Литейные металлические сплавы

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Калужский филиал

Пояснительная записка по курсу:

«Технология конструкционных материалов»

Калуга 2006 г.

Программа

program LITS;

const E : real = 0.0001;

f : array [1..10] of real = (0.15,0.19,0.21,0.17,0.15,0.14,0.13,0.12,0.11,0.10);

var

A,B,C,W,V : integer;

S1,S2,S3,AL,AM,AR,BL,BM,BR,CR,KR,Y : real;

begin

write('Input A: ');

readln(A);

write('Input B: ');

readln(B);

write('Input C: ');

readln(C);S1 = 10.01333\

S1:=5+4*(2*A+B+C)/3000;

Y:=f[round(C/100)];

write('Input W: ');

readln(W);

write('Input V: ');

readln(V);

write('Input S2: ');

readln(S2);

writeln;

if (S2 < 0.7*S1-E) and (S2 > 0.7*S1+E) then writeln('S2 vipolnit is prokata.');

if V > 1.3*S2 then writeln('Vvesti svarku flanca.');

AL:=5.5*(S1+Y);

AM:=1.7*(S1+Y);

AR:=(S1+Y+W)/6;

BL:=5.5*S2;

BM:=1.7*S2;

BR:=0.7*S2;

CR:=(S1+S2)/6;

S3:=0.8*S1;

KR:=(S1+S3)/6;

writeln('S1 = ',S1:4:5);

writeln('AL = ',AL:4:5);

writeln('AM = ',AM:4:5);

writeln('AR = ',AR:4:5);

writeln('BL = ',BL:4:5);

writeln('BM = ',BM:4:5);

writeln('BR = ',BR:4:5);

writeln('CR = ',CR:4:5);

writeln('S3 = ',round(S3+0.5));

writeln('KR = ',KR:4:5);

writeln;

write('Press enter to exit');

readln;

end.

S1 = 10.01333

AL = 55.78833

AM = 17.24367

AR = 5.35722

BL = 0.00000

BM = 0.00000

BR = 0.00000

CR = 1.66889

S3 = 9

KR = 3.00400

 

Введение

Сплавы обычно получаются в жидком состоянии.

Литейные металлические сплавы состоят из двух или нескольких составляющих. Основной составляющей является металл, придающий всему сплаву металлический характер. Металлические сплавы обычно дешевле чистых металлов и имеют более высокие механические и физические свойства. Так, прочность стали (сплав железа с углеродом) значительно выше прочности железа; бронза (сплав меди с оловом и другими элементами) и латунь (сплав меди с цинком и другими элементами) прочнее меди; силумин (сплав алюминия с кремнием) прочнее алюминия. Установлено также, что многие сплавы отличаются гораздо лучшими, литейными свойствами, чем чистые металлы.

Большинство металлов, из которых изготовляются сплавы, находится в земной коре не в чистом виде, а в химическом соединении с другими элементами. Такие природные соединения металлов, содержащие различные посторонние примеси, называются рудами. Из этих руд после их подготовки на металлургических заводах получают чистые металлы или сплавы.

Фасонные отливки из различных сплавов применяются во всех отраслях промышленности, строительства и быта. Особенно велика роль фасонных отливок в машиностроении. Область применения литых деталей все время расширяется. Доля их в общей массе машин составляет (%):

Металлообрабатывающие станки ……..80

Текстильные машины ................. ……..72

Прокатные станы ........................ ……..68

Тракторы............................... ………….58

Паровые турбины....................... ……..55

Электровозы ............................... ……..26

Отливки, изготовляемые в настоящее время, имеют толщину стенок от 2 до 500 мм, массу от 10 г до 260 т и габариты от 1 см до 30 м. Естественно, что только сплавы, имеющие хорошие литейные свойства, могут обеспечить требуемые качества таких разнообразных отливок. Необходимо также, чтобы отливки после затвердевания и охлаждения обладали требуемыми механическими, физическими и химическими свойствами. Наряду с этим сплавы должны быть по возможности дешевыми и не содержать дефицитных элементов.

Немаловажное значение имеет температура плавления сплава. Чем ниже температура плавления, тем с меньшими затратами тепла можно расплавить и перегреть сплав в плавильной печи до требуемой температуры при выпуске из печи и заливке.

Условия эксплуатации

В выхлопной части корпуса турбины имеется профиль Жуковского, поверхность которого должна иметь малую шероховатость. Данная деталь работает при высоких температурах и давлении.

Стальные литые детали используют в труднейших условиях эксплуатации - при вибрационных и знакопеременных нагрузках, в разных агрессивных средах и т.д. Надёжность применения литых деталей проверена в течение многих лет эксплуатации различных машин и оборудования. Технический прогресс вызвал повышение требований к качеству литых деталей. Многие литые детали ответственного назначения в связи с этим подвергают просвечиванию рентгеновскими или гамма - лучами, проверяют ультразвуком, магнитной дефектоскопией, методом керосиновой пробы и другими специальными методами контроля.

 

Литейные свойства сплавов

Важнейшие свойства сплавов: высокая жидкотекучесть, малая усадка, небольшая склонность к образованию литейных напряжений, незначительная ликвация примесей, мелкокристаллическое строение.

Жидкотекучесть. Способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить контуры полостей формы и стержней называют жидкотекучестью. О жидкотекучести сплавов судят по длине (в см) заполненной части формы. Жидкотекучесть сплавов увеличивается с повышением температуры перегрева сплава. Однако во избежание появления брака по усадке, пригару формовочной смеси и трещинам температура сплава при заливке форм должна быть умеренно высокой.

Усадка. Процесс уменьшения линейных размеров и объема жидкого сплава в форме при охлаждении называют усадкой. В литейном производстве различают объемную и линейную усадку сплавов.

Объемной усадкой называют разность между объемом полости формы и объемом отливки после ее охлаждения. Линейной усадкой называют разность между линейными размерами формы и остывшей отливки.

В практике литейного производства усадку обычно выражают в процентах по отношению к первоначальному объему жидкого сплава (объемная усадка) или к первоначальным линейным размерам в полости формы (линейная усадка). Величина усадки зависит от химического состава сплава. Так, повышение содержания углерода и кремния и уменьшение содержания марганца и серы в чугуне приводят к уменьшению усадки.

Для борьбы с линейной усадкой следует размеры модели делать больше размеров отливки на величину литейной усадки. Борьба же с усадочными раковинами и пористостью более трудна. К основным

мерам предупреждения усадочных раковин и пористости относятся:

достаточное питание отливки путем увеличения сечения литниковой

системы, установка прибылей, применение холодильников, улучшение конструкции отливки.

Литейные напряжения. В отливке в процессе ее остывания в форме возникают литейные напряжения: вследствие неравномерной усадки — усадочные напряжения; ввиду неодинаковой скорости остывания отдельных частей отливки — термические напряжения; в связи с изменением кристаллического строения отливки — фазовые напряжения.

Усадке практически всегда в той или иной степени препятствуют болваны, стержни и т. п., и поэтому в разных частях отливки получается неравномерная усадка.

В некоторых сплавах в процессе охлаждения изменяются структура и размеры отдельных зерен, вследствие чего увеличивается или уменьшается объем отливок. Эти изменения в тонких и толстых частях отливки совершаются в разное время.

Литейные напряжения в отливках, вызванные этими явлениями, могут привести к образованию горячих и холодных трещин, короблению отливки.

Ликвация. При затвердевании сплава, залитого в форму, на протяжении всего времени его остывания происходит процесс выравнивания химического состава по всему сечению отливки. Однако этот процесс протекает медленно, вследствие чего в отдельных частях отливки, а также в отдельных зернах сплава, наблюдается химическая неоднородность, называемая ликвацией. Обычно ликвация обусловливается тем', что отдельные составляющие сплава, имеющие неодинаковую плотность и различные температуры затвердевания, отделяются от основной массы сплава как в жидком состоянии, так и при его затвердевании.

Ликвация уменьшается при понижении температуры и скорости заливки, а также при ускорении затвердевания отливки. Наибольшей склонностью к ликвации отличаются сплавы с большим содержанием свинца.

Строение (структура) сплавов. Наилучшие свойства имеют сплавы в том случае, когда их структура получается мелкокристаллической и без промежуточных пленок, ослабляющих связь между отдельными кристаллами (или группами кристаллов). Обычно в литейных сплавах рассматриваются не отдельные кристаллы, которые очень малы, а группы кристаллов, образующие кристаллиты или зерна.

Уменьшение размеров зерен сплава достигается понижением температуры и скорости заливки и в особенности увеличением скорости охлаждения при затвердевании отливки. Для того чтобы придать сплаву мелкозернистую структуру, в него вводят особые добавки — модификаторы.

Механические свойства стали 25Л

Прочность на растяжение: ;

Предел текучести: ;

Относительное удлинение 20%;

НВ= 143;у=58%.

Сталь 25Л имеет небольшое количество углерода и из-за этого высокую температуру плавления, для того, чтобы процесс заливки происходил нормально, сталь нужно нагреть до температуры примерно 1560° С.

Химический состав стали 25Л

Элемент	Mn	Si	P	Cr	Ni	Cu	S	C
Содержание %	0,35-0,90	0,22-0,90	0,04	0,3	0,3	0,3	0,045	0,22-0,3

Сталь 25Л имеет ферритно-перлитную структуру.

Влияние примесей на свойства стали

Марганец вводится в сталь для раскисления и остаётся в ней в количестве 0,3...0,8%. Мn уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Кремний - полезная примесь, вводится в сталь в качестве активного раскислителя в количестве до 0,4%.

Сера – вредная примесь, вызывает красноломкость стали, в стали она находится в виде сульфидов FeS, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления и располагающуюся по границам зёрен, при горячей деформации границы зерен оплавляются и сталь хрупко разрушается. От красноломкости предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS исключающие образование легкоплавкой эвтектики. Положительное влияние серы проявляется лишь в улучшении обрабатываемости резанием.

Фосфор – вредная примесь. Он растворяется в феррите, упрочняет его, но снижает вязкость при пониженных температурах, т.е. вызывает хладноломкость.

Технологическая часть

Последовательность изготовления отливки:

1. Разработка технологического процесса.

2. Разработка чертежа отливки.

З. Плавка.

4. Изготовление стержневой смеси, стержней, форм.

5. Изготовление оснастки.

6. Получение отливок.

7. Заливка форм сплавом, сборка форм.

8. Термическая обработка отливок.

9. Контроль отливок (керосиновая проба).

 

Выбор положения отливки в форме

 

Положение отливки при заливке выбирается в зависимости от способа формовки, устройства литниковой системы, величины припусков на обработку, размера опок и т. д. Выбор правильного положения формы при заливке оказывает решающее влияние на качество отливки и по существу предопределяет разъем формы и весь технологический процесс формовки.

При разработке технологического процесса формовки надо руководствоваться следующими правилами.

1.Отливка в форме должна быть расположена так, чтобы наиболее
ответственные части, подвергающиеся механической обработке, находились в нижней части формы

2.Отливки, имеющие форму тел вращения (цилиндровые гильзы,
барабаны, шпиндели и др.) с обрабатываемыми наружными и внутренними поверхностями, должны заливаться вертикально или центробежным способом.

3.Отливки из сплавов с большой усадкой необходимо заливать
в положении, обеспечивающем направленное затвердевание металла,
а верхние части отливки питать прибылями.

4.Плоские плиты и диски, а также тонкостенные отливки необхо-
димо заливать в наклонном положении.

5.Форма при заливке должна иметь такое положение , при котором стержни можно было бы устанавливать в форму легко и без крепления. Следует избегать применения подвесных стержней с односторонней посадкой, а также длинных, тонких, недостаточно закрепленных горизонтальных стержней.

Проектирование литниковых систем и прибылей

 

Литниковая система представляет собой ряд соединенных в определенной последовательности элементов — каналов и предназначена для заполнения форм металлом, а прибыли служат для питания отливок в процессе кристаллизации. Иногда прибыль может быть связана конструктивно с литниковой системой.

Правильная конструкция литниковой системы должна обеспечивать: непрерывную подачу по кратчайшему пути сплава в форму; спокойное и плавное ее заполнение; улавливание шлака и других неметаллических включений; не вызывать местных разрушений формы из-за большой скорости и неправильного направления потока металла; создание направленного затвердевания отливки; минимальный расход сплава на литниковую систему.

Литниковая система включает, как правило, следующие элементы:

1) стояк — вертикальный канал, соединяющий литниковую чашу
(воронку) со шлакоуловителем;

2) шлакоуловитель — горизонтальный трапецеидальный канал,
соединяющий стояк с питателями;

3)питатель — горизонтальный канал, соединяющий шлакоуловитель с отливкой;

4)выпор — вертикальный канал, расположенный на самой верхней части отливки или сбоку; он служит для отвода газов из формы и
наблюдения за ходом заполнения формы.

Оснастка

В комплект линейной технологической оснастки входят модели, модельные плиты, стержневые ящики, опоки и т.д. модели - приспособления для получения в формовочной отпечатков полости, соответствующих наружной конфигурации отливок. Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливок, на величину линейной усадки сплава, которая составляет для углеродистой стали 1,8...2%.

Модели могут быть деревянными или металлическими. Стержневые ящики для изготовления стержней обеспечивают равномерное уплотнение смеси и быстрое извлечение стержня. Как и модели, стержневые ящики имеют литейные уклоны, при назначении их размеров учитывают величину усадки сплава и припуска на механическую обработку. Стержневые ящики делают из таких же материалов, что и модели.

Опоки - прочные рамы различной формы, предназначенные для изготовления литейных полуформ из формовочных смесей, соединяют опоки штырями.

В единичном и мелкосерийном производстве применяют координатные модельные плиты, устанавливаемые на стол формовочной машины. Координатная металлическая плита имеет большое число отверстий, что позволяет быстро устанавливать и закреплять деревянную модель на плите с помощью штырей.

Изготовление стержневой смеси и стержней

Стержневая смесь - многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления стержней. Формовочные и стержневые смеси должны иметь хорошую пластичность, текучесть, газопроницаемость, выбиваемость, термохимическую устойчивость, непригораемость и т.д.

 

Изготовления стержней