Раздел 1. Структура и свойства металлических расплавов Вопрос №1 - Плотность металлов и сплавов. Расчет плотности для сплавов конкретного состава. Методы определения плотности. Плотность зависит от природы вещества (сплава), от комплекса индивидуальных свойств элементов, входящих в его состав, и вида их взаимодействия. Одно и то же вещество (металл) может иметь разную плотность в зависимости от кристаллического строения, типа кристаллической решетки. Плотность металлов измеряется массой в единице объема (p=m/v). Значение плотности используют в расчетах массы расплава или отливок по геометрическим размерам или их объемы, если известна масса. На практике плотность определяют для выявления изменений в конечном металле по сравнению с исходным необработанным. Изменение плотности сплава при переходе из жидкого состояния в твердое предопределяет объемную усадку. В отливках из сплавов с положительным значением усадка проявляется в виде усадочных раковин и мелких пор, а с отрицательным значением в виде наростов. Вопрос №2 - Диффузия в жидких сплавах. Закон Фика. Зависимость коэффициента диффузии от технологических параметров. Диффузия – это процесс самопроизвольного выравнивания концентрации веществ по всему объему системы. Различают внешнюю диффузию, когда массоперенос идет в газовой фазе, и внутреннюю, при которой перемещение идет через слой твердой фазы, образовавшейся в результате реакции. Движущей силой диффузии является градиент концентрации dc/dx, то есть изменение концентрации диффундирующего вещества в соседних точках пространства; dc/dx – скалярная величина в направлении диффузии. Перемешивание или турбулизация ускоряют диффузионные процессы. Зависимость от технологических параметров – чем меньше атомы элементов, тем больше коэффициент, например, никель и хром - 5*10-5 см2/с, то у азота и углерода – 5*10-4 см2/с, а у водорода - 10-3 см2/с. Вопрос №3 - Поверхностное натяжение. Зависимость поверхностного натяжения от свойств сплавов и материалов форм. Поверхностное натяжение п соответствует силе, которую необходимо приложить, чтобы увеличить периметр поверхности расплава на единицу длины. Величина поверхностного натяжения расплава и краевой угол смачивания определяют работу адгезии. Чем больше адгезия, тем больше смачиваемость. (?) Высокое поверхностное натяжение значительно облегчает разливку металлов. Оно препятствует вспениванию, затрудняет нежелательное разделение струи металла и препятствует проникновению металла в стенку песчаной формы. Металлы с высокой температурой плавления обладают, как правило, более высоким поверхностным натяжением, чем легкоплавкие металлы. Поверхностное натяжение при литье достигает еще более высоких значений вследствие неизбежного окисления металлов. (тут идет про несмачиваемость, этим можно объяснить поверх. натяж.) а) Несмачиваемость формы играет положительную роль, препятствует проникновению расплава в поры поверхности формы и образованию механического пригара на отливках. б) В этом случае на границе контакта металла с формой не происходит ни подъема, ни опускания уровня расплава в) В этом случае уровень металла на границе контакта с формой повышается, металл поднимается на стенку формы, она является смачиваемой. Смачивание формы способствует проникновению металла в поры ее поверхности, образованию пригара на отливках, а также более полному заполнению тонких сечений отливок и получению более точного отпечатка полости металлом. Вопрос №4 - Давление пара металлов. Формула Ленгмюра. Металлы обладают конечным значением давления собственного пара, хотя весьма незначительным и с этим свойством приходится считаться при приготовлении сплавов из компонентов с очень различными давлениями пара и особенно при плавке в вакууме. Давление пара металлов определяется температурой и приблизительно выражается уравнением lg р = А/Т+ В. Повышение температуры вызывает непрерывное возрастание давления пара металла. Для оценки поведения металла при плавке большее значение, чем температура кипения, имеет величина давления пара при температуре плавления, так как именно это свойство предопределяет, например, величину потерь за счет испарения Когда речь идет о испарение металла в вакууме, массу испарившегося металла определяют по формуле Ленгмюра Вопрос №5 - Смачиваемость. Зависимость процессов смачивания в расплаве, в формовочных смесях и на границе «металл–форма». а) Несмачиваемость формы играет положительную роль, препятствует проникновению расплава в поры поверхности формы и образованию механического пригара на отливках. б) В этом случае на границе контакта металла с формой не происходит ни подъема, ни опускания уровня расплава в) В этом случае уровень металла на границе контакта с формой повышается, металл поднимается на стенку формы, она является смачиваемой. Смачивание формы способствует проникновению металла в поры ее поверхности, образованию пригара на отливках, а также более полному заполнению тонких сечений отливок и получению более точного отпечатка полости металлом. Применим следующие обозначения: 1 – расплав, 2 – воздух и 3 – форма Несмачиваемость формы играет положительную роль, в частности, препятствует проникновению расплава в поры поверхности формы и образованию механического пригара на отливках. 1,3 > 2,3. Если поверхностное натяжение на границе между расплавом и формой и между воздухом и формой одинаково, то есть 1,3 = 2,3 (рис. 1.8, б), то форма индифферентна по отношению к металлу. В этом случае на границе контакта металла с формой не происходит ни подъема, ни опускания уровня расплава. Третий возможный вариант: 1,3 < 2,3 .В этом случае уровень металла на границе контакта с формой повышается, металл поднимается на стенку формы, то есть она является смачиваемой (металлофильной). Смачивание формы способствует проникновению металла в поры ее поверхности, образованию пригара на отливках, а также более полному заполнению тонких сечений отливок и получению более точного отпечатка полости металлом. Вопрос №6 - Электрические свойства жидких металлов. Удельная электропроводность - способность металлов пропускать электрический ток. Обратная характеристика – удельное электросопротивление. Ом * м Электросопротивление растет при росте температуры. При достижении температуры плавления, электросопротивление может вырасти в 2-10 раз. Металлы, у которых между атомами в решетке действуют ковалентные связи, при плавлении показывают снижение электросопротивления. Это снижение сравнительно невелико у сурьмы и висмута (в 1,5–3,5 раза), это происходит из-за сниженной металлической связи элементов Вопрос №7 - Вязкость жидких расплавов. Методы определения вязкости. Вязкость, или внутреннее трение, представляет собой внутреннее сопротивление, оказываемое взаимному перемещению смежных слоев жидкости. Вязкость зависит от удельной теплоемкости металла, от скрытой теплоты плавления и теплопередачи от металла к форме. Температура понижается – вязкость растет (чем ближе температура к ликвидусу, тем больше вязкость) Давление увеличивается – растет вязкость (из-за уменьшения расстояния между частицами, т.к. их связь увеличивается) Твердые включения и неметаллические включения повышают вязкость сплава – это усложняет заполнение литейной формы. Методы определения: Вибрационный метод (определение изменений вынужденных колебаний тела), Метод затухающих крутильных колебаний (более чувствительный метод), Метод падающего шарика. Вопрос №8 - Строение жидких металлов по теории Я.И. Френкеля и современные модели жидких металлов и сплавов. В начале 20-х гг. Я.И. Френкель разработал квазикристаллическую модель строения жидкости. Согласно этой модели в жидкости сохраняются черты ближнего порядка, характерного для твердого тела вблизи температуры плавления Тпл. Предположение о квазикристаллическом строении жидкости Я.И. Френкель обосновал близостью ряда структурных и физических характеристик металлов в жидком и твердом состояниях вблизи Тпл – плотности, энтальпии, теплоемкости и др. Квазикристаллическая модель позволила правильно предсказать комплекс свойств жидкости вблизи тел. Методом «размытия» кристаллической решетки удается оценить структурные параметры жидкости – межатомные расстояния и число ближайших соседей. Таким образом, температура плавления и температура кипения являются пороговыми величинами: при температуре плавления разрушается дальний порядок, характерный для кристаллического состояния, но сохраняется ближний порядок, то есть порядок в пределах нескольких межатомных расстояний. При температуре кипения нарушается ближний порядок и металл утрачивает свойства твердого тела. Вопрос №9 - Природа кластеров, неметаллических включений в расплавах и влияние их на физико-механические свойства жидких сплавов. Кластер — компактная обособленная группа связанных друг с другом атомов, молекул или ионов, которая обладает свойствами, в той или иной степени отличными от свойств составляющих ее элементов. Кластерные соединения характерны как для переходных металлов, так и для многих непереходных элементов. Все неметаллические включения, образующиеся в результате тех или иных реакций, имеющих место в процессе производства металла, обычно называют природными. Неметаллические включения влияют на вязкость, поверхностное натяжение и образование трещин сплава (являются центрами внутренних напряжений). Неоднородное распределение включений вызывает неоднородность макроструктуры металла, проявляющуюся в неоднородности физических и механических свойств, стали. Вопрос №10 - Диаграммы состояния и основные понятия о жидкотекучести. Процесс кристаллизации металлических сплавов и связанные с ним закономерности их строения отражаются на диаграммах состояния. Эти диаграммы представляют собой графическое изображение фазового состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации компонентов в условиях равновесия Жидкотекучесть – способность сплава течь и заполнять литейную форму и воспроизводить её очертания, а также обеспечивать хорошее питание отливок. Сплавы с широким интервалом кристаллизации, как правило, обладают минимальной жидкотекучестью. Вопрос №11 - Температура плавления, расчет ее для сплавов конкретного состава. Температура плавления – температура фазового перехода твердого тела в жидкое. От температуры плавления металла зависит способ его плавки, материал футеровки плавильной печи или тигля. С повышением температуры от комнатной до температуры плавления плотность большинства металлов уменьшается на 3–5 % Вопрос №12 - Жидкотекучесть сплавов. Виды определяемой жидкотекучести. Зависимость жидкотекучести от положения сплавав на диаграмме состояния. Жидкотекучесть – способность сплава течь и заполнять литейную форму и воспроизводить её очертания, а также обеспечивать хорошее питание отливок. При низкой жидкотекучести сплава возможны образования различных дефектов (недолив, неслитина). Жидкотекучесть зависит от многих факторов, свойств сплава, свойств формы, и условий заполнения формы. Для определения величины жидкотекучести используется стандартная прутковая проба, в виде канала определенной длины и диаметра. Сплавы с широким интервалом кристаллизации, как правило, обладают минимальной жидкотекучестью Вопрос №14 - Заполняемость формы. Зависимость ее от конструктивных особенностей формы и свойств сплава. Формазаполняемость – литейное технологическое свойство, условия заполняемости литейной формы, т. е. условия, при которых происходит возможно полное ее заполнение без образования в отливке неслитин, спаев, недоливов и тому подобных дефектов, На заполняемость формы оказывают влияние ряд теплофизических (температура заливки сплава и его удельная теплоемкость, температура формы, свойства материала формы, характеризующиеся коэффициентом теплоотдачи) и гидравлических (конфигурация, высота и толщина стенки отливки, число и расположение прибылей, способ подвода металла к ней и др.) факторов. Вопрос №15 - Вязкость расплавов динамическая и кинематическая. Зависимость вязкости от состава и температуры сплава. Динамическая вязкость является мерой сопротивления течению или деформируемости жидкости. Динамическая - Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Кинематическая - отношение динамической вязкости к плотности вещества. Температура понижается – вязкость растет (чем ближе температура к ликвидусу, тем больше вязкость). Давление увеличивается – растет вязкость (из-за уменьшения расстояния между частицами, т.к. их связь увеличивается). Вопрос №16 - Изменение плотности и удельного объема сплавов при нагреве. С повышением температуры плотность всех металлов в твердом состоянии уменьшается, удельный объем, соответственно, увеличивается. Изменение плотности сплава при переходе из жидкого состояния в твердое предопределяет объемную усадку. В отливках из сплавов с положительным значением усадка проявляется в виде усадочных раковин и мелких пор, а с отрицательным значением в виде наростов Вопрос №17 - Плавление и испарение металлов. От температуры плавления металла зависит способ его плавки, материал футеровки плавильной печи или тигля. Температуру плавления сплава рассчитывают с учетом концентрации, атомной массы и понижения температуры плавления основного металла Расчет давления пара металла позволяет расчитать величину потерь за счет испарения. (легколетучие металлы – цинк, магний, кальций, хром) Когда речь идет о испарение металла в вакууме, массу испарившегося металла определяют по формуле Ленгмюра Вопрос №18 - Тепловые свойства расплавов: теплота плавления, теплоемкость, теплопроводность и зависимость их от технологических факторов. Теплота плавления – энергия, необходимая для разрушения кристаллической решетки. Дж/г или Дж/моль. У Цинка 105 Дж/г, Медь 201 Дж/г, Алюминий 400 Дж/г (Зависит от давления. Чем выше давление, тем выше теплота плавления) Теплоемкость – кол-во теплоты (энергии) поглощаемой в процессе нагревания на 1 кельвин. С увеличением температуры плавления металлов возрастает. Свинец 0,14 Дж/г*К, Алюминий 1,09 Дж/г*К Теплоемкость жидких металлов, как и твердых, возрастает с перегревом. Эту зависимость выражают уравнением второй степени. (Зависит от свойств вещества, а также от процесса, при котором произошла теплопередача) Теплопроводность – способность тела проводить тепло (энергию) от более нагретых частей тела, к менее нагретым (путем хаотичного движения частиц тел). (Зависит от плотности материала, при повышении плотности – увеличивается. Зависит от конфигурации материала, температуры материала) Вопрос №19 - Примеси, их состояние в жидких сплавах. Способы обработки расплавов с целью очистки от примесей. Достоинства и недостатки каждого способа. В сплавах обычно присутствуют постоянные примеси, наличие которых связано с особенностями металлургических процессов приготовления сплава и составом исходных металлургических материалов (руд, топлива, флюсов). Часто эти примеси (например, сера и фосфор в сталях) являются вредными и содержание их ограничивают. При нагревании сплава значительно выше ликвидуса, примеси растворяются, сплав становится однородным. Если нагреть выше ликвидуса на 2-5 градуса, останутся много не растворившихся остатков. Рафинирование Основной способ очистки – рафинирование (методом хлорирования в вакуум ковше, отстаивание в миксер печи и др. методы) Основными способами являются: окисление, флюсование, дегазация, фильтрация или комбинированные методы. Термодинамическим условием эффективности рафинирования является достаточно высо-кое отрицательное значение G реакции удаления примеси. Окисление Окислением очищают расплавы в печи от растворимых металлических примесей (медь от Рb, Fe, Ni, As, Vi, Sb, а никель – от Si, S, Mg, Mn и др.). Продувкой воздухом очищают сплавы железа от C, Si, P, Mn. Добавка должна иметь большее сродство к кислороду (S, Cl, F), чем рафинируемый расплав. Например, для удаления серы из стали и чугуна вводят добавки, лучше взаимодействующие с серой, чем с железом: Флюсование – это процесс покрытия поверхности металла пленкой соединения, которое называют флюсом. Плюсы: Покровные флюсы предохраняют твердую шихту от окисления, а расплав от контакта с атмосферой. Минусы: очень важно, чтобы флюсы лучше смачивали примеси, чем расплав, при этом поверхностное натяжение флюсов должно быть минимальным Дегазация: Если газ с металлом образует жидкие растворы, то затем он выделяется, образуя поры или раковины. Поэтому проводят дегазацию шихтовых материалов, жидкого металла вакуумированием, продувкой расплава газами, обработкой хлоридами, выдержкой в атмосфере инертных газов, физическим воздействием на жидкий металл, а также предупреждают выделение газов при кристаллизации. Фильтрация. Даже после лучших способов рафинирования в расплаве остаются неметаллические включения в виде оксидных плен и шлака. Для окончательной очистки расплав подвергают фильтрации через инертные, активные фильтры или жидкие солевые растворы. Рафинирование (электролитическое) – это электролиз водных растворов или солевых расплавов. Плюсы: получать металлы высокой чистоты / хорошая степень очистки. Минусы: высокие затраты на электроэнергию. Легирование – это введение в состав сплавов легирующих элементов (Cr, Ni, Mo, W, Ti и др.) для придания сплавам определенных физикохимических или механических свойств. По количеству введенных элементов различают низколегированные (суммарное содержание легирующих до 5,0 %), среднелегированные (5,0–10 %) и высоколегированные (более 10 %) стали. Модифицирование – введение специальных добавок, в следствие взаимодействия этих добавок с примесью, возможно избавление от примесей. Оно сводится к введению в сплав веществ (модификаторов), вызывающих измельчение размеров и благоприятное изменение формы структурных составляющих. Модификаторы не изменяют «сущности» сплава, так как вводятся в небольших количествах, но изменяют его структуру Плюсы: может придать сплаву различные физико-механические свойства. Минусы: возможно взаимодействие компонентов модификаторов со сплавами, и как следствие снижение результативности. Вопрос №20 - Определение смачиваемости жидким сплавом литейной формы методом «лежащей капли» и регулирование смачиваемости с целью предупреждения пригара на отливках. Метод лежащей капли - наиболее распространенный метод определения смачиваемости Несмачиваемость формы играет положительную роль, препятствует проникновению расплава в поры поверхности формы и образованию механического пригара на отливках. Смачивание формы способствует проникновению металла в поры ее поверхности, образованию пригара на отливках, а также более полному заполнению тонких сечений отливок и получению более точного отпечатка полости металлом. Уравнение равновесия поверхности капли (равенство давления) имеет вид р = (1/R1 + 1/R2) = (1 – 2)gx + 2/R0, где R1, R2 – главные радиусы кривизны поверхности капли; R0 – радиус кривизны в вершине капли; 2 – плотность среды; 1 – плотность капли; х – координата точки по вертикали (h); g – 981 см/с2 . Расчет состоит в графическом (приближенном) обсчете параметров капли. Необходимо определить зависимость х от размеров капли и другие параметры, а это сложно. Поэтому строят ряд кривых для капель разной величины и определяют зависимость К = d / при d = (1 – 2)g. За начало принимают произвольное значение К и находят соотношение h и L. Затем соотношения h и L определяют для новых значений К и т.д. Получив закономерность h и L в зависимости от К, можно решить обратную задачу – найти значения поверхностного натяжения. Смачиваемость или несмачиваемость формы зависит от химического сродства металла и формы. Например, форма из смеси на основе кварцевого песка для сплавов железа является несмачиваемой. Однако из-за быстрого окисления поверхности расплава стали и чугуна на их поверхности образуется пленка из оксидов железа, которая является причиной повышения смачиваемости. Если в стали и чугуне содержится алюминий, то на их расплаве образуется пленка оксида алюминия, поверхностное натяжение повышается и форма плохо смачивается металлом. Раздел 2. Физико-химические процессы плавки 1. Основные понятия химической термодинамики. Термодинамика – наука о взаимопревращениях различных форм энергии и законах этих превращений. Термодинамика изучает взаимосвязь между тепловой, механической и химической энергией и законы, управляющие взаимными превращениями этих видов энергии в процессах, протекающих в природе. Термодинамика базируется на двух началах, выведенных на основании опыта и сформулированных как законы Первое начало констатирует, что энергия может изменять свою форму, то есть переходить из одного вида в другой, но не может ни исчезнуть, ни возникнуть из ничего. Второе начало термодинамики определяет пределы превращения теплоты в механическую работу или другие виды энергии при условии обратимого перехода теплоты в работу. Под термодинамической системой понимают совокупность веществ между которыми происходит либо обмен энергией, либо массой, либо и то, и другое вместе. Если в термодинамической системе не происходит никаких процессов (например, химических реакций, теплообменов, диффузий, растворений, протеканий электрического тока и т.п.) и если действие термодинамической системы на окружающую среду (например, давление системы) равно действию окружающей среды на систему, то данная система находится в термодинамическом равновесии, то есть состояние во времени не изменяется. Термодинамическим процессом называют любое изменение в системе, связанное с изменением хотя бы одной термодинамической величины. Термодинамический процесс может быть обратимым или необратимым. Обратимые и необратимые процессы, протекающие при постоянной температуре, называются изотермическими: при постоянном давлении – изобарическими, при постоянном объеме – изохорическими и при постоянном теплосодержании – адиабатическими. 2. Сформулируйте термодинамическую теорию кристаллизации. В силу того, что внутренняя энергия разупорядоченной жидкости выше, чем упорядоченного твердого тела, при фазовом превращении жидкости в твердое кристаллическое состояние выделяется теплота. Температура кристаллизации определяется как температура, при которой энергии Гиббса твердой и жидкой фаз равны. С ростом температуры свободная энергия и жидкого, и твердого металла снижается, но интенсивность снижения свободной энергии твердого металла меньше чем жидкого. Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы этот процесс был выгоден системе термодинамически, т.е. свободная энергия должна уменьшаться. Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: - Образование центров кристаллизации - Рост кристаллов вокруг этих центров Кристаллизация начинается с образования кристаллических зародышей, которые затем превращаются в зерна или кристаллы, с помощью присоединения атомов. Образование зародышей начинается тогда, когнда кинетическая энергия атомов доходит до достаточно низкого уровня и позволяет атомам занять узлы кристаллической решетки данного металла. Рост зародышей увеличивается по мере отвода тепла от металла. Гомогенная – зародыш образуется в пространстве. Гетерогенная – зародыш образуется на поверхности (на различных включених в расплаве). 3. Сформулируйте первый закон термодинамики. Его формулировка такова: количество теплоты q, полученное системой, равно увеличению ее внутренней энергии U и произведенной ею работы А: q = U + A. Этот закон существует для разных процессов: в изотермическом процессе, где U = 0 (для идеального газа), qт = А и, следовательно, вся работа выполняется за счет подведенной теплоты; в изохорическом процессе, где работа не выполняется из-за неизменного объема системы, qV = U. то есть теплота расходуется только на приращение внутренней энергии системы; в изобарическом процессе, где А = pV, Изобарические процессы (протекающие при постоянном давлении) для практики более важны, чем изохорические процессы (протекающие при постоянном объеме). К изобарическим процессам относятся все процессы, протекающие в открытых емкостях. 4. Сформулируйте второй закон термодинамики. Теплота не может самопроизвольно переходить от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой: dQ / T = 0. Это уравнение справедливо для любого замкнутого процесса. 5. Свободная энергия. Свободная энтальпия. Свободная энергия применяется для определения равновесия термодинамической системы при процессах, протекающих при постоянных температуре и объеме, поэтому иногда ее называют изохорноизотермическим потенциалом системы. Свободная энергия – часть внутренней энергии, которая не может быть превращена в работу. Работа, которую могло бы совершить тело над системой, если бы была внутренняя энергия. Равновесие металлургических реакций наилучшим образом характеризует иная термодинамическая функция – свободная энтальпия G (или изобарно-изотермический потенциал), значение которой соответствует энтальпии (общей энергии) термодинамической системы, уменьшенной на связанную энергию: G = H – TS Для расчета изменения свободной энтальпии металлургических реакций, которые всегда протекают при высоких температурах, используют приближенные методы. Термодинамические процессы (реакции) будут протекать в направлении, соответствующем записи уравнения (слева направо), если изменение характеристической функции является отрицательным. Исключение составляют адиабатические процессы (U и V = const или Н и р = const), характеристической функцией которых является энтропия. В этом случае процесс протекает, если изменение энтропии будет положительным. 6. Какого химическое сродство элементов и образования из них соединений. Химическое сродство элементов является причиной образования из них соединений. В изобарно-изохорических процессах сродство определяется по величине изменения свободной энергии. В избарно-изотермических – по изменению свободной энтальпии при наличии химического сродства соответственно: F < 0 и G < 0. Чем больше сродство веществ реакции, тем большей убылью свободной энергии или свободной энтальпии она сопровождается. Т = const (химическое сродство) Р Т = –G = –H + TS. Если G < 0, то реакция протекает самопроизвольно, при G = 0 – реакция находится в равновесии, при G > 0 – для протекания реакции необходима дополнительная энергия. Из уравнения следует, что при более низких температурах на величину химического сродства большое влияние оказывает тепловой эффект реакции Н, а при повышенных – энтропия. Если S < 0 Особое положение занимает углерод. В то время, как у всех остальных элементов при реакции с кислородом изменение свободной энтальпии при повышении температуры возрастает, изменение свободной энтальпии реакции углерода с кислородом с повышением температуры постоянно убывает сродство металлов к кислороду при повышении температуры снижается, а углерода – возрастает. Из этого следует, что при высокой температуре углерод может восстанавливать почти все оксиды. Для оценки металлургических процессов важно знать химическое сродство элементов к кислороду, сере, углероду, азоту и т.д. Каждый элемент с более высоким сродством к кислороду способен восстанавливать оксиды элементов, которые имеют более низкое сродство к кислороду 7. Сформулируйте третий закон термодинамики. Третий закон термодинамики иногда формулируют следующим образом: температура абсолютного нуля не может быть достигнута при конечном числе циклов. Отсюда третье начало трактуется как принцип недостижимости абсолютного нуля. Другая формулировка третьего начала – энтропия чистых веществ, существующих в виде идеальных кристаллов, которая при температуре абсолютного нуля равна нулю и положена в основу расчетов абсолютных значений энтропий различных веществ. 8. Химическое сродство. См пункт 6 9. Плавление и испарение металлов. Чистые металлы переходят из твердого состояния в жидкое при определенной температуре, которая является неодинаковой для различных металлов, зависит от внешнего давления и остается во время плавления постоянной. Сплавы в отличие от чистых металлов плавятся в некотором интервале температур, зависящем от состава сплава и внешнего давления. Тепло, необходимое для расплавления, расходуется на преодоление межатомных сил притяжения и на увеличение его объема. Это тепло, которое называется скрытой теплотой плавления, выделяется при твердении металлов. Различают молекулярную скрытую теплоту плавления Нпл и удельную скрытую теплоту плавления lпл. Мольная скрытая теплота плавления понимают количество тепла, необходимое для расплавления одного моля вещества. Удельная скрытая теплота плавления – количество тепла, необходимое для расплавления 1 кг вещества. Взаимосвязь между мольной скрытой теплотой плавления и удельной скрытой теплотой плавления описывается соотношением Нпл = lплМ. Как правило, скрытая теплота плавления металла тем больше, чем выше его температура плавления. На теплоту плавления влияют как внешнее давление, так и присутствие других элементов. Зависимость теплоты плавления от внешнего давления выражается уравнением Клаузиуса: Плавление веществ связано с изменением энтропии. Поскольку процесс является изотермическим, то есть протекает при постоянной температуре, то изменение энтропии выражается соотношением Sпл = Нпл / Тпл, Такое же уравнение справедливо для твердения веществ. При плавлении энтропия возрастает (снижается степень упорядоченности частиц структуры вещества), при твердении энтропия падает. Плавление металлов всегда сопровождается их испарением. Для испарения металлов расходуется энергия в форме тепла, необходимого как для преодоления межатомных сил, так и для выполнения внешней работы, затрачиваемой на увеличение объема при переходе расплава в пар. Испарение расплава происходит до тех пор, пока давление его паров над расплавом не достигнет давления насыщенного пара. В этот момент между расплавом и его парами наступает равновесие: количество молекул, переходящих из расплава в пространство над ним, равно количеству молекул, переходящих в расплав из окружающего пространства. Насыщенный пар – пар, находящийся в равновесии с жидкостью и твердым телом, того же состава. Давление насыщенного пара для различных веществ различно. Чаще всего его измеряют в паскалях. Давление зависит от температуры. При повышении температуры давление пара увеличивается. Однако величина скрытой теплоты испарения с повышением температуры снижается. Если давление насыщенного пара достигает величины внешнего давления, то происходит кипение во всем объеме расплава. При повышении внешнего давления растет и температура кипения расплава и наоборот. 10. Термодинамические основы плавильного процесса. Состав фаз, участвующих в плавке. Под термодинамической системой понимают комплекс физических тел, находящихся во взаимодействии между собой, мысленно обособленный от окружающей среды. Совокупность всех свойств термодинамической системы определяет ее состояние. Любая физическая величина, влияющая на состояние системы — объем, давление, температура, внутренняя энергия, энтальпия или энтропия, — носит название термодинамического параметра или просто параметра. Для наиболее простой системы — идеального газа — можно ограничиться двумя параметрами Т и р, так как молярный объем v определяется из уравнения состояния газа. Изменение хотя бы одного параметра состояния приводит к изменению всей системы, называемой термодинамическим процессом. Термодинамические процессы следует разделять на обратимые и необратимые. Обратимым процессом называется такой процесс, который, будучи проведенным в прямом и обратном направлениях, не оставляет никаких изменений в окружающей среде. Обратимый процесс можно рассматривать как сумму бесконечно близких равновесий, когда бесконечно малое изменение параметров (внешних условий) может изменить направление процесса. Поэтому истинно обратимый процесс может совершаться только с бесконечно малой скоростью, с тем чтобы соблюдалось условие равновесия или обратимости. Обратимый процесс можно отождествить с термодинамическим равновесием, т. е. с таким состоянием системы, при котором взаимно компенсированные процессы не приводят к изменению состава и параметров системы. Работа, совершаемая обратимыми процессами, — максимально достижимая, так как при изменении направления процесса энергия не расходуется на изменения, остающиеся в окружающей среде. В процессе кристаллизации изменяются и концентрация фаз (поэтому состав жидкости изменяется), и количество каждой фазы (при кристаллизации количество твердой фазы увеличивается, а жидкой уменьшается). В любой точке диаграммы, когда в сплаве одновременно существуют две фазы, можно определить количество обеих фаз и их концентрацию. По диаграмме состояния можно также установить, является ли образующаяся кристаллическая фаза твердым раствором, химическим соединением или чистым компонентом. Для этого служит так называемое правило рычага, или правило отрезков. Большое число возможных сочетаний фаз свидетельствует об исключительной сложности процесса плавки. В реальных условиях на число взаимодействий накладывается ряд ограничений. Наиболее вероятно вступление во взаимодействие двух фаз. Наибольшее влияние на конечный результат плавки оказывает взаимодействие газов, шлака и металла между собой. Твердые фазы. Для описания строения твердых фаз обычно используют хорошо разработанную в физике твердого тела теорию кристаллического строения вещества. (Fe, С, Co, Mn, NaCl, Mg2Si, AuAl2 и др.). Строение металла как в твердом, так и в жидком состоянии характеризуется наличием металлических связей, что определяет его свойства: электро- и теплопроводность, прочность и т.д. Жидкие шлаки. В составе шлаков обычно содержатся окислы кремния, алюминия, кальция, магния, железа, марганца и других элементов, и соединений, входящих в состав сплава, футеровки и флюсов. Существует несколько теорий строения шлаковых расплавов. Согласно молекулярной теории шлак состоит из молекул окислов SiO2, Al2O3, CaO и др. В то же время опытные данные свидетельствуют о том, что в шлаке присутствуют электрически заряженные частицы и на этой основе развивается ионная теория строения шлаков. В соответствии с этой теорией шлаки представляют собой ионный раствор, содержащий катионы Са2+, Fe2+, Mg2+ и анионы O2- , SiO4 4- , AlO33- и др. Газовая фаза. В газовой фазе могут присутствовать простые двухатомные газы О2, N2, H2, газы-окислы Н2О, СО2, СО, SO2, NO и другие газы – СН4, Н2S. Для газов характерны ковалентные связи, электрическая проводимость появляется лишь при высоких температурах, близких к температурам перехода газов в состояние плазмы, то есть ионизированного газа. Газовая фаза может быть специально создаваемой, активно участвующей в металлургическом процессе, например, в качестве теплоносителя или химического реагента либо присутствующей при плавке в силу сложившихся условий (например, газовая фаза в индукционной печи). 11. Межфазные взаимодействия при плавке. Отдельные вещества (компоненты) и однородные совокупности веществ, ограниченные поверхностью раздела (фазы) вступают между собой в различные взаимодействия. В общем случае можно выделить следующие фазы: газ, твердый металл, твердый углерод, флюс, футеровка, жидкий металл, жидкий шлак. Взаимодействовать могут компоненты двух и более фаз. Число взаимодействий Bmn определяется числом сочетаний из m по n: Bmn = m!/[n!(m – n)!]. Таким образом, для общего случая процесса плавки, то есть когда присутствуют все семь фаз, возможно следующее количество взаимодействий: В72 = 21, В73 = 35, В74 = 35. Большое число возможных сочетаний фаз свидетельствует об исключительной сложности процесса плавки. В реальных условиях на число взаимодействий накладывается ряд ограничений. Наиболее вероятно вступление во взаимодействие двух фаз. Следующим ограничением, обычно имеющим место, является отсутствие достаточно развитого контакта участвующих фаз и компонентов. Следует отметить, что в плавильном агрегате почти все вещества присутствуют не в одной, а в нескольких фазах и могут вступать в гомогенные и гетерогенные взаимодействия. Наибольшее влияние на конечный результат плавки оказывает взаимодействие газов, шлака и металла между собой. (Про фазы в п.10) 12. Физико-химические взаимодействия в процессе плавки. Гетерогенное взаимодействие в общем случае состоит из следующих стадий: диффузии исходных компонентов к поверхности раздела; адсорбции на этой поверхности; химическом взаимодействии; десорбции продуктов реакции; диффузии продуктов реакции в одну или обе фазы. Вместо химического взаимодействия может быть переход компонентов поверхности раздела (растворение). Диффузия происходит в объеме фазы. Переход границы раздела фаз связан с поверхностными явлениями и механизмом химического взаимодействия или растворения. Состав поверхностных слоев реагирующих фаз также отличается от их состава в объеме фаз. Здесь большую роль могут играть явления адсорбции. Для процессов плавки существенное значение имеет образование жидких растворов – металлического и шлакового. Механизм растворения может быть различным в зависимости от природы растворителя и растворяемых компонентов. Различают химическое, дисперсное и сольватационное растворение. При химическом растворении растворитель и растворяемое вещество вступают в химическую реакцию, в результате которой один из ее компонентов оказывается в растворе. Химическое взаимодействие происходит на поверхности раздела и является центральным моментом механизма взаимодействия фаз. Многие гетерогенные реакции являются электрохимическими по своей природе. Реагирующий газ Х служит катодом, в то время как металл Ме – анодом, пленка окисла сульфида или галогенида между газом и металлом – электролитом. Катионы, анионы, так же, как и электроны, способны диффундировать через эту пленку. В состоянии электрохимического равновесия на границе раздела фаз появляется скачок электрического потенциала, а в ионном расплаве шлака создается двойной электрический слой. Притяжение между ионами приводит к появлению за первым слоем избыточных зарядов противоположного знака. Процесс повторяется несколько раз, распространяясь в глубь расплава и постепенно затухая по мере ослабления электростатических сил и выравнивания распределения ионов за счет естественного теплового движения. 13. Основная характеристика способов легирования сплавов. Легирование – это введение в состав сплавов легирующих элементов (Cr, Ni, Mo, W, Ti и др.) для придания сплавам определенных физикохимических или механических свойств. По количеству введенных элементов различают низколегированные (суммарное содержание легирующих до 5,0 %), среднелегированные (5,0–10 %) и высоколегированные (более 10 %) стали. В металлургии легирование производится в основном введением в расплав или шихту дополнительных веществ (например, в сталь — хрома, никеля, молибдена), улучшающих механические, физические и химические свойства сплава. Для изменения различных свойств (повышения твёрдости, износостойкости, коррозионной стойкости и т. д.) приповерхностного слоя металлов и сплавов применяются также и разные виды поверхностного легирования. Легирование проводится на различных этапах получения металлического материала с целями повышения качества металлургической продукции и металлических изделий. Видами лигатур являются: а) лигатуры в жидком виде; б) лигатуры в твердом виде; в) порошки легирующих элементов. 14. Основная характеристика способов модифицирования сплавов. Модифицирование сводится к введению в сплав веществ (модификаторов), вызывающих измельчение размеров и благоприятное изменение формы структурных составляющих. Модификаторы не изменяют «сущности» сплава, так как вводятся в небольших количествах, но изменяют его структуру. Многие из них активно взаимодействуют с компонентами сплава в жидком состоянии, в результате чего эффект модифицирования при выдержке в таком состоянии ослабляется. Введение модификаторов в ряде случаев сопровождается благоприятным воздействием на вредные примеси (раскислением, дегазацией, связыванием серы в устойчивые сульфиды). По воздействию они делятся на два рода. Модификаторы первого рода непосредственно образуют центры кристаллизации. Они должны либо сами обладать высокой температурой плавления и создавать твердые частицы, вызывающие гетерогенные образования зародышей, либо образовывать с компонентами сплавов тугоплавкие соединения, играющие такую же роль. И.В. Мальцев предложил следующие критерии для выбора модификаторов первого рода: добавка должна образовывать устойчивое тугоплавкое соединение с одним из компонентов сплава (желательно сего основой) или же сам модификатор должен иметь более высокую температуру плавления, чем основа сплава. Гораздо большее значение имеют модификаторы второго рода, являющиеся поверхностно активными веществами. При кристаллизации они концентрируются на поверхности растущих кристаллов и тормозят их рост. Это должно вызывать увеличение переохлаждения перед фронтом кристаллизации и создавать условия для ускорения возникновения новых центров кристаллизации. При выборе модификаторов второго рода можно использовать следующие положения. Добавка должна иметь низкий коэффициент распределения в кристаллизующиеся вещества. Это вызовет концентрацию атомов добавки вблизи поверхности кристалла. Растворимость добавки в твердой фазе должна быть небольшой – в пределах 0,01–0,1 ат.%. Добавка должна образовывать с основой сплава эвтектику с температурой, близкой к температуре плавления основы сплава. Модификаторы второго рода не только измельчают зерно, но и изменяют формы роста кристаллов. Они препятствуют развитию игольчатых или пластинчатых кристаллов, придавая им округлые формы. Обычно они имеют невысокие температуры плавления, часто более низкие, чем температура плавления основы сплава. Размер зерна при увеличении количества добавки модификаторов обоих родов первоначально уменьшается пропорционально ее концентрации. 15. Основная характеристика способов рафинирования сплавов. Рафинирование – это очистка от вредных примесей. Даже при точном выполнении процесса плавки в расплаве остаются примеси, попавшие с шихтой, образующиеся в результате взаимодействия расплава с футеровкой, атмосферой, шлаком и т.д. Примеси бывают трех видов: растворимые металлические; взвешенные неметаллические; газообразные. Способ рафинирования выбирают в зависимости от состава сплава, вида примесей. Основными способами являются: окисление, флюсование, дегазация, фильтрация или комбинированные методы. Окислением очищают расплавы в печи от растворимых металлических примесей (медь от Рb, Fe, Ni, As, Vi, Sb, а никель – от Si, S, Mg, Mn и др.). Продувкой воздухом очищают сплавы железа от C, Si, P, Mn. Добавка должна иметь большее сродство к кислороду (S, Cl, F), чем рафинируемый расплав. Флюсование. Ф л ю с ы – это в основном материалы минерального происхождения. П о к р о в н ы е флюсы предохраняют твердую шихту от окисления, а расплав от контакта с атмосферой. Р а ф и н и р у ю щ и е флюсы содержат химически активные компоненты, которые образуют с примесями нерастворимые соединения, и ошлаковывающие вещества, которые обволакивают твердые примеси и выносят их в шлак. Дегазация. Если газ с металлом при кристаллизации образует твердые растворы, то на качество отливок это сильно не влияет. Если же газ с металлом образует жидкие растворы, то затем он выделяется, образуя поры или раковины. Дегазация физическим воздействием. Она осуществляется путем вибрации или обработки сплава ультразвуком. Возникают разрывы сплошности расплава, то есть микроскопические полости с глубоким вакуумом, в которые устремляется газ в атомарном состоянии и благодаря вакууму переходит в молекулярное состояние. Пузырьки накапливаются, увеличиваются в размере и удаляются в атмосферу, унося заодно и твердые включения примесей. Провзаимодействовать с металлом вновь газ не может, так как находится уже в виде молекул. Такая обработка способствует и измельчению структуры металла, что повышает его механические свойства. Вакуумирование. По закону Сивертса: S = К√P Создание разрежения над металлом сопровождается понижением температуры кипения и усилением выделения газа из металла. С пузырьками газов из расплава выносятся в шлак и твердые включения. Сплавы с легкоиспаряющимися компонентами не вакуумируют, так как они испаряются вместе с газами. Фильтрация. Даже после лучших способов рафинирования в расплаве остаются неметаллические включения в виде оксидных плен и шлака. Для окончательной очистки расплав подвергают фильтрации через инертные, активные фильтры или жидкие солевые растворы. Так же есть методы: 1. Продувка газами. Промывные газы делятся по отношению к сплаву на инертные (например, N, Ar, He) и активные (хлор). В пузырьки промывного газа диффундируют растворенные в металле газы. Чем мельче пузырьки промывного газа, тем медленнее они всплывают и больше собирают газовых пузырьков из металла, а заодно и твердых включений. 2. Обработка хлоридами. 3. Выдержка расплава в атмосфере инертных газов. 4. Перегрев применяют для низкотемпературных сплавов (цинковых, латуни и т.д.). 5. Отстаивание используют для Al и Mg сплавов в тех случаях, когда разница плотностей сплава и неметаллических (крупных) включений значительная. 16. Технологические приемы и механизм улучшения физикомеханических свойств жидких расплавов. Флюсование. Ф л ю с ы – это в основном материалы минерального происхождения. П о к р о в н ы е флюсы предохраняют твердую шихту от окисления, а расплав от контакта с атмосферой. Р а ф и н и р у ю щ и е флюсы содержат химически активные компоненты, которые образуют с примесями нерастворимые соединения, и ошлаковывающие вещества, которые обволакивают твердые примеси и выносят их в шлак. Флюсование может быть верхнее, нижнее и по всему объему в зависимости от плотности примесей. Очень важно, чтобы флюсы лучше смачивали примеси, чем расплав, при этом поверхностное натяжение флюсов должно быть минимальным. Лигатура Модифицирование Раздел 3. Гидравлические и