Лабораторная работа №1 Приготовление единичное формы и технология заливка чугунных сплавов

Общие сведения
Основной частью формовочных песков являются зерна кварца. Кроме них, в состав многих песков входят глинистые минералы в количестве, не превышающем 50%. В зависимости от содержа­ния кремнезема и глинистой составляющей формовочные пески подразделяются на классы (табл. 1).
Зерновой состав песка определяют с помощью ситового ана­лиза — рассева песка через набор стандартных сит. Основной фракцией песка считается наибольшая сумма остатков просеян­ного песка на трех смежных ситах, выраженная в весовых частях. Для рассеивания песка установлен следующий набор сит:

№ сита			2,5	1,6	1	063	04
Размер	стороны ячей-
к и	по	ГОСТу
3584-	-53	в мм . .	2,50	1,60	1,00	0,630	0,400
№ сита			02	016	01	0063	005
Размер	стороны ячей-
к и	по	ГОСТу
3584-	-53	в мм . .	0,250	0,160	0,100	0,063	0,050

По величине зерен основной фракции формовочные пески раз­деляют на группы (табл. 2).
В зависимости от величины остатка основной фракции на двух крайних ситах формовочные пески делят на две категории: А и Б. К категории А относят пески с большим остатком на крайнем верх­нем сите (из трех смежных), а к категории Б — пески с большим остатком на крайнем нижнем сите.
Например, марка песка 1К0315А означает, что это крупный кварцевый песок класса 1 К, группы 0315, а буква А говорит о том, что остаток на смежном сите 04 больше, чем на сите 02. Если бы вместо буквы А в указанной марке песка стояла буква Б, то это означало бы, что остаток песка на сите 02 больше, чем на сите 04.



ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6-7
Определение жидкотекучести сплавов.

Общие сведения

Различают истинную, условно-истинную и практическую жид-котекучесть сплавов. Истинная жидкотекучесть сплавов определяется при одина­ковом перегреве их выше температуры нулевой жидкотекучести, при которой сплав теряет подвижность. Нулеваяжидкотекучесть наступает при температуре, лежащей между ликвидусом и соли





Рис. 56. Жидкотекучестьугле родистой сталн; а — истинная; б — практическая
дусом сплава, при определенном количестве твердой фазы. В прак­тических условиях 'трудно определить температуру нулевой жидкотекучести, поэтому определяют не истинную, а условно- истинную жидкотекучесть сплавов при одинаковом перегреве их выше температуры ликвидуса.
Под практической понимают жидкотекучесть сплавов при постоянной температуре заливки. В этом случае перегрев выше температур ликвидуса и нулевой жидкотекучести для различных сплавов неодинаков (рис. 56).
Влияние физических свойств сплавов на жидкотекучесть сво­дится в основном к следующему. Характер кристаллизации спла­вов определяет разветвленность дендритов. Чистые металлы, эвтектические сплавы и химические соединения, кристаллизу­ющиеся при постоянных температурах с минимальным развитием двухфазной области, образуют малоразветвленные дендриты; они обладают большей истинной жидкотекучестью, чем сплавы той же системы, кристаллизующиеся в интервале температур, для которых характерны большое развитие двухфазной области и сильная разветвленность дендритов твердой фазы.
V С увеличением интервала кристаллизации истинная жидко­текучесть сплавов уменьшается (рис. 56, а). В то же время можно ожидать некоторого увеличения практической и условно-истинной жидкотекучести, так как у сплавов вплоть до температуры нулевой жидкотекучести сохраняется подвижность (рис. 56, б).
На жидкотекучесть сильно влияет скрытая теплота кристалли­зации. Чем больше тепла выделяется при кристаллизации, тем медленнее происходит затвердевание, тем больше жидкотекучесть сплава. При оценке жидкотекучести сплавов необходимо учиты­вать величину интервала затвердевания и скрытую теплоту их кристаллизации.
Ряд очень вязких материалов хорошо заполняет тонкие ажур­ные сечения, растекаясь только под действием собственного веса. Различные литейные сплавы даже при умеренном перегреве, легко достижимом в производственных условиях, имеют вязкость, мало отличающуюся от вязкости воды. Однако в процессе заполнения формы благодаря большой теплопроводности сплав быстро осты­вает; при этом вязкость его возрастает, а подвижность падает. Время пребывания сплава в подвижном состоянии ограничивается. Сплавы с большой вязкостью целесообразно более быстро зали­вать в форму.
Теплоемкость и теплопроводность существенно влияют на отвод тепла от движущегося сплава к форме. Скорость охлажде­ния, в свою очередь, определяет длительность пребывания сплава в подвижном состоянии. Чем больше теплоемкость и меньше теплопроводность сплава, тем медленнее охлаждение и больше его жидкотекучесть.
Поверхностное натяжение и смачиваемость стенок формы ли­тейными сплавами влияют только на заполнение узких каналов.
Подавляющее большинство сплавов не смачивает стенок формы, и для преодоления капиллярного противодавления необходим дополнительный металлостатический напор. В том случае, когда металл смачивает форму, увеличивается поверхность контакта. Это может вызвать ускорение охлаждения и уменьшение жидко­текучести.
Окнсные пленки на поверхности металла более существенно влияют на жидкотекучесть, чем поверхностное натяжение. По приближенным расчетам усилия для преодоления сопротивления пленок окислов алюминия почти в 4 раза превышают усилия, необходимые для преодоления поверхностного натяжения.
Жидкотекучесть сплавов определяют по технологическим про­бам. Мерой жидкотекучести во всех пробах является степень заполнения полости формы сплавом. Все пробы можно поделить

