Предложить теоретически обоснованный метод и технологию модифицирования сплава

2.4 Предложить теоретически обоснованный метод и технологию модифицирования сплава

 

Модифицирование - направленное воздействие на процесс кристаллизации при литье слитков или отливок с целью изменения структуры введением небольших добавок — модификаторов. Положительное влияние модифицирования на технологические и эксплуатационные св-ва металла обусловлено главным образом следующими структурными изменениями: измельчением зерен и дендритной структуры. Максимальный эффект достигается при введении модификаторов в расплав непосредственно перед кристаллизацией. Модификационное действие добавок на кристаллизующийся расплав может быть существенно, усилено мощным ультразвуком, электромагнитными полями, предварительной термической обработкой расплава. При модифицировании увеличение присадки модификатора либо невозможно, либо неэффективно, либо вредно (перемодифицирование). Поэтому рекомендуемый объем модификатора это 0.05-0.15% от массы расплава.

Метод модифицирования

На поверхность расплава ровным слоем насыпаем флюс, Выдерживаем 10-15 минут, остатки флюса замешиваем в глубь ванны в течении 1-2 минут. Затем даем сплаву 5-7 минут на выстаивание, снимаем шлак и заливаем в формы.

Модифицирование твёрдого раствора ALZn проводится путём введения Ti который создаёт дополнительные центры кристаллизации в следствии чего измельчается структура сплава. Модифицирование эвтектики ALSi проводится натрием который обволакивает кристаллы тем самым сглаживая игольчатую структуру кристалла

2.5 Сформулировать теоретически обоснованные мероприятия, направленные на устранение в теле отливки зон со столбчатой структурой

 

При затвердевании отливки при наличии перепада температур по сечению отливки образуется фронт кристаллизации и образуются вытянутые в сторону жидкой фазы столбчатые кристаллы. Если перепад температур в конце кристаллизации приблизительно равен нулю, то создаются условия для спонтанного образования центров кристаллизации из которых растут равноосные кристаллы.

Температурный перепад можно уменьшить при:

1)Уменьшение коэффициента тепловой аккумуляции формы:- применение менее теплоёмкого материала

2)Уменьшение температуры заливки металла

3)Уменьшения температуропроводности формы:- путем нанесения специальных теплоизоляционных красок

Так как наша отливка затвердевает при отсутствии перепада температур по сечению отливки(т.к отсутствуют массивные элементы), то столбчатой структуры не образуется.

 

2.6 Оценить возможность развития в отливке зональных ликвации и сформулировать теоретически обоснованные мероприятия направленные на их предупреждение

 

Отливка из данного сплава склонна к образованию зональной ликвации, так как кристаллизуется в интервале температур.

Т_sol= 570° C

T_liq= 662° C

∆Т=92С^о

Меры борьбы:

1) Организацию равномерного отвода теплоты от отливки и создание условий направленного затвердевания отливки, путем установки холодильников.

2) Ликвацию можно уменьшить, понижая температуру нагрева, увеличением скорости заливки металла (литьё под давлением) и замедлением его охлаждения (с помощью использования специальных теплоизоляционных красок).

 

3. Анализ процесса заполнения полости литейной формы

 

3.1  Рассчитать минимально допустимое значение расхода сплава в полости формы, при котором в отливке не образуется дефектов типа неполного заполнения. Расчет провести по трем различным методикам из числа рекомендуемых в литературе

V_отл=V_дет+V_пр+V_л.п.с.=1641863.5 мм³

V_дет =386399 мм³ - объём детали

V_пр=1201895,5 мм³- объём прибылей

V_л.п.с. =53569 мм³ - объём литниково-питающей системы

где, V_отл – объем отливки (м³);

Q_min – минимально допустимый расход (м³/с);

τ_теч. – время течения металла (с).

а) По формуле Соболева Дубицкого

 где,

s – коэффициент, учитывающий род сплава, тип литниковой системы, конфигурацию и массу отливки;

М – масса отливки с литниковой системой и прибылями (кг).

М = 4827 г =4,83 кг

Т.к. нижняя литниковая система и масса от 2 до 5 кг, то s = 2,4.

Средняя толщина стенок отливки δ₁=20 мм

б) Исходя из гидродинамического условия заполнения

 где,

Н_отл – полная высота отливки в метрах;

W_кр – критическая скорость движения расплава в полости формы (мм/с)

Для алюминиевых сплавов А = 100-120

δ₁ – средняя толщина стенки отливки.

δ₁ = 20 мм.

в) По секундному расходу

Для алюминиевых сплавов секундный расход

Среднее время заполнения формы = 11 с.

