать возможность проверки размеров полости формы при сборке , а также надежное крепление стержней. Для предупреждения недоливов тонкие стенки отливки следует располагать в нижней части полуформы , желательно вертикально или наклонно , причем путь прохождения металла от литниковой системы до тонких стенок должен быть кратчайший. Отливки из сплавов с большой усадкой располагать в положении , удобном для питания их металлом верхних или боковых отводных прибылей. Формы для станин , плит и других отл ивок с большим числом ребер должны быть при заливке расположены так , чтобы имелась возможность направить металл вдоль стержней и выступов формы. Важным является определение оптимального числа отливок в форме . В условия единичного и мелкосерийного производс тва отливок в песчаных формах желательно в форме размещать одну отливку. Выбор поверхности разъема формы подчинен выбору положения формы при заливке . При определении поверхности разъема формы необходимо руководствоваться следующими положениями : форма и мо дель , по возможности , должны иметь одну поверхность разъема , желательно плоскую горизонтальную , удобную для изготовления и сборки формы ; модель должна свободно извлекаться из формы ; всю отливку , если позволяет её конструкция , нужно располагать в одной (пре имущественно в нижней ) полуформе в целях исключения перекоса ; при формовке в парных опоках следует стремиться к тому , чтобы общая высота формы была минимальной. Для повышения технологичности получения данной отливки разъем выбирается по диагонали фланца (с м . рис .2-2 ). Плоскость разъема модели совпадает с плоскостью разъема формы , отливка симметрично располагается в верхней и нижней полуформах ( рис .2-2 ). ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЧ АСТКОВ ПОВЕРХНОСТИ ОТЛИВКИ , ВЫПОЛНЯЕМЫХ СТЕРЖНЯМИ Предварительно необходимо определить возможность выполнения отверстий в процессе получения отливки и тех частей отл ивки , которые не могут быть получены с помощью модели . Число стержней , служащих для оформления полости отливки , её отдельных элементов и элементов литниковой системы , определяю с учетом серийности выпуска отливок . В единичном и мелкосерийном производстве ц елесообразно получать отливки с использованием минимального числа стержней или вовсе без них [29]. При определении участков поверхности отливки , выполняемых стержнями , нужно руководствоваться следующими правилами . Обеспечивать минимальные затраты на изгот овление стержневых ящиков. Обеспечивать удобную установку стержней в форму и контроль всех размеров полостей в ней. Газоотводные каналы стержней должны иметь выходы в знаках , они должны быть размещены так , чтобы исключить попадание в них жидкого металла. О порные поверхности стержней должны быть достаточными , чтобы исключить деформацию стержня под действием силы тяжести. Точность фиксации стержня в форме обеспечивается размерами и конфигурацией его знаковых частей , которые назначают по ГОСТ 3212-92 с учетом размеров стержня , способа формовки и его положения в форме ( рис .2-2 ). В данной отливке имеется одна внутренняя полость (сквозное отверстие ) формируемое одним горизонтальным протяженным стержнем . Стержень армирован . Арматура служит каналами для отвода газов в знаковые части ( рис .2-2 ). ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА Основные виды оснастки , применяемые при изготовлении литейных форм из песчано-глинистых смесей , - модели и стержневые ящики , которые классифицируются по следующим признакам : виду материала - деревянные , металлические , деревометаллические , гипсовы е , цементные , пластмассовые , пенополистироловые ; способу изготовления форм и стержней - для ручной и машинной формовки ; компоновке элементов - разъемные и неразъемные модели ; сложности - простые , средней сложности и сложные ; размерам модели : для ручной фо рмовки - мелкие (до 500 мм ), средние (500-5000 мм ), крупные (более 5000 мм ); для машинной формовки - мелкие (до 150 мм ), средние (150-500 мм ), крупные (более 500 мм ); конструктивному исполнению - объемные , пустотелые , скелетные модели и шаблоны ; точности изготовления - модельные комплекты (сколько классов точности ); прочности - модели 1, 2 и 3 класса прочности. Так как производство данной отливки единичное то модель и стержневой ящик изготавливаются из дерева (основа - сосна , ребра и фланцы - береза , стерж невой ящик полностью сосна ). По способу формовки модель и ящик относятся к ручной формовке. Модель разъемная ( рис .2-5 ), стержневой ящик также разъемный ( рис .2-6 ). По сложности модель относится к группе сложных , стержневой ящик к группе средних. По размера м модель для ручной формовки относится к группе средних. По конструктивному исполнению - объемная. Класс точности модельного комплекта - 5 ГОСТ 3212-85. Класс прочности модельного комплекта - 2. КОНСТРУКЦИЯ И РАЗМЕРЫ МОДЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКТОВ Для определения конструктивных размеров модельных комплектов в первую очередь необходимо уст ановить припуски на механическую обработку , припуски на усадку и формовочные уклоны. Припуски на механическую обработку назначают по ГОСТ 26645-85. Этот ГОСТ распространяется на отливки из черных и цветных металлов и сплавов и регламентирует допуски на раз меры , массу и припуски на механическую обработку. Данная отливка получается литьем в песчано-глинистые сырые формы и обозначается по ГОСТ 26645-85: точность отливки 9-7-5-4; масса отливки 34-04-0-34.4. Припуски на механическую обработку представлены на рис .2-2 . Припуски на литейную усадку обычно определяют в зависимости от вида сплава , массы и размеров отливки. При разработке технологии изготовления сложных отливок можно использовать значение линейной усадки сплавов по спиральной пробе , %. Материал данной о тливки серый чугун следовательно усадка составляет 1 %. Формовочные уклоны модельных комплектов в песчаных формах регламентирует ГОСТ 3212-92. При применении песчано-глинистых смесей уклоны назначают в зависимости от диаметра или минимальной ширины углубле ния и высоты формообразующей поверхности . В зависимости от требований , предъявляемых к поверхности отливки , формовочные уклоны следует выполнять : на обрабатываемых поверхностях отливки сверх припуска на механическую обработку за счет увеличения размеров о тливки ; на необрабатываемых поверхностях отливки , несопрягаемые по контуру с другими деталями , за счет увеличения и уменьшения размеров отливки ; на необрабатываемых поверхностях отливки , сопрягаемых по контуру с другими деталями , за счет увеличения или уме ньшения размеров отливки в зависимости от поверхности сопряжения. Для данной отливки на обрабатываемых поверхностях уклоны выполнены поверх припуска на механическую обработку за счет увеличения размеров отливки . На необрабатываемых поверхностях отливки укл оны выполняются также за счет увеличения размеров отливки. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И КОНСТРУКЦИИ ОПОК При выборе размеров опок следует учитывать , что использование чрезмерно больших опок влечет за собой увеличение затрат труда на уплотнение формовочной смеси , нецелесообразный расход смеси , а использование очень маленьких опок мож ет вызвать брак отливок вследствии продавливания металлом низа формы , ухода металла по разъему и.т.п. Для изготовления данной отливки сконструированы и изготовлены ручные сварные опоки следующих размеров : длина - 1000 мм , ширина - 250 мм , высота - 200 мм . Для уменьшения расхода смеси и обеспечения необходимого гидростатического напора металла применяются наращалки высотой 100 мм. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛИТН ИКОВО-ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ Литниково-питающая система - это система каналов для подвода жидкого металла в полость литейной формы , отделения неметаллических включений и о беспечения подпитки отливки при затвердевании [29]. Литниковую систему подводим по разъему формы . Условия заполнения формы металлом за определенное время опт . , ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - A ) где k - поправочный коэффициент (1.8 2.0); - средняя или пр еобладающая толщина отливки , мм ; G - масса отливки , кг ; сек. Литниковая система сужающаяся . Площадь сечения в самом узком месте = площади питателя. (2-2) где - коэффициент заполнения , = 0.5; H ср - расчетный напор , см ; - плотность отливки , = 7700 кг /м 3 ; g - ускорение свободного падения g = 9.8 м /с 2 ; , (2-3) где H ст = h оп +h нар = 85+45 = 130 мм ; h о - высота отливки в верхней п олуформе 59 мм ; мм = 12.26 см. см 2 . Расчет стояка и шлакоуловителя производим из соотношения : F п :F ш :F ст = 1:1.1:1.5 соответственно сечения будут F п = 5 см 2 F ш = 5.5 см 2 F ст = 7.5 см 2 т.к . питание отливки мы производим 2 питателями следовательно F п = 2.5 см 2 . Окончательно принимаем площади сечений и по таблицам находим геометрически е размеры : F п = 5 см 2 ; а = 16 мм ; в = 13 мм ; h = 16мм ; F ш = 5.5 см 2 ; а = 24 мм ; в = 20 мм ; h = 26мм ; F ст = 7.5 см 2 ; d ст = 30.9 мм Для заливки металла используют нормализованные воронки ( рис .2-7 ), размеры которых выбирают в зависимости от диаметра стояка и с учетом обеспечения нормальной заливки формы . D в = 30.9 3 = 90 мм. H в = 90 мм. т.к . данная отливка делается из чугуна , а прибыли на чугунные отливки не ста вятся (т.к . у чугуна усадка самая минимальная ), значит я прибыли на данную отливку не проектирую. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА ПРИ ЗАЛИВКЕ В ФОРМУ Для обеспечения хорошей заполняемости формы и получения качественных отливок необходимо выдерживать определенную температуру заливаемого расплава , которую выбирают в зависимости о т вида сплава и характера отливки [29]. Температура металла необходимая для заливки форм при получении данной отливки составляет при выпуске и индукционной печи 1410 С - 1420 С , при заливке в фо рму 1330 С. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК В ФОРМЕ Регламентирование времени охлаждения отливок в формах диктуется необходимостью обеспечения полного затвердевания расплава , исключения образования некоторых усадочных дефектов , получения требуемой структуры металла отливок . Последнее весьма ва жно для чугунов , структура которых в большой степени зависит от скорости кристаллизации. Расчет времени затвердевания отливки в форме произведен с помощью программы FOUNDRY (автор Дубовой В.В .) Исходные данные формы : T ф (° C) = 20 b ф (ккал ) = 17 Исходные данные материала : C 1 (ккал /кг ) = 0.120 C 1 ’ (ккал /кг ) = 0.200 Y 1 (кг /м 3 ) = 7000 p 1 (ккал /кг ) = 64 T зал (° C) = 1420 T лик (° C) = 1200 T сол (° C) = 1150 T кр (° C) = Ѕ T лик +T сол = 1175 Толщина стенки отливки (мм ) =20 Расчет ведем базируясь на [29]. Время отвода теплоты перегрева [33]: , (2-3) где мм t 2 = 1.18 мин. Время затвердевания отливки [33]: , (2-4) t 3 = 2.97 мин. Средняя скорость затвердевания отливки [33]: мм /мин, (2-5) Время охлаждения отливки [33]: , (2-6) t 4 = 13.92 мин. Общее время отливки в форме [33]: t в = t 1 + t 2 + t 3 + t 4 = 18.07 мин. Однако по эмпирической формуле [29] , где К - коэффициент , зависящий от конфигурации отливки и толщины ее стенки ; G - масса отливки , т., вр емя выдержки составляет 4.97 ч. , что более соответствует реальности , следовательно расчеты приведенные в [33] неверны. ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ При производстве данной отливки для изготовления форм и стержней использовались смеси следующего состава и следующими свойствами ( таблицы 2-1,2-2 ) [37,29]. Таблица Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - A Формовочная смесь для фомовки по сырому (способ формовки ручная ) Массовая доля компонентов в смеси , % Характеристика смеси Характери стики получаемых отливок облицовочной единой Оборотная смесь Свежие материалы Каменноуголь ный порошок Оборот ная смесь Свежие материалы Каменноуголь ный порошок Содержание глинистой составляющей , % Зерновая группа песка Влажность , % Газопроницаем ость , единицы Прочность на сжатие во влажном состоянии , кПа Масса , кг Толщина стенки , мм 75-45 22-51 3-4 94.3-92.3 5-7 0.7 7-10 016А 4.0-5.5 40-60 29-49 20-200 <10 Таблица Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - B Стержневая смесь (способ формовки ручная ) Назначение и Состав , % область применения Песок 016А Глина формовочная Опилки древесные Крепитель СБ Прочность , 105 Па Газопроницаемость , ед. Влажность , % Сверх 100% По-сырому По-сухом у По-сырому По-сухому Для средних и мелких стержней (ручная формовка ) 80.0-81.0 4.0 - 5.0 15.0 6.0 0.13 - 0.15 3.5 - 4.5 80 100 3.2 - 3.6 ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ ПРИ РАЗРА БОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ При проектировании технологии изготовления трубы ребристой для повышения производительности и качества графической части использов ался САПР конструктора Auto CAD 12, также для расчета литейных припусков на механическую обработку бал применен пакет прикладных авторских программ написанных на параметрическом языке GI (см . приложение ). ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РУЧНОЙ ФОРМОВК И ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ РУЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ ОБ ЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РУЧНОЙ ФОРМОВКЕ Технологический процесс ручного изготовления литейных форм характеризуется рядом специфических операций . Наиболее важными являются о перации заполнения формовочной смесью опоки и уплотнения смеси . Уплотнение смеси должно быть проведено равномерно по всему ее объему . Правильно изготовленная литейная форма должна сохранять свои размеры и конфигурацию , а в процессе заливки расплавленным м е таллом не затруднять выхода пара и газов и легко разрушаться после охлаждения отливок [27]. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ Технологический процесс ручного изготовления опытной партии отливки теплообменника “Труба ребристая” имеет ряд технологических особенностей и включает в себя следующие операции. На подмодельной плите устанавливается моде ль верха с элементами литниково-питающей системы : выпор , стояк , шлакоуловитель ( рис .3-1 ). По первому варианту технологии для получения отливки был предусмотрен один выпор на дальнем фланце отливки ( рис .2-2 , а ), что привело к типичному виду брака , который будет рассмотрен далее . Во втором варианте на отливке располагаются выпора на двух фланцах ( рис .2-2 , б ), что обеспечивает подпитку кристаллизующейся отливки . После установки модели верха на подмодельной плите , она натирается керосино-графитовой смазкой и п рипудривается пылевидным графитом для предотвращения прилипаемости смеси к поверхности модели . После этого производится нанесение на поверхность модели облицовочного слоя смеси и набивка полуформы верха. Необходимость формовки в первую очередь опоки верха вызвана тем , что опока верха должна иметь более высокие прочностные характеристики , чем опока низа для предотвращения выпадения смеси из межреберного пространства формы при ее кантовке после удаления модели . Следовательно , для достижения этого необходимо х орошее уплотнение формовочной смеси в опоке . Достичь этого возможно только на подмодельной плите . Таким образом исключается деформация полуформы низа при формовке опоки верха . Характерной технологической особенностью является простановка отъемных пенополи с тироловых частей по всей протяженности отливки в вершинах ребер ( рис .2-3 ). После окончания формовки опоки верха , на нее устанавливаются наращалки . Наращалки служат для увеличения гидростатического напора металла при заливке формы ( рис .3-2 ). По окончании и зготовления наращалок поверхность опоки накалывается душником , удаляются элементы ЛПС (выпор , стояк ), снимаются наращалки и опока кантуется. Следующая технологическая операция включает в себя изготовление опоки низа . На перевернутую опоку верха с помощью ш ипов устанавливается модель низа (шипы дают точность сборки модели верха и низа ) и модели питателей ( рис .3-3 ). Модель смазывается керосино-графитовой смазкой , припыляется графитом . На формовочную смесь опоки низа наносится разделительный слой . На опоку вер ха с помощью направляющих и центрирующих штырей устанавливается опока низа , на модель наносится облицовочный слой и осуществляется формовка опоки низа . По завершении формовки опоки разбираются и из них извлекаются модели низа и верха . Извлечение модели им еет характерную особенность . Успешное извлечение модели можно осуществить только при помощи протяжного шаблона и резьбового протяжного устройства ( рис .3-4 ). Извлечение модели без таких приспособлений вело к обрыву смеси в межреберных участках , засорам форм ы или к полному ее разрушению . Перед наложением шаблона и извлечением модели , она слегка расталкивается в поперечном направлении. В полуформе верха после извлечения модели в вершине каждого ребра накалываются вентиляционные каналы с внутренней стороны фор мы насквозь . После установки полуформы низа на заливочный плац , ее продувают , производят визуальный контроль и устанавливают стержень ( рис .3-5 ). Затем производится продувка полуформы верха , ее контроль и сборка полуформ . Сборка полуформ производится по шты рям ( рис .2-3 ). Разъем формы промазывается глиной для предотвращения течи металла по разъему формы . После вырезания в наращалках заливочной воронки на стояке и подпитывающих воронок на выпорах , они устанавливаются на форму ( рис .2-3 ). Крепление полуформы низ а с полуформой верха производится с помощью струбцин. ПОДГОТОВКА ЛИТЕЙНОЙ ОСНАСТКИ Правильная подготовка литейной оснастки способствует увеличению производительности , облегчает труд и повышает качество литейных форм . При подготовке проверяют исправность модельных плит , осматривают модели . Модели со смещением половинок по ши пам более нормы , с плохим креплением подъемов , а также модели покоробленные , с трещинами , забитыми углами , вмятинами к использованию непригодны. Перед работой модель и модельные плиты очищают от пыли , формовочной смеси , протирают керосином или смесью керос ина с графитом . Проверяют комплектность оснастки и модели , наличие формовочного инструмента , стояков для вывода газов , шлакоуловителей. Перед формовкой тщательно проверяют исправность опок , в них не должно быть остатков формовочной смеси и сплесков металла . УПЛОТНЕНИЕ СМЕСИ В ОПОКЕ При ручной формовке по моделям заполнение опок и смесью проводят в два этапа . Сначала на модель наносят слой облицовочной смеси , уплотняя ее вокруг модели вручную , после чего опоку заполняют наполнительной смесью . Заполнение и уплотнение должно производиться отдельными слоями толщиной 50-75 см , но не б олее 150 см каждый . Толщина слоя облицовочной смеси в уплотненном состоянии для данной отливки составляет 10-20 мм. При уплотнении смеси в опоке всегда следует обращать внимание на то , чтобы клиновидный конец ручной трамбовки не доходил до модели на 20-30 мм . В противном случае может быть повреждена поверхность модели , а также образоваться местное переуплотнение формовочной смеси , приводящее к возникновению газовых раковин . Уплотнение смеси трамбовкой начинают вдоль стенок опоки , после чего переходят к упл о тнению остального объема опоки . Во избежание разрушения полуформы при перемещении или кантовании необходимо тщательно уплотнять смесь в углах опок и вдоль ее стенок . Слои формовочной смеси внизу опоки , т.е . прилегающие к модельной плите , уплотняют клинови д ным концом трамбовки ; верхние слои - плоским . При уплотнении необходимо обращать внимание на то , чтобы не смещались отъемные пенополистироловые части модели верха. Плотность формовочной смеси в верхней полуформе должна быть несколько меньше , чем в нижней . Это необходимо в связи с тем , что на смесь в нижней полуформе действует масса отливки . Поэтому смесь в ней должна быть более прочной , не деформироваться . В верхней полуформе создают условия для удаления пара и газов . Но для данной отливки плотность формов о чной смеси в верхней полуформе превосходит необходимую плотность формовочной смеси в нижней полуформе . Это связано с тем , что из-за высокого и тонкого рельефа модели уплотненная формовочная смесь имеет тенденцию к отрыву и выпадению из формы , т.е . полуфор м а разрушается . При таком уплотнении удаление газа и пара из формы производится через систему вентиляционных каналов. Накалывание вентиляционных каналов производят металлическими иглами разной длины и диаметра . На 1 дм площади сырой формы выполняют 3-4 нако ла . Кроме того , полость формы , формирующая ребро отливки , накалывается изнутри . Таким образом нормализуется газовый режим и компенсируется плотная набивка полуформы верха. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ Стержни должны обладать высокой газопроницаемостью , прочностью , податливостью и выбиваемостью . Эти свойства обеспечиваются выбором стерж ней смеси и конструкцией стержня. Стержень изготавливается в деревянном разъемном стержневом ящике ( рис .2-6 ). Крепление половинок ящика между собой производится скобами типа “ласточкин хвост” . Собираются половинки по шипам . Собранный стержневой ящик устана вливается на специальную подложку , на которой крепится арматура будущего стержня ( рис . 3-6 ). Набивка стержня производится в вертикальном положении при помощи специальной набойки , полой внутри . Арматура стержня также является и газовентиляционным ходом , т.к . она полая и в ее стенках имеются отверстия , через которые происходит удаление газа из стержня в его знаковые части. СУШКА СТЕРЖНЕЙ Сушка стержней необходима для повышения их прочности , газопроницаемости и уменьшения газотворной способности . Сушка является более длительной операцией по сравнению с операцией изготовления стержня . Длительность операции сушки зависит от требуемой температуры , массы стержня и других факторов . Продолжительность сушки может достигать нескольких часов. Процессы , происходящие при сушке , а также температура сушки зависят от типа связующих . При сушке стер жней , изготовленных с применением сульфитной барды , происходит испарение воды , образуется смола , которая обладает упрочняющими свойствами . Температура сушки этих смесей составляет 165-190 С [27]. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - E . Схема набивки стержневого ящика АНАЛИЗ БРАКА ПОЛУЧЕННЫХ ОПЫТНЫХ ОТЛИВОК И ПУТИ ЕГО УСТРАНЕНИ Я В процессе разработки технологии и совершенствовании ее от пе рвого варианта ( рис .2-2 , а ) ко второму ( рис .2-2 , б ), получали отливки , в которых наблюдался брак , связанный с различными факторами . Анализ различных видов брака при литье ребристых теплообменников (радиаторов ) позволил предпринять ряд мер по его предотвращ ению , что , в свою очередь , вносило коррективы в разработанную технологию. Тонкостенное литье , каким является радиаторное производство , имеет свои специфические особенности . При тонкостенном литье особенно часто наблюдается , что один и тот же вид брака вызы вается разными причинами . Только детальное изучение характерных внешних признаков каждого вида брака с нахождением отличительных , решающих признаков позволяет верно классифицировать брак , а следовательно , выявить действительную причину. Так , например , рад иатор не выдерживает гидравлической пробы и дает течь или потение вследствие наличия следующих дефектов : спая ; засоров (земляных и шлаковых ); раковин (газовых , усадочных ); пористой структуры металла ; тонкого тела (1-1.5 мм ). Часто этот вид брака относят з а счет неудовлетворительной земли или пористого (вследствие крупной графитизации ) металла . В действительности брак вызывается совокупностью причин , связанных с неправильной формовкой , заливкой и плохим качеством земли и металла. Причины брака по вине формо вки : модель не засеяна (с крупных кусков гравия и металла легко смывается земля ); формы и стержни не продуты ; модель не очищена от приставших частиц земли (особенно резко сказывается при горячей влажной земле ); не отделан литник (чаша имеет обрывистую , не гладкую поверхность ); сдвинуты опоки. Размывание земли металлом (струя не попадает в середину литника ), незаполнение литниковой системы , повышенная скорость заливки и зашлаковывание обусловливают получение бракованных радиаторов. Из числа причин , связанных с качеством земли , следует отметить следующие : недостаточная связность (недостаток глины , плохая механическая обработка ); низкая влажность (меньше 4.5 %); малая газопроницаемость ; запыленность ; крупнозернистый песок. Металл , содержащий газовые и усадочны е раковины (высокозернистый , окисленный металл ), и холодный металл (температура ниже 1340 С ) также является причиной брака . Пористость чугуна в радиаторах обусловлена крупной графитизацией. Самым характерным видом брака являе тся непроливаемость тонких ребер поверхности теплообмена радиатора ( рис .4-1 ). Такой вид брака возможен по двум причинам : “замерзание” металла и неудовлетворительный газовый режим формы . С целью улучшения газового режима формы в полуформе верха для каждого ребра были выполнены наколы , что заметно снизило количество не проливаемых ребер . Для полного устранения этого дефекта необходимо обеспечить подпитку каждого ребра свежими порциями металла . С этой целью предусмотрены пенополистироловые вкладыши ( рис .2-2 , б ), которые вкладываются в процессе формовки между каждым ребром в верхней его части и после удаления модели остаются в форме ( рис .2-3 ). В процессе заливки формы пенополистирол разлагается и образовавшийся канал связывает все ребра между собой и двумя масси вными фланцами . По этому каналу осуществляется подпитка ребер жидким металлом до полного их заполнения . Таким образом полностью исключается брак по непроливаемости ребер ( рис .4-2 ). Однако , ввод в форму пенополистироловых вкладышей приводит к повышению газо творности формы , что в свою очередь приводит к такому дефекту как газовые раковины . На рис .4-3 показан характерный вид брака для данной отливки - газовая раковина на фланце . Для предотвращения этого вида брака необходимо улучшить систему вентиляции формы . С этой целью на отливке установлены два выпора ( рис .2-2 , б ). Выпора , в совокупности с вентиляционными каналами , обеспечивают своевременный отвод газов из полости формы . Для того , чтобы система выпоров сработала , необходимо также предотвратить их замерзание , т.к . если выпор закристаллизуется раньше , чем весь металл в форме , то он закроет выход газа из полости формы и газ останется в металле . Такое явление наблюдалось на ряде отливок . Для исключения этого явления необходимо увеличить площадь сечения выпора . Т акой выпор играет двойную роль : обеспечивает своевременный выход газа и подпитку отливки жидким металлом во время кристаллизации , выполняя роль прибыли . Таким образом предотвращаются газовые дефекты и усадочные раковины , которые возможны при заливке в фор м у перегретого металла. Следующим наиболее крупным видом брака являются засоры полости формы . Извлечение модели из формы , вследствие обширной поверхности их соприкосновения , затруднительно . В результате происходит частичное разрушение формы , что приводит к засорам ее полости . Удалить эти частицы из полости формы практически не возможно из-за очень тонкого и глубокого рельефа отливки . В результате , в процессе заливки происходят песчаные раковины в теле отливки , что отрицательно сказывается на ее герметичност и , и на поверхности ребер , что сокращает площадь поверхности теплообмена ( рис .4-4 ). Снизить эти виды брака позволяет применение протяжного шаблона с резьбовым протяжным устройством ( рис .2-4 ). Газовая пористость , наблюдаемая на некоторых ребристых трубах (“п отение” поверхности в результате гидроиспытаний ), связана с газотворной способностью стержня . Для ее исключения необходимо строго следить за режимом сушки стержня и временем его нахождения в форме до заливки . Время нахождения стержня в собранной форме до з аливки не должно превышать 4-6 часов. Остальные виды брака также вскрываются при гидроиспытаниях отливок . Эти виды брака связаны с тем , что радиаторы не держат давление испытания 11 кгс /см 2 . К таким видам брака относятся усадочная пористость и дефекты связ анные со структурой металла и его плотностью . На рис .4-5 представлены образцы вырезанные из тела отливки в тепловых узлах ( рис .4-6 ). На некоторых шлифах выполненных из этих образцов обнаружена усадочная пористость ( рис .4-7 ). Для устранения этих дефектов не обходимо стабильное получение строго определенной структуры чугуна , в частности перлитной . Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - F . Тепловые узлы ПОСТРОЕНИЕ ПРИБЛИЖЕННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СКОРОСТИ ЗАТВ ЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВК И ОСНОВЫ ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗА ЦИИ Н.Г.Гиршович , Г.Ф.Баландин , Б.Я.Любов и Ю.А.Самойлович на основании синтеза теплофизической и молекулярно-кинетической теории создали математическую модель [35], позволяющую решить вопросы , связанные с особенностями формирования кристаллического строения слитков . Для сплава , кристаллизующегося в интервале температур Т L - Т S , залитого в форму при температуре Т Н , в некоторый промежуточный момент затвердевания распре деление температур представлено на рис .5-1 [34]. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - A . Схема температурных полей затвердевающей отливки Процесс затвердевания развивается в двухфазной зоне расплава , прилегающей к твердой корке . На рис .5-1 представлена схема температурных полей : Т 1 (x,t) - температурное поле в незатв ердевшем расплаве , Т 2 (x,t) - в двухфазной зоне и Т 3 (x,t) - в твердой корке ; 1 (t) и 3 (t) - соответственно координаты фронтов начала и конца затвердевания. Если внутри интервала кристаллизации сплав а выбрать температуру , равную , например , 1/2 (Т L + T S ), и принять , что к моменту ее достижения в двухфазной зоне практически заканчивается процесс кристаллизации ( рис .5-1 ), то кинетику затвердевания можно характеризовать скор остью нарастания твердой корки (t). Для математического описания такого варианта схемы можно использовать все уравнения и соотношения , которые были получены Г.Ф.Баландиным [34] применительно к схеме затвердевания металлов и э втектик . Необходимо лишь вместо 3 (t) подставить координату 2 (t) условного фронта затвердевания ( рис .5-1 ) и Т кр заменить 1/2 (Т L + T S ): ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - A ) ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - B ) ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - C ) ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - D ) ( Ошибка ! Текст ук азанного стиля в документе отсутствует. - E ) Несмотря на очень грубую схематизацию процесса затвердевания , с помощью рассмотренного способа математического описания можно достаточно просто , но , естественно , приближен но рассчитать линейную скорость затвердевания U, которая необходима для практического применения экспериментальных данных и диаграмм , устанавливающих связь свойств и структуры отливки со скоростью ее затвердевания [34]. Данная математическая модель справед лива для отливки в виде неограниченной плиты . Правомерно ли ее использование в данном случае ? Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - B . Схемы для сравнения плоской и полой цилиндрической отливки Сравним плоскую отливку (плиту ) с простейшим полым бесконечным цилиндром ( рис .5-2 ), т.к . в нашем случае основной элемент конструкции отливки теплообменник - труба , т.е . полый цилиндр. Известно , что все поверхности , ограничивающие плиту , имеют радиус кривизны , равный бесконечной величине . Поэтому , если радиус кривизны боковых поверхностей плиты обозначить через r 0 , то отношение 2l 0 /r 0 = 0. Следовательно , люб ую неплоскую отливку , у которой отношение толщины s ее тела к радиусу кривизны r 0 ее поверхности будет весьма малой величиной , можно приближенно рассматривать как плоскую , т.е . если ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - F ) то отливка плоская. Еще одно очевидное свойство плоской отливки в том , что у нее обе боковые поверхности F 1 и F 2 равны друг другу . Поэтому любую неплоскую отливку , у которой отношение ( Ошибка ! Текст указанного стиля в докумен те отсутствует. - G ) можно приближенно рассматривать как плоскую . Неравенство (5-6) и выражение (5-7) связаны между собой . Так , для полого цилиндра (втулки ) ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - H ) Допустим , что при приближенных расчетах затвердевания возможно пренебречь разницей , составляющей 20 %, между площадями нару жной F 1 и внутренней F 2 поверхностей тела отливки . Другими словами , примем , что при F 2 /F 1 = 0.8 величина F 1 F 2 . Тогда для полого цилиндра s/r 0 = 0.2. Следовательно , можно условиться , что при [34] ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - I ) отливки тонкостенные , и в расчетах затвердевания они являются пло скими. Анализ номенклатуры литых деталей машиностроения и приборостроения показывает , что подавляющее большинство отливок удовлетворяет требованию (5-9) ; это - корпусные детали , детали арматуры , кронштейны , станины и т . п . Правда , соответствие требованию (5-9) нельзя понимать в буквальном смысле . На таких деталях , конечно , есть бобышки , приливы , утолщения , ребра и другие элементы , толщина которых отличается от толщины основного тела . Говоря о соответствии требованию (5-9) имеем в виду толщину и радиусы кри визны поверхности основного тела (или среднюю толщину тела и средний радиус кривизны для детали в целом ) [34]. Отливка теплообменник удовлетворяет этим условиям , т.к . s = 8 мм , r 0 = 38 мм, ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - J ) Следовательно , данная математическая модель справедлива для расчетов затвердевания отливки теплообменник. РАСЧЕТ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ Используя общее решение задачи затвердевания с помощью математичес кой модели (5-1)-(5-5) возможно решить конкретные инженерные задачи , связанные с затвердеванием отливки. Так , для данной отливки возможно произвести расчет ее затвердевания . Продолжительность затвердевания отливки t 3 определяем по формуле [34]: ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - K ) где L E - удельная теплота кристаллизации эвтектики , Дж /кг ; b 4 - коэффициен т теплоаккумуляции формы , Дж /м 2 К с 0,5 или Вт с 1/2 /м 2 К ; R 0 - приведенный размер ; Т Е - температура эвтектики сплава , К ; 3 - плотность отливки , кг /м 3 ; Т ф - температура формы , К ; t 1 - время полного охлаждения перегретого расплава , К. ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - L ) где С 1 - удельная теплоемкость расплава , Дж /кг К ; 1 - плотность расплава , кг /м 3 . Т Н = 1/2 (Т n + Т L ), Т н Т зал ; Т Н = 1/2 (Т зал + Т L ), где Т зал - температура з аливки , К ; Т L - температура ликвидуса , К. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - C . На рис .5-3 , а приведена кривая изменения скорости затвердевания тела отливки в зависимости от времени . Расчет выполнен по ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - M ) где V Е - температура эвтектики, для t t 1 . На рис .5-3 , б предста влено распределение линейной скорости затвердевания в теле отливки . График построен по формуле ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - N ) при к = 0, где l 0 = r 0 - характерный приведенный размер , равный половине толщины отливки. Распределение скорости затвердевания неоднородно : в центре тела скорость более , чем в 2 раза меньше скорости у поверхности ( рис .5-3 ). С помощью структурной диаграммы [34] по средней скорости затвердевания и скорости затвердевания у поверхности и в центре отливки , а также химическому составу чугуна (чугунный лом - тормозные колодки от железнодорожных вагонов , химический состав : Si - 1.18 % , Mn - 0.61 %, C - 3.47 %, P - 0.185 %, S - 0.083 %) и НВ = 229, определяем структуру чугуна . Судя по этой диаграмме , основной структурой данной отливки является феррит , причем концентрация его от поверхности к середине увеличивается , что и подтверждает с т руктура реальной отливки ( рис .5-4 ). ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНО В Под герметичностью чугуна понимают его способность противостоять проникновению через него находящихся под давлением жидкости или газа [24]. Герметичность чугуна во многом зависит от физического его состояния и , в частности , от наличия в нем пори стости . Герметичность и пористость чугуна являются взаимно связанными величинами , одна из которых обусловливает другую . Поэтому оценка герметичности чугуна в дальнейшем будет произведена на основании пористости. РАЗНОВИДНОСТИ НАРУШЕНИЙ ПЛОТНОСТИ СЕРОГО ЧУГУНА Целесообразно различать следующие виды пористости чугуна : а ) микропори стость - обуславливается пространством графитовых включений , а также межкристаллическим пространством ; б ) макропористость - является следствием образования рассредоточенной пористости типа усадочной , газовой и пр. в ) грубая пористость - имеет место при обр азовании в отливках грубых пороков , таких как усадочные , песчаные , шлаковые раковины , трещины , неслитины и т. Микропористость При анализе микропористости полагаем : - что плотность графитных включений не зависит от формы , характера и залегания , и во всех случаях равна 2.25 г /см 3 ; - межкристаллическое пространство по сравнению с о бъемом графитовых включений очень мало и поэтому в дальнейшем оно учитываться не будет ; - плотность основной металлической массы для всех исследуемых образцов чугуна является постоянной величиной , равной 7.8 г /см 3 . На основании принятых выше условий можно предполагать , что микропористость чугуна в основном образуется за счет пространства , занимаемого графитными включениями [24]. Пространство графитных включений определяется количеством свободного углерода - С гр : С гр = С общ - С связ, ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - A ) Общее содержание углерода С общ и связанный углерод определяются химическим анализом . Кроме того , количество связанного углерода определяется структурой металлической основы , при этом С связ = 0.8 К п, ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - B ) где К п - количество перлита в металличес кой основе чугуна . При определении микропористости целесообразно пользоваться относительными величинами количества и объема графита , а также основной металлической массы чугуна [24]. Если обозначить : гр - удельный вес графит а ; м - удельный вес металлической основы чугуна ; g гр - относительный вес графита в чугуне ; g м - относительный вес ; К гр - относительный объем графита в чугуне ; К м - относительный объем металлической части чугуна, тогда относит ельный объем графита и металлической части чугуна определяются по формулам (6-3) , (6-4) . ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутс твует. - C ) ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - D ) где V гр и V м - абсолютные объемы графита и металла. Формулы (6-3),(6-4) позволяют определить относительный объем графита и металлической основы чугуна в зависимости от его химического сост ава . ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - E ) анало гично : ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - F ) Зная относительный объем графит ных включений , можно определить расчетную плотность чугуна , при условии отсутствия в нем микропористости. т = К гр гр +К м м . ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - G ) Величина т называется теоретическим удельным весо м чугуна. Формулой (6-7) для определения теоретического удельного веса чугуна не всегда удобно пользоваться , т.к . для этого необходимо знать относительные объемы графита и металлической основы чугуна. Подставляя в формулу (6-7) значения К гр и К м из формул (6-5) и (6-6) после преобразования получим : ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - H ) т.к . g гр +g м = 1, то гда : ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - I ) В качестве критерия для оценки микропористости следует прин ять количество свободного углерода в чугуне , а также характер его расположения , имея ввиду степень разобщения металлической основы чугуна. Как известно , графит в чугуне может иметь пластинчатую , хлопьевидную или глобулярную форму , кроме того , графитные вкл ючения отличаются между собой размерами и характером залегания. МАКРОПОРИСТОСТЬ Макропористость чугуна обуславливается рассредоточенной газовой и рассредоточенной усадочной пористостью . Такой вид пористости отличается небольшими размерами газовых и усадочных пор , которые обычно по объему отливки располагаются более или менее рав номерно [24]. Макропористость определяется в относительных величинах или в процентах . Для определения макропористости серого чугуна используется следующая формула : ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - J ) где т - теоретический удельный вес серого чугуна ; - действительный удельный вес чугуна. Макропоры в зависимости от их величины очень резко снижают герметичность чугунных отливок . Их появление в чугуне зависит от большого числа факторов. Так рассредоточенная газовая пористость образуется за счет выделения растворенных или реакционных газов в чугуне . Растворимость газов в металле зависит от температуры и давления . На рис .6-1 показана кривая растворимости водорода в железе [30]. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - A . Растворимость водорода в железе На этой кривой имеются участки , которые характеризуют собо й растворимость газа в твердых металлах , в период расплавления и в жидком состоянии . Переход от одного состояния в другое сопровождается скачкообразным изменением растворимости газов. Растворимость газов в зависимости от давления определяется из формулы [2 4]: ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - K ) где Q - количество растворенных газов ; Р - давление ; К - постоянная величина. Реакционные газы образуются в следствие химических реакций , имеющих место в сплаве , при повышенном содержании в них окиси железа. FeO + C = CO + Fe Образование газов приводит к появлению в металле отдельных пузырьков . В зависимости от свойств металла и скорости газообразования , пузырьки принимают те или иные размеры и начинают двигаться вверх ; скорость движения пузырьков определяется из формулы Стокса : ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - L ) где r - диаметр пузырька ; g - ускорение свободного падения ; - вязкость жидкого металла. Согласно этой формулы ве личина пузырьков зависит от плотности и вязкости жидкого металла . Степень газонасыщенности отливки определяется количеством растворенных газов в металле , а последняя зависит от его раскисленности и режим охлаждения самой отливки. Касаясь рассредоточенной у садочной пористости , следует напомнить , что она определяется объемной усадкой , которая , в свою очередь , зависит от температурного интервала кристаллизации серого чугуна . С увеличением углеродного эквивалента в чугуне общий объем усадочной пористости умень ш ается. Важным фактором , влияющим на образование усадочной пористости , является также жесткость литейной формы : чем больше жесткость формы , тем меньше объем усадочных пороков . Поэтому при литье в сухие формы и в формы из жидкостекольных и цементных смесей ч асто не требуется простановка прибылей , в то время как при литье в сырые формы они необходимы. Рассеянная пористость в отливках , как правило является результатом совместного образования газовой и усадочной пористости. ГРУБАЯ ДЕФЕКТНАЯ ПОРИСТОСТЬ Грубая дефектная пористость обуславливается различными макропороками отливок , которые обычно являются браково чным признаком [24]. К ним относятся местные и рассеянные газовые , земляные , шлаковые , усадочные раковины , неслитины , спаи , трещины и.т.д. Такие дефекты приводят к местным нарушениям сплошности чугуна и резкой потере его герметичности. Пористость чугуна яв ляется важной характеристикой определяющей его герметичность . Под пористостью следует понимать отношение объема пор к объему образца. ( Ошибка ! Текст ука занного стиля в документе отсутствует. - M ) где V 1 - объем макро - и микро пор ; V 2 - объем образца. Как указывалось выше , в сером чугуне имеются поры заполненные графитом и поры , свободные от него . Относительный объем пор занят ых графитом , определяется по формуле (6-5) . Относительный объем свободных от графита можно определить по формуле (6-10) . Общая относительная пористость или просто пористость будет равна сумме этих видов пористости : m = К гр + К . ( Ошибка ! Те кст указанного стиля в документе отсутствует. - N ) ФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕРМЕТИЧНОСТИ СЕРЫХ ЧУГУНОВ Серые чугуны представляют собой очень сложные железоуглеродистые сплавы , заключающие в себе большое количество изолированных друг от друга свободных и заполненных графитом пор самой разнообразной формы и размеров . Характер п ор в чугуне , их размер и количество зависят от многих факторов , основными из которых являются : химический состав , структурное строение , технология изготовления отливок , их термообработка и условия эксплуатации. При воздействии на отливку жидкости , находяще йся под высоким давлением , эта жидкость проникает в поры чугуна , а затем , если не встречает достаточного сопротивления , она просачивается дальше в тело отливки. Процесс просачиваемости чугунов является очень сложным и в настоящее время остается почти не из ученным . Опыты , проведенные в этом направлении многими исследователями , не раскрывают в достаточной мере механизма просачиваемости жидкости через тело чугунных отливок . В связи с этим оценка просачиваемости чугунов в настоящее время производится по двухба л льной системе - “текут” , “не текут” [24]. Просачиваемость чугунов находится в обратной зависимости от их плотности или так называемой герметичности . Поэтому изучение свойств просачиваемости или проницаемости обычно ведется по величине , обратной их проницае мости. Движение жидкости в порах чугуна является чрезвычайно сложным процессом . Даже в простейших случаях фильтрации , когда пористая Среда образована из большого количества систематически уложенных шаров , точного гидромеханического решения движения жидкост и не имеется . Впрочем , это не так важно , т.