Рис. 57. Пробы постоянного сечения для определения жидкотекучести


на три группы проб: 1) постоянного сечения (спиральная, прутко­вая, лабиринтная, U-образная, винтовая); 2) переменного сечения (клиновая, шариковая); 3) комбинированные.
Для определения жидкотекучести с помощью проб постоянного сечения (круглого или трапецеидального) длину и площадь сечения полости формы устанавливают такими, чтобы металл к моменту остановки не заполнил всю полость до конца. Мерой жидкотеку­чести в этих пробах является длина полученного прутка в выбран­ных условиях заливки и охлаждения.
Наиболее широко распространены спиральные пробы с цен­тральным (рис. 57, а) и боковым подводом металла.
Форму пробы изготовляют в парных опоках (или собирают из стержней) и устанавливают под заливку строго горизонтально, по уровню. Через литниковую систему металл поступает в метал-лопрнемник и полость формы. Конструкция литниковой системы 120 и металлоприемника обеспечивает поступление металла в по­лость формы спирали с определенной постоянной скоростью. Иногда для достижения еще большего постоянства скорости стояк перекрывают пробкой и металл заливают в чашу до определенного уровня. Здесь же в чаше замеряют термопарой температуру сплава и после этого поднимают пробку. На модели спирали и соответ­ственно в форме имеются отметки, расположенные через 50 мм. Это облегчает измерение длины спирали. Именно эта длина от­ливки, выраженная в миллиметрах, и является характеристикой жидкотекучести сплава в данных условиях.
Прутковая проба (длиной 700 мм и диаметром 8—10 мм) менее удобна, так как форма имеет большие размеры и требует тща­тельной установки в горизонтальное положение под заливку.
Для лабиринтной пробы изготовляют форму с каналом, ме­няющим направление на 90° через каждые 30 мм. Это в значитель­ной мере устраняет влияние начального момента заполнения. Проба очень чувствительна к температуре металла; она дает за­метную разницу в длине при перегревах, отличающихся всего на 25° С.
Вертикальное расположение канала постоянного сечения имеет U-образная проба Ю. А. Нехендзи, А. М. Самарина, С. К- Канте- ника (рис. 57, б), которую заливают в металлическую разъемную форму. Количественной характеристикой жидкотекучести в этом случае является длина заполнившейся части вертикального канала диаметром 6 мм. Длину прутка измеряют от места перехода широкого стояка в узкий канал. Конструкция усовершенствован­ного варианта этой пробы (рис. 57, в) позволяет одновременно оценивать усадку сплава и склонность к образованию трещин.
U-образную пробу применяют непосредственно на рабочих площадках сталеплавильных печей. Показатель жидкотекучести в известной мере характеризует и качество стали (газонасыщен­ность, загрязненность неметаллическими включениями, перегрев).
Винтовая проба В. Г. Грузина позволяет определить жидко­текучесть сплава непосредственно в печи или ковше. Заполнение винтового канала происходит при погружении графитовой формы в металл; вмонтированная термопара одновременно фиксирует температуру сплава.
В клиновых пробах металл заполняет полость формы перемен­ного сечения.
Заливка клиновой пробы (рис. 58, а) производится в металли­ческую форму. Для того чтобы исключить ударное действие струи металла, вершину угла клина во время заливки располагают вертикально. Мерой жидкотекучести служит величина зазора между затвердевшим металлом и вершиной угла клина: чем меньше это расстояние, тем жидкотекучесть больше.
Шариковую пробу, разработанную А. Г. Спасским, можно получать как в песчаной, так и в металлической форме. Металли­ческая форма (рис. 58, б) с вертикальным разъемом состоит из двух половинок и клиновой вставки, соприкасающейся с шари­ком диаметром 20 мм, вмонтированным в одну из половинок. Металл подводится в нижнюю часть полости формы. Форму перед заливкой нагревают. В зависимости от жидкотекучести металл заполняет полость на определенное расстояние. Мерой жидко­текучести металла в данной пробе является площадь или средний
А А

Рис. 58. Пробы переменного сечения для определения жидкотекучести


диаметр отверстия, образованного сплавом около точки соприкос­новения шарика с полостью клина. Чем меньше площадь этого отверстия или его средний диаметр, тем более тонкостенную от­ливку может заполнить сплав в аналогичных условиях.
Следует отметить, что на показания проб переменного сечения, кроме подвижности сплава, решающее влияние оказывает поверх­ностное натяжение и определяемая им величина смачиваемости сплавом стенок формы. В случае смачивания формы литейным сплавом (при прочих равных условиях) отверстие имеет минималь­ные размеры, и наоборот, несмачивающие сплавы образуют от­верстие больших размеров. Это относится и к клиновой пробе.