3.2 Указать стрелками на эскизе последовательность заполнения литейной формы металлом зоны возможных сбросов потока и ударов о препятствия. Оценить вероятность образования вторичных шлаковых включений в результате сбросов и ударов потока расплава, заполнявшего полость литейной формы

 

Заполнение литейной формы происходит снизу вверх. Металл из стояка поступает в основание формы, затем начинают заполняться массивы и ребра внутри. После заполнения всех полостей металл пойдет в прибыли. Вторичные шлаковые включения могут образовываться в результате ударов металла о полость кокиля. Нижняя литниковая система обеспечивает ламинарное течение жидкости. Для предупреждения образования вторичных шлаковых включений необходима непрерывная струя заливки или уменьшение высоты падения металла при заливке.

 

3.3 Пользуясь чертежом отливки подберите фактические значения соотношения площадей сечений основных элементов литниковой системы: стояков, литниковых ходов и питателей в виде формулы: ∑F_c:∑F_л.х:∑F_n. Проверить правильность выбранного соотношения проведя свои расчеты

 

Изначально данные размеры:

∑F_c=πR²=3.14×10²=314мм²=3,1см²

∑F_с=3,1 см²

∑F_лх= см²

∑ см²

Расчёт: так как масса отливки меньше 5кг, а высота меньше 150мм, то:∑Fc:∑Fл.х:∑Fn = 1:2:2

Площадь стояка в нижней части:

∑Fc = 3,04 см²;

∑Fл.х = ∑Fc×2=6,08 см²;

∑Fп = ∑Fc ×2=6,08 см².

Основываясь на расчётах видим что данное сечение стояка приблизительно равно расчётному значению, но данные сечения литникового хода и питателя не совпадают с расчётными значениями. Следовательно для полного заполнения металлом формы следует увеличить сечения л.х и питателя до расчётных значений.

3.4 Пользуясь чертежом отливки и приведенной методикой рассчитать значение скоростей течения расплава в стояках, литниковом ходе, питателях, а также среднюю скорость подъема зеркала расплава в полости литейной формы. При выполнении расчетов принять значение коэффициента Дарси λ=0,04

 

А) Максимальная скорость в стояке:

Периметр стояка Р = 2πr; r = 10 P=2×3.14×10 =60 мм= 6 см

 

(максимально допустимая скорость в стояке)

Б) Максимальная скорость в литниковом ходе:

Периметр литникового хода a = 7мм, b = 68 мм Р =2(a + b)=150мм

 

 

(максимально допустимая скорость в литниковом ходе)

В) Максимальная скорость в питателях:

 

Периметр питателя а = 7 мм, b = 68 мм. Р = 2(а + b)=150мм;

 

 

Г)  

(средняя скорость подъёма расплава в форме) где,

Z_k- высота рассматриваемой точки сечения

μ – коэффициент расхода литниковой системы.

Т.к. нижняя литниковая система, 2 поворота то μ = 0,55-0,6

(средняя скорость подъёма расплава в форме)

3.5Определить давления металла на стенки формы в верхней и нижней части стояка на момент начала заполнения формы. Объяснить возможность образования в отливке вторичных шлаковых включений, обусловленных инжекцией воздуха в поток расплава

, где

 - искомое давление

 - плотность жидкого металла

,

z_k – высота рассматриваемой точки над плоскостью отсчета

 - входное (атмосферное) давление,

ξ – коэффициент местного сопротивления,

,

 - скорость металла в верхнем сечении стояка;

 - скорость металла в нижнем сечении стояка;

1) Давление в верхней части стояка

2) Давление в нижней части стояка

Образование вторичных шлаковых включений в результате инжекции воздуха в поток расплава в данном случае исключено т.к. P_x1<P_x2

 

3.6 Оценить вероятность образования вторичных шлаковых включений, обусловленных излишне высокой скоростью течения: расплава в стояке, коллекторе, питателе или полости литейной формы. Проверочные расчеты выполнить по методике, изложенной в лекционной части курса

 

Сравнение фактических и максимальных серостей в литниково-питающей системе отливки:

Фактическая скорость в стояке

ε_вх-х – ориентировочный коэф-т местных сопротивлений

Фактическая скорость в литниковом ходе:

Фактическая скорость в питателях:

Т.к фактическая скорость в питателе больше максимально допустимой то возможно турбулентное течение расплава в полости формы также возможны и удары расплава о стенки формы что приведёт к образованию вторичных шлаковых включений.

Чтобы это исключить следует увеличить сечение питатиля или увеличить количество питателей.