к . при изучении герметичности чугунов в большей степени имеют значение усредненные характеристики потока жидкости также как скорости просачивания , расхода и т.д ., а не форма движения жидкости в самих порах. В наст оящее время создана достаточно обоснованная теория движения жидкости и газов в естественных пористых средах . В ней разработаны основные положения в случае движения жидкостей и газов в естественных пористых средах и определены физические законы фильтрации. В первом приближении движение жидкости через стенки чугунных отливок , находящихся под большим давлением , должны подчиняться тем же самым закономерностям , что и движение жидкостей в естественных пористых средах [24]. Однако при движении жидкости в порах чуг уна имеются существенные различия , которые по нашему мнению будут заключаться в следующем : Естественные пористые среды имеют сплошные каналы , а серые чугуны - изолированные поры . Поэтому потери давления во втором случае будут определяться не только внутрен ним сопротивлением движения жидкости в порах , но и сопротивлением , возникающим в результате разрушения основной металлической массы , расклинивающим действием жидкости. Перепад давлений , даже при незначительной толщине стенок отливок гидросистем , всегда буд ет значительно больше по сравнению с перепадом давления при фильтрации в естественных пористых средах. Высокие давления в отливках , как правило , вызывают в них деформации , что оказывает существенное влияние на герметичность чугуна. Скорость просачивания жи дкости в чугуне значительно меньше скорости фильтрации в пористых средах . Поэтому динамическими и инерционными факторами , имеющими место при просачивании в дальнейшем при изучении этого явления можно пренебречь. Наконец , самое главное отличие состоит в том , что при фильтрации в естественных пористых средах основной целью является увеличение скорости фильтрационного потока и , следовательно , увеличению расхода жидкости , в то время как при изучении герметичности серых чугунов главной целью является изыскание м атериалов , обладающих максимальной герметичностью , которая обуславливала бы минимальную или же нулевую скорость движения потока. Указанные выше различия , естественно , вносят существенные поправки в те или иные уравнения движения жидкости в процессе фильтра ции , но не изменяют самих условий , характера и законов движения этой жидкости в теле чугунных отливок гидросистем. Поэтому в дальнейшем при выводе основных закономерностей при исследовании проницаемости серого чугуна или обратной величины нами были использ ованы все известные элементы теории течения однородных жидкостей и газов в пористой недеформируемой среде . Для изучения законов проницаемости чугуна прежде всего необходимо было установить зависимость расхода и скорости движения просачиваемости жидкости о т ее давления и герметичности чугуна . Эту закономерность необходимо установить в пределах малых площадок , величина которых , однако , велика по сравнению с размерами пор . В этом случае среднюю скорость движения жидкости через элементарную площадку чугуна мо ж но определить по формуле [24]: ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - O ) где V - средняя скорость движени я жидкости через элементарную площадку чугуна ; W - количество просочившейся жидкости через элементарную площадку ; - элементарная площадка ; t - время. В случае , если толщина стенки значительно меньше линейных размеров площадки и плоскости ее параллельны , тогда средняя скорость движения жидкости в порах будет выражаться уравнением : ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - P ) где W - количество просочившейся жидкости через площадку. Но , так как поток жидкости не заполняет все пространство , а движетс я через часть объема занятой порами , тогда при коэффициенте пористости m скорость движения в порах V будет равна : и ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - Q ) или V = mV ’ . Так как всегда m>1, то V = V . Отсюда п ространство , занятое потоком жидкости , можно назвать областью просачивания. Очевидно , что линией движения потока жидкости будет называться такая линия , касательная в каждой точке которой совпадает с вектором скорости просачивания в этой точке. Известно , чт о скорость потока жидкости V зависит от избыточного давления Р [24], действующего на стенки чугуна , от его внутреннего сопротивления движению жидкости G и от вязкости самой жидкости , т.е. ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - R ) Внутреннее сопротивление материала G движению через него жидкости или г азов по существу является герметичностью этого материала. Приравнивая правые части (6-16) и (6-18) и решая их относительно G, получим математическое выражение для герметичности чугуна и для других материалов : ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - S ) Из приведенного уравнения (6-19) следует , что герметичность есть такое сопротивление материала проникновению через него жидкости , имеющей вязкость и находящейся под давлением Р , при котором за время t через площадку проникает W миллилитров этой жидкости . Другими словами , движе ние жидкости , находящейся под давлением Р , столбика материала с толщиной стенки , равной толщине отливки и поперечным сечением 1 см 2 ( рис .6-2 ). Если измерять количество просочившейся жидкости в см 3 , давление в кг /см 2 , площадь образца в см 2 , время в минутах и вязкость в Е , тогда размерность герметичности будет выражаться в [24]. Эта единица герметичности в дальнейшем нами будет обозначаться ЕГ. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - B . Схема к расчету единицы герметичност и ЕГ есть такая герметичность материала , при которой через площадку в 1 см 2 просачивается 1 см 3 воды при вязкости 1 Е , находящейся под избыточным давлением , равном 1 кг /см 2 за 1 минуту. В виду того , что единица ЕГ является весьма малой величиной , то в дальнейшем ее значение приводится в кЕГ и МЕГ : 1 кЕГ = 1000 ЕГ = 10 3 ЕГ ; 1 МЕГ = 1000000 ЕГ = 10 6 ЕГ. Герметичность чугуна зависит от его природных свойств , а именно : пористости , сопротивления разрушению расклинивающ его действия жидкости , деформации , а также от толщины стенки отливки. Для оценки качества материала , имея в виду его герметические свойства , целесообразно ввести понятие удельной герметичности . Удельной герметичностью называется герметичность , отнесенная к единице толщины стенки отливки , изготовленной из данной марки чугуна или данного материала . Зависимость герметичности чугуна от толщины стенки точно еще не установлена . Поэтому удельную герметичность можно представить в так ой функциональной зависимости : G 0 = G f( ). ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - T ) Как будет указано ниже ( рис .8.2 и 8.3 ), эта функ циональная зависимость приближается к квадратичной и представляется в виде следующего уравнения : ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - U ) Подставляя в (6-21) значения герметичности G, получим окончательную формулу для выражения удельной герметичности : ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - V ) Величины , вычисленные по (6-22) достаточно хорошо совпадают с нашими опытными данными . Поэтому эту формулу в первом приб лижении можно рекомендовать для определения удельной герметичности стандартных марок чугунов и других материалов. При проектировании литых деталей , работающих под повышенным давлением жидкости , желательно заранее знать , какой герметичностью должна обладать данная деталь , работающая в заданных конкретных условиях , каким образом установить и определить герметичность чугуна для этой детали. Для выполнения поставленной задачи необходимо ввести понятие о предельной допустимой герметичности . Предельно-допустимой герметичностью материала будем называть такое его внутреннее сопротивление , при котором скорость просачивания данной жидкости , находящейся под давлением Р , будет меньше или равна допустимой скорости просачивания. В качестве допустимой скорости просачивания целесообразно принять скорость во много раз меньшую скорости испарения жидкости с поверхности отливки . Можно задаваться допустимой скоростью просачивания и из других соображений , например , прочности отливки и т.д . МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТО В О ПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА РАЗРАБОТКА СПОСОБА И МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЧУГУНА Разработка методики исследования герметичности чугуна велась в направлении выбора типа проб , установлении целесообразной формы и размеров темплета , определения метода испытаний , разра ботке оптимальных режимов испытаний , а также выявления зависимости герметичности от химического состава структуры и физического строения чугуна [24]. Известно , что подавляющее количество всех гидравлических устройств работают при одностороннем давлении до 100-150 и более атмосфер . Это условие явилось основанием для выбора метода испытания герметичности серых чугунов , при котором образец испытывается под воздействием одностороннего давления до 400 атмосфер. При разработке методики испытания образцов на герме тичность , кроме того , были приняты во внимание следующие положения : Испытания герметичности чугунов должны вестись на темплетах , изготовленных как из стандартных образцов диаметром 30 мм и длиной 340 мм , так и непосредственно из готовых отливок. Форма и ра змеры образца должны обеспечивать наиболее верные показатели герметичности чугуна. Оптимальное давление при испытании герметичности чугунов должно составлять 150 - 350 атм ., т.к . при более высоких давлениях имеют место неточности в определении герметичност и в связи с деформацией образца. Испытания герметичности чугунов должно производиться в течение минимального промежутка времени , но это положение не должно ограничивать время специальных целевых испытаний (например , определение количества просочившейся жид кости в зависимости от давления и времени ). В качестве жидкости для испытания принят керосин. Контроль просачивания жидкости - визуальный. Образцы или темплеты для испытания на герметичность вырезались из средней части различных проб . На стандартных пробах предварительно определяли твердость , предел прочности на изгиб и стрелу прогиба . Затем из мест , указанных на рис .7-1 , вырезались темплеты для определения удельного веса чугуна и образцы для испытания их на герметичность. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - A . Места отбора проб из стандартного образца : а - темплет для определени я веса ; б - образцы для испытания на герметичность ; в - место определения твердости Образец для испытаний чугуна на герметичность представляет собой ( рис .7-2 ) диск диаметром 29.5 мм и толщиной 3.5 мм . В нижней части образца прорезается 3 - 4 кольцевые канавки на расстоянии 1 - 1.2 мм друг от друга , служащих для лабиринтного уплотнения . В верхней части образца предусматривается кольцевая фаска Б , предохраняющая контрольную поверхность А от затекания жидкости . С целью лучшего обеспечения контро л я за просачиваемостью керосина поверхность А притирается до матового состояния . Толщина рабочей части образца определяется глубиной канавки диаметром 14 мм . Для сохранения постоянных условий испытания все образцы обрабатывали одним и тем же режущим инстру ментом при одних и тех же режимах резания , а именно : число оборотов при обработке - 540 об /мин ; число оборотов при отрезании - 280 об /мин ; подача - 0.15 мм на 1 оборот. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - B . Образец для испытаний на герметичность Схема установки образца для его испытания на герметичность показана на рис .7-3 . Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - C . Схема для установки образца для испытаний его на герметичность : 1- обра зец ; 2- гайка ; 3- прокладка ; 4- корпус Важным условием при проведении испытаний является предупреждение просачивания жидкости между образцом и алюминиевой прокладкой , Для этой цели при каждом испытании устанавливается новая прокладка и образец зажимается г айкой посредством ключа с моментом 40-50 кгм. Для испытания герметичности чугунов использовался специальный прибор - герметометр. КОНСТРУКЦИЯ ГЕРМЕТОМЕТРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕРМЕТИ ЧНОСТИ ЧУГУНА Герметометр ( рис .7-4 ) предназначен для определения плотности (герметичности ) серого чугуна различных марок , а также любых других материалов при одностороннем давлен ием до 1000 атмосфер. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - D . Внешний вид герметометра На приборе можно подвергать испытанию на герметичность как образцы , вырез анные из стандартных проб , так и образцы , взятые непосредственно из отливок . Толщина образца , в зависимости от рода материала , может колебаться от 3.5 до 5 мм. Конструктивная схема герметометра приведена на рис .7-5 . Герметометр состоит из клапанной системы : всасывающих 3 и нагнетающих 7 клапанов ; плунжерного насоса 4; аккумулятора 9. Все части прибора смонтированы на основании. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - E . Схема герметометра Образец для испытания 11 устанавливается вместе с алюминиевой прокладкой в корпус аккумулятора 9 и плотно зажимается гайкой 10. Жидкость для испытания находится в р езервуаре 1. Давление жидкости измеряется манометром 12. Повышение давления в герметометре осуществляется плунжерным насосом 4, который приводится в действие рукояткой 6, при этом жидкость из резервуара 1 по трубке 2 подается к плунжерному насосу . Сброс д а вления осуществляется винтом 13. При испытании на герметичность возможны разрывы образцов , поэтому наблюдаемая поверхность образца должна быть ограждена прозрачным защитным устройством. Испытание образцов на герметичность должно производиться при выполнени и следующих условий : образец должен быть промыт в бензине ; перед закреплением образца , с целью удаления воздуха , необходимо произвести подкачку жидкости до появления ее под прокладкой ; зажатие гайки производится ключом до отказа ; контрольная поверхность об разца снова промывается бензином и высушивается ; повышение давления должно осуществляться ступенями 10, 20, 30, 50, 75, 100, 125, 150 и затем через каждые 50 атмосфер . Для образцов с высокой герметичностью допускается начинать испытания при более высоких д авлениях , но не менее , чем за две ступени до появления течи . Время выдержки на каждой ступени - 15 мин ; образец снимается после сброса давления , при испытании прибор должен быть огражден защитным приспособлением. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ЧУГУНА ТВЕРДОСТЬ КАК ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙС ТВ МАТЕРИАЛОВ Под твердостью (Т ) понимают сопротивление материала местной пластической деформации , возникающей при внедрении в него более твердого тела - индентора [31]. Твердост ь можно измерять вдавливанием наконечника (индентора ) - способ вдавливания , царапаньем поверхности - способ царапанья , ударом или по отскоку наконечника - шарика . Наибольшее распространение получил метод вдавливания . В результате вдавливания под достаточн о большой нагрузкой поверхностные слои металла , находящиеся под наконечником и вблизи него , пластически деформируются . После снятия нагрузки остается отпечаток . Таким образом , твердость характеризует сопротивление пластической деформации и представляет соб о й механическое свойство металла. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ БРИНЕЛЛЯ Определение твердо сти металла методом Бринелля осуществляется по ГОСТ 9012-59. Метод основан на том , что в плоскую поверхность металла (или другого материала ) вдавливается под постоянной нагрузкой (Р ) твердый стальной шарик ; по величине поверхности отпечатка , оставляемого ш ариком , определяют значение Т . Диаметр отпечатка (в двух взаимно перпендикулярных направлениях ) измеряют с помощью лупы , на окуляре которой нанесена шкала с делениями , соответствующими 0.05 мм . Для определения Т следует принимать среднюю из полученных вел и чин. Число твердости по Бринеллю (НВ ) определяется отношением нагрузки , действующей на шарик к поверхности отпечатка : ( Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - A ) где Р - нагрузка на шарик , Н ; F - поверхность отпечатка , м 2 ; D - диаметр вдавливаемого шари ка , м ; d - диаметр отпечатка , м. Записывается твердость по Бринеллю в единицах НВ , например 300 НВ (3000 МПа ). Получаемое число Т при прочих равных условиях определяется диаметром отпечатка d. Последний тем меньше , чем выше твердость испытуемого металла . О днако получение постоянной и одинаковой зависимостей между величиной нагрузки и диаметром отпечатка , необходимы для точного определения твердости , сравнительно надежно достигается только при соблюдении определенных условий . При вдавливании шарика на разну ю глубину , т.е . разной нагрузкой для одного и того же материала , не соблюдается закон подобия между полученными диаметрами отпечатка. Наибольшие отклонения наблюдаются , если шарик вдавливается с малой нагрузкой и составляет отпечаток небольшого диаметра , ил и вдавливается с очень большой нагрузкой и оставляет отпечаток большого диаметра , приближающегося по величине к диаметру шарика . Поэтому твердость измеряют при постоянном соотношении между величиной нагрузки Р и квадратом диаметра шарика D 2 . Это соотношени е должно быть различным для металлов разной твердости . Методом Бринелля измеряют твердость металлов до 450 НВ . Государственным стандартом установлены нормы для испытаний по Бринеллю ( таблица 7-1 ). Измерения твердости по методу Бринелля производится на прес сах - гидравлических или механических. ПОРЯДОК РАБОТЫ НА ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОМ ПРИБОРЕ 2109 ТБ Подготов ку прибора к работе по определению твердости металлов проводится в такой последовательности : в зависимости от условий испытаний устанавливается соответствующий наконечник в шпиндель , предварительно сняв упор ; Таблица Ошибка ! Тек ст указанного стиля в документе отсутствует. - A Условия испытания металлов на Т по Бринеллю Металлы Твердость , НВ Толщина образца , мм Соотношение между Р и D 2 Диаметр шарика D, мм Нагрузка Р , кг Выдержка по д нагрузкой ,с Черные 140-450 6-3 Р = 30D 2 10 30 10 4-2 5 75 10 > 2 2,5 187,5 10 Черные 140 > 6 Р = 10D 2 10 30 10 6-3 5 25 10 > 3 2,5 62,5 10 по таблице 7-1 выбирается нагрузка и соответствующий диаметр ша рика , устанавливается на подвеску набор грузов , учитывая , что рычажная система с подвесками создает нагрузку 1.839 кН ; на предметный стол устанавливается контролируемое по твердости изделие так , чтобы оно лежало устойчиво и не имело возможности сместиться или прогнуться во время испытаний ; переключатель режима работ устанавливается в положение РУЧН . или АВТ . Переключатель режима работы устанавливается в положение РАБОТА ; реле времени устанавливается на заданное время ; стол с изделием перемещается в верхнее положение маховиком до соприкосновения с индентором и далее до запирания его механизмом останова (щелчка электромагнита ); если переключатель режима работ стоит в положении РУЧН ., нажимается кнопка ПУСК , а если в положении АВТ ., нагрузка прикладывается авто матически . Происходит внедрение индентора в испытуемое изделие ; измеряется диаметр отпечатка с помощью микроскопа МПБ -2 и по стандартным таблицам определяется значение твердости. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ МАКРОАНАЛИЗ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ Макроскопический анализ заключается в определении строения металла невооруженным глазом или при небольшом увеличении (до 30 раз ) [32]. Это наиболее простой метод . Он позволяет сделать предварительную оценку качества металла , а именно , определить плотность металла по наличию пор , раковин и других дефектов , прочность по величине зерна , химическую неоднородность по ликвации отдельных элементов и т.д. Макроанализ особенно важен для литейщиков , поскольку по виду излома в местах отделения от отливок питателей и других элементов литниковой системы можно сделать первые выводы о качестве металла. Методом макроанализа определяют : вид излома - вязкий , хрупкий , нафталинистый , камневидный (в стали ) и т.д .; плотность металла - наличие усадочной пористости , рыхлости , газовых раковин , свищей , межкристаллитных трещин ; дендритное строение , зону транскристаллизации в отливках ; химическую неоднородность (ликвацию ) металла ; волокнистую структуру деформированного металла ; стр уктурную и химическую неоднородность металла после термической или химико-термической обработки , наличие отбела в чугунных отливках ; величину зерна. МАКРОАНАЛИЗ ИЗЛОМА МЕТАЛЛА Излом , в зависимости от характера разрушения (хрупкого или вязкого ) металла , может быть разным по форме , виду и способности и отражению света . Анализ излома позволяет установить м ногие особенности строения металлов , а в ряде случаев и причины хрупкого или вязкого разрушения. По внешнему виду излома различают : кристаллический (светлый ) излом , поверхность разрушения которого характеризуется наличием блестящих плоских участков . Такой излом свойственен хрупкому разрушению ; волокнистый (матовый ) излом , поверхность разрушения которого содержит весьма мелкие уступы - волокна , образующиеся при пластической деформации зерен в процессе разрушения . Этот излом свидетельствует о вязком разрушени и . Излом может иметь и смешанный характер. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ МИКРОСТРУКТУРА ЧУГУНА Сплав железа с углеродом при содержании последнего больше 2.14 % называется чугуном . Нали чие эвтектики в структуре чугуна обуславливает его малую способность к пластической деформации . Поэтому чугун используют исключительно в качестве литейного сплава . Чугун , используемый для изготовления отливок , содержит также Si и в качестве неизбежных при м есей Mn, Р и S. Чугун дешевле стали [32]. В зависимости от состояния углерода в чугуне различают : белый чугун , в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита . В виду высокой твердости и хрупкости , практического значения для получен ия отливок не имеет ; серый чугун (СЧ ), в котором углерод в значительной или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита . Разновидностью СЧ является чугун с вермикулярной формой графита. Химический состав , и , в частности , содержа ние углерода не в полной мере характеризуют свойства чугуна : его структура и основные свойства зависят также от процесса выплавки , скорости охлаждения отливки и режима термической обработки . Свойства чугуна определяются его структурой . Эта зависимость у ч у гуна значительно сложнее , чем у стали , так как его структура состоит из металлической основы и включений графита , вкрапленных в эту основу . Для характеристики структуры СЧ необходимо определять размеры , форму , распределение графита , а также структуру мета л лической основы. ГОСТ 3443-77 классифицирует структуру чугуна как по форме графита , так и по матрице [32]. При оценке графита определяют форму , распределение , количество и размеры включений ; при оценке матрицы - тип структуры , количество перлита и феррита, дисперсность перлита ; строение , распределение , размер ячеек сетки и отдельных включений фосфидной эвтектики , количество и размер включений цементита или ледебурита. Графитные включения лучше изучать на нетравленых шлифах (при увеличении 100...200), а стру ктуру металлической основы - на травленых (при увеличении 350...500). Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами , указывающими предел прочности при растяжении (ГОСТ 1412-79). Излом СЧ имеет серый цвет из-за присутствия в его структуре графита . Включения графита в СЧ имеют форму лепестков , которые в плоскости шлифа имеют вид прямолинейных или завихренных пластинок. Чем меньше графитовых включений , тем они мельче и больше степень их изолированности друг от друга и тем выше прочность чугуна . СЧ с большим кол ичеством прямолинейных крупных графитовых включений , разделяющих его металлическую основу , имеет грубозернистый излом и низкие механические свойства . Величина , форма и характер распределения графитовых включений зависят от скорости охлаждения отливки и оп р еделяются по типовой шкале (ГОСТ 3443-77). Количество графита в чугуне можно определить методом количественной металлографии . Для этого , используя линейный метод , определяют объемную долю , занятую графитом и металлической матрицей . Затем с учетом плотности графита и матрицы определяют количество графита : СЧ разделяют по строению металлической основы. Ферритный чугун . В этом случае металлической основой является феррит (Ф ), и весь углерод , имеющийся в сплаве , находится в виде графита . Чугун имеет низкую проч ность (100...150 МПа ) и используется для малоответственных деталей , испытывающих небольшие нагрузки в работе , с толщиной стенки отливки 10...30 мм. Ферритно-перлитный чугун . Структура этого чугуна состоит из Ф +П и включений графита . Феррит располагается во круг графитных включений . Количество связанного углерода в нем меньше , чем в перлитном чугуне . Следовательно , твердость и прочность также ниже. Перлитный чугун . Структура его состоит из перлита с включениями графита . Так как перлит содержит 0.8 % С , то так ое количество углерода в перлитном чугуне находится в связанном состоянии , а остальное количество - в свободном состоянии (т.е . в виде графита ). Перлитную структуру имеют чугуны марок СЧ 25-СЧ 45. Они применяются для изготовления отливок , испытывающих динам и ческие нагрузки , например , станины станков , шестерни , блоки цилиндров , поршневые кольца и др. МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ Микроскопический анализ заключается в исследовании структуры металлов при больших увеличениях с помощью микроскопа. Наиболее простым и распространенным методом микроанализа является оптическая (световая ) микроскопия . Этим методом изучают ра змеры , форму , взаимное расположение кристаллов (зерен ), достаточно крупные включения в них , некоторые дефекты кристаллического строения (двойники , дислокации ). Исследование микроструктуры получаемых серых чугунов производим на металлографическом микроскопе МИМ -7. ПРИГОТОВЛЕНИЕ МИКРОШЛИФОВ Изучение микроструктуры металлов производится в отраженном свете , поэтому поверхность образца должна быть специально подготовлена . Такой образец называется микрошлифом . Для изготовления шлифа вырезают образец из исследуемого металла и получают на нем плоскую и блестящую поверхность. Очень важно (особенно для литых матери алов ) правильно выбрать место , из которого надо вырезать образец . Если отливка имеет различную толщину стенки , то вырезать образцы нужно из тонко - и толстостенной ее частей . Метод вырезания значения не имеет . Важно только , чтобы в процессе вырезания не из м енять структуру металла. Вырезанные образцы собирают в струбцине по несколько штук в зависимости от их размера , при этом между образцами помещают прокладки из латуни , что предотвращает перенос одного материала на другой . Иногда образцы заливают в обечайке пластмассой или легкоплавким сплавом . Это обеспечивает получение плоской поверхности шлифа при его обработке. Шлифование поверхности образца проводят на бумажной шкурке , последовательно переходя от одной шкурки к другой с непрерывно уменьшающимися размерам и абразивных частиц . Переход к обработке на следующей шкурке производят только после исчезновения рисок от предыдущей шкурки. Полированием получают окончательную зеркальную поверхность шлифа . Чаще всего используют механическое полирование , когда на сукно н аносят мелкие частицы абразивных материалов - оксиды алюминия , железа или хрома в виде водной суспензии . После полирования микрошлиф промывают водой , затем спиртом и просушивают фильтровальной бумагой. ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ Вначале обычно изучают структуру нетравленного микрошлифа , т.е . непосредственно после полирования . Под микроскопом такой шлиф име ет вид светлого круга , на котором часто можно заметить темные участки (серые или черные ). Это неметаллические включения - оксиды , сульфиды , нитриды , силикаты , графит . Вследствие хрупкости неметаллические включения могут выкрашиваться при шлифовании , и тог д а на поверхности шлифа остаются углубления , которые могут быть заполнены абразивными частицами . В любом случае эти углубления имеют темный цвет. В серых чугунах на нетравленых шлифах наблюдают включения (серые или темные ) графита . Оценку количества графито вых включений и характера их распределения производят также по типовой шкале , установленной ГОСТ 3443-77. При изучении нетравленного микрошлифа литого материала часто обнаруживается микропористость . После просмотра нетравленого шлифа для более полного изу чения структуры сплава шлиф травят . Травление осуществляют несколькими способами , но чаще всего методом избирательного растворения фаз . Этот метод основан на различии физико-химических свойств отдельных фаз и пограничных участков зерен . В результате разли ч ной интенсивности растворения создается рельеф поверхности шлифа. Если освещать шлиф падающим светом , то из-за присутствия косых лучей образуются теневые картины , по которым можно судить о структуре сплава . Этот метод позволяет установить структуру многофа зных сплавов , а также границы зерен в однофазных сплавах . Для травления микрошлиф полированной стороной погружают в раствор на некоторое время (до появления матовой поверхности ), затем промывают водой и спиртом и высушивают . Составы растворов для травлени я микрошлифов весьма разнообразны и зависят от материала и цели исследования . Чаще всего для исследования микроструктуры железоуглеродистых сплавов используют 2...4 %-ный раствор азотной кислоты в этиловом спирте. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ Методы количественной металлографии необходимы для определения характеристики многих важных особенностей структу ры : величины неметаллических включений или отдельных фаз , присутствующих в сплаве , количества включений разных фаз сплава , величины зерна . Величина зерна выявляется чаще всего после травления микрошлифов . Для определения размера зерна сравнивают микростру к туру при увеличении в 100 раз со стандартными шкалами [32]. Основной недостаток методики стандартных шкал - оценка условными баллами и обусловленный этим ступенчатый , скачкообразный характер шкал . Для получения более точных и надежных результатов те же па раметры могут быть оценены не визуально , а непосредственно измерены или подсчитаны под микроскопом или на микрофотографии. С этой целью используют методы стереометрической металлографии . В частности , для определения фазового и структурного объемного состав а сплава используется линейный метод Розиваля . Этот метод основывается на принципе Кавельери-Ноера , согласно которому измерение объемов тел можно заменить не только измерением площадей , но и длин отрезков . Сущность линейного метода заключается в том , что в идимая в микроскоп структура , состоящая из любого количества фаз или структурных составляющих , пересекается прямой линией . Контуры сечений отдельных фаз или структурных составляющих рассекут эти линии на отдельные отрезки. Если раздельно просуммировать дли ны отрезков , попавших на каждую из фаз или структурных составляющих сплава , и разделить суммы на общую длину секущих линий , то полученные частные , согласно принципу Кавальери-Акера , будут равны долям объема сплава , которые занимает каждая из этих фаз или с труктурных составляющих. ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИ Й ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ Для испытания образцов на герме тичность необходимо стремиться к сокращению времени , затрачиваемого на проведение опытов . Для этого испытания целесообразно проводить при условиях , которые позволяют обеспечить быстрое просачивание (10-15 минут ) жидкости через образец. Очевидно , чем меньш е будет толщина стенки образца , тем быстрее через него будет проникать жидкость . Следовательно , образец должен иметь минимальную толщину . Но , с другой стороны , чем больше будет толщина стенки образца , тем вернее будут показания герметичности . Таким образо м , необходимо провести ряд опытов с целью определения оптимальной толщины стенки образца и установить зависимость ее от давления , при котором должно происходить просачивание жидкости в сравнительно небольшой промежуток времени . Для этой цели отлиты три ста н дартные пробы с размерами : диаметр - 30 мм , длина - 340 мм ( рис .8-1 ) из чугунного лома следующего химического состава : С - 3.47 ; Si - 1.18 ; Mn - 0.54 ; S - 0.083 ; Р - 0.185 . Механические свойства : НВ = 220, изг = 33.5 кг /мм 2 , f пр = 3.8 мм. Из каждой пробы были выточены образцы с толщиной рабочей части соответственно 0.5 ; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0 мм . Эти образцы подвергались испытанию на герметичность по описанной методике. С целью исключения случайных ошибок испытания образцов на герметичность проводились дважды . При всех испытаниях проводился замер и фиксировалось в ремя , при которых происходило просачивание керосина ( = 1,18 Е ) по всей контрольной поверхности образца . Опытами было установлено , что самое минимальное количество просочившейся жидкости , котора я наблюдается на поверхности образца , составляет W 0.002 мл . Это количество жидкости в дальнейшем использовалось для расчета герметичности чугуна. Результаты испытаний герметичности чугунных образцов сведены в таблицу 8-1 . В ремя просачивания керосина на контрольной поверхности образца определялось с момента воздействия на него критического давления. Таблица Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - A № толщина стенки, ,см критическое давление,Р,кг /см 2 кол-во просочившейся жидкости ,W,см 3 площадь рабочей поверхности , см 2 время просачивания , мин. герметичность , кЕГ удельная герметичность,кЕГ /см 2 1 0.05 15 0.02 1.5 2 18 7200 2 0.05 20 0.02 1.5 2 24 9600 3 0.08 25 0.02 1.5 3 48 7500 4 0.1 50 0.02 1.5 2 66 6600 5 0.15 70 0.02 1.5 5 160 7100 6 0.15 50 0.02 1.5 7 220 9600 7 0.20 100 0.02 1.5 8 520 12600 8 0.20 150 0.02 1.5 5 470 10200 9 0.25 400 Просачи вание не наблюдалось 10 0.25 400 Просачивание не наблюдалось 11 0.30 400 Просачивание не наблюдалось 12 0.30 400 Просачивание не наблюдалось Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - F На рис .8-2 представлена кривая герметичности чугунных образцов в зависимости от их тол щины , построенная по данным таблицы 8-1 . В таблице 8-2 приведены результаты повторных испытаний чугунных образцов на герметичность в зависимости от их толщины. Таблица Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - B № толщина стенки, ,см критическое давление , Р,кг /см 2 кол-во просочившейся жидкости ,W,см 3 площадь рабочей поверхности , см 2 время просачивания , мин. герметичность , кЕГ удельная герме тичность,кЕГ /см 2 1 0.06 20 0.02 1.5 2 25 7000 2 0.06 15 0.02 1.5 2 19 5200 3 0.1 18 0.02 1.5 1 12 1200 4 0.12 30 0.02 1.5 2 38 2700 5 0.12 50 0.02 1.5 2 64 4700 6 0.12 50 0.02 1.5 2 64 4700 7 0.16 250 0.02 1.5 1 156 6100 8 0.2 150 0.02 1.5 4 390 9900 9 0.25 400 Просачивание не наблюдалось 10 0.3 400 Просачивание не наблюдалось 11 0.3 400 Просачивание не наблюдалось 12 0.3 400 Просачивание не наблюдалось Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - G На рис .8-3 представлена кривая герметичности чугуна в зависимости от толщины стенки об разца , построенная по данным таблицы 8-2. Анализ экспериментальных данных , приведенных в таблицах 8-1 и 8-2, показывает , что герметичность чугунных образцов очень быстро возрастает с увеличением их величины. Кривые на рисунках 8-2 и 8-3 построены по данны м таблиц 8-1 и 8-2, имеют вид квадратичной параболы . Это дает основание полагать , что герметичность чугуна G является функцией от толщины стенки испытуемых образцов в квадрате , т.е . G = f( 2 ). ( Ошибка ! Текст ук азанного стиля в документе отсутствует. - A ) Достоверность этого предположения также подтверждается удельной герметичностью , которая была определена для исследуемых чугунов. Расчетные данные удельной герметичности являются в еличиной почти одного порядка . Это обстоятельство показывает , что удельная герметичность для одной и той же марки чугуна должна , повидимому , являться величиной постоянной , независящей от толщины стенки отливки. В результате эксперимента установлено что , оп тимальные размеры рабочей части образца при испытании его на герметичность следует считать : толщина стенки = 2 мм ; диаметр рабочей части d = 1.4 см ; площадь рабочей части w = 1.5 см 2 . ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ЧУГУНА Экспериментальные исследования с целью изучения химического со става и структуры чугуна на его герметические свойства состояли из опытных плавок , проведенных на лабораторной индукционной печи с емкостью тигля 50 кг . Опытные плавки отличались собой по химическому составу чугуна . Из каждой опытной плавки отливались обр а зцы и технологические пробы для определения структуры , механических и герметических свойств чугуна . Состав шихты для опытных плавок приведен в таблице 8-3: Таблица Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - C № Лом чугунный , % Ферросилиций 75%, % Присадка сурьмы , % 1 100 0.5 0.0 2 100 0.5 0.05 3 100 0.5 0.1 4 100 0.5 0.2 5 100 0.5 0.4 6 100 0.5 0.6 7 100 0.5 0.8 8 100 0.5 1.0 Получение сурьмянистого чугуна осущес твляется путем введения небольшого количества металлической сурьмы на дно ковша с жидким металлом . Сурьма применяется как присадка при производстве антифрикционных чугунов [25] и способствует образованию в чугунах более плотной перлитной структуры , что до л жно способствовать повышению герметичности отливок . Введение сурьмы в жидкий чугун протекает совершенно спокойно , без выброса металла , выделения газов , а так же не сопровождается световым и пиротехническим эффектом. Температура плавления сурьмы 630 С , температура кипения 1635 С [6]. Т.к . температура кипения превышает температуру выпуска чугуна из индукционной печи , то испарение ее при введении в жидкий чугун не имеет места . Сурьма очень хрупкий металл и легко истирается в порошок . При обычной температуре сурьма на воздухе не окисляется , а при нагревании ее выше точки кипения сгорает с выделением белого дыма , состоящего из окислов сурьмы . Сурьма является очень хорошим антикоррозионным материалом. Сурьма образует сплавы с большинством металлов , в том числе и с железом , образуя хрупкие соединения легко истирающиеся в порошок . Диаграмма состояния системы Fe - Sb приведена на рис .8-4 [25]. Из приведенной диаграммы состояния системы видно , что сурьма и железо в жидком состоянии полностью растворяются друг в друге образуя 2 химических соединения FeSb 2 и Fe 3 Sb 2 . Температура плавления первого химического соединения равна 732 С , а второго 1014. Железо в твердой сурьме не раств оряется , а сурьма в твердом железе имеет ограниченную растворимость , до 5 % по весу . Сурьма сильно увеличивает интервал затвердевания твердого раствора . Один процент сурьмы понижает температуру начала затвердевания железа на 10.5 С , а конец затвердевания на 105 С [25]. Рис. Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - H . Структурная диаграмма состояния системы Fe-Sb Известно , что при введении сурьмы в чугун температура выделения первичного аустенита и затвердевания эвтектики понижается. Присадка сурьмы способствует стабилизации перлита и повышению твердости , сдвигает критическую точку S на диаграмме Fe - Sb влево [25]. Таблица Ошибка ! Текст указанного стиля в документе отсутствует. - D № Химический состав , % Sb C Si Mn S P 1 0.0 3.47 1.18 0.61 0.083 0.185 2 0.05 3.47 1.18 0.61 0.083 0.185 3 0.1 3.47 1.18 0.61 0.083 0.185 4 0.2 3.47 1.18 0.61 0.083 0.185 5 0.4 3.47 1.18 0.61 0.083 0.185 6 0.6 3.47 1.18 0.61 0.083 0.185 7 0.8 3.47 1.18 0.61 0.083 0.185 8 1.0 3.47 1.18 0.61 0.083 0.185 Простота получения сурьмянистого чугуна дает возможность производить его в любом литейном цехе без установки какого-либо дополнительного оборудования и без усложнения технологии литых деталей. Для исследования структуры и свойств сурьмяни стого чугуна , установления его оптимального химического состава , в литейной лаборатории были проведены опытные плавки , во время которых отливались образцы для механических испытаний , технологические пробы и опытные детали для производственных испытаний. Хи мический состав исследуемых чугунов опытных плавок приведен в таблице 8-4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУРЬМЯНИСТОГО ЧУГУНА Испытания механических свойств сурьмянистого чугуна производилось по стандартным методикам (ГОСТ 24812-81). В таблице 8.5 приведены механические свойства чугуна с присадкой сурьмы от 0.0 до 1.0 %. Образцы для испытаний имеют химический с остав представленный в таблице 8.4 . Таблица 8.5 № Sb, % Механические свойства изг , 10 -7 Н /м 2 р , 10 -7 Н /м 2 сж , 10 -7 Н /м 2 f пр , 10 -3 м HB 1 0.0 33.5 13.5 66.2 3.8 220 2 0.05 30.9 13.3 66.5 3.7 226 3 0.1 28.3 13.1 66.3 3.6 239 4 0.2 27.9 12.9 66.9 3.5 244 5 0.4 23.8 12.7 67.3 3.2 267 6 0.6 18.4 9.1 66.9 2.5 282 7 0.8 18.0 9.2 67.5 2.6 299 8 1.0 17.0 7.3 68.3 2.4 316 По данным таблицы 8.5 были построены кривые изменения механических свойств серого чугуна в зависимости от содержания сурьмы ( рис .8-22 - 8-26 ). Из приведенных кривых видно , что с повышением присадки сурьмы прочность при изгибе , прочность при растяжении и стрела прогиба понижаются , а прочность при сжатии практически не изменяется. Твердость равномерно повышается и достигает 316 HB для чугунов с содержанием сурьмы 1.0 %. Присадка сурьмы резко измельчает струк туру чугуна и переводит свободный графит из пластинчатого состояния в гнездообразную и точечную форму . Отсюда , казалось бы , что механические свойства сурьмянистого чугуна в соответствии с существующими теоретическими положениями должны были бы повышаться. Рис .8-22 Рис .8-23 Рис .8-24 Рис .8-25 Рис .8-26 Однако , сурьмянистых чугунах это не наблюдается . Несмотря на мелкозернистое строение и равномерное распределение свободного графита в виде гнезд или точек , механические показатели имеют ярко выраженную тенденцию с увеличением присадки сурьмы к снижению . Исключением являются прочность на сжатие и твердость . Понижение механических свойств сурьмянистых чугунов объясняется , повид и мому тем , что феррит в этих чугунах получается твердым и хрупким в сравнении с ферритом в обычных серых чугунах . ВЫВОД Ы Результатом данной работы явилась разработанная технология получения тонкостенных ребристых радиаторов в песчано-глинистые сырые формы , которая имеет ряд особенностей : выбор разъема модели и формы по диагона ли ; применение при формовке пенополистироловых вкладышей , выжигаемых при заливке ; вентилирование полости формы через систему выпоров и газоотводные наколы для каждого ребра ; применение протяжного шаблона при извлечении модели из формы ; совмещение функций в ыпора и прибыли. Эти технологические особенности обеспечивают улучшение газового режима формы , предотвращают засоры , а также полную проливаемость отливки . Применение разработанной технологии практически полностью исключило брак отливок по недоливам , газовы м , усадочным и песчаным раковинам. Разработанная математическая модель скорости затвердевания отливки позволяет уже на стадии проектирования по химическому составу , механическим свойствам , конфигурации , судить о возможной структуре будущей отливки . Что поз воляет конструктору-технологу своевременно вносить изменения и коррективы в разрабатываемую технологию. Так в результате просчета математической модели получено , что структурой отливки теплообменник является феррит +графит с незначительными включениями перл ита . Это в последствии и подтвердилось на практике. Для создания более плотной перлитной структуры необходимо изменить скорость кристаллизации или химический состав металла . Изменение химического состава металла по технологическим причинам в данном случае более приемлемо . При изменении химического состава для создания более плотной структуры применялась сурьма , т.к . присадка данного компонента в металл (на дно ковша ) не представляет собой никаких трудностей и возможна в любом литейном цехе. В результате про веденных экспериментов выявлено , что незначительная присадка сурьмы изменяет его структуру . Преобладающей структурой становится перлит +графит , причем графитовые включения измельчаются , более равномерно распределяются по сечению отливки и стремятся к шаров и дной форме . Все это повышает герметичность получаемого чугуна , а следовательно и отливки. По результатам экспериментов выявлена оптимальная в процентном соотношении присадка сурьмы обеспечивающая герметичность данной отливки и не ухудшающая ее механических свойств. При получении отливок работающих при повышенном давлении для обеспечения их герметичности необходимо произвести присадку сурьмы на дно ковша 0.1 %-0.4 % от массы жидкого металла. По разработанной технологии отлита опытная партия радиаторов ( рис .10-1 ) с присадкой сурьмы 0.16 %. Полученные радиаторы успешно выдержали заводские испытания давлением 11 кгс /см 2 , в отличии от отливок полученных без присадок сурьмы , которые давали “течь” при 4-5 кгс /см 2 . Исходя из результатов экспериментов и производств енных испытаний можно сделать вывод , что при литье тонкостенных чугунных отливок , работающих при повышенных давлениях , можно использовать серый чугун с присадкой сурьмы взамен высокопрочных чугунов , что значительно облегчает процесс производства.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Это у них там, на Востоке, 2013 год – год огненной змеи, а у нас он как был годом зеленого змия, так им и остался, как, впрочем, и все остальные годы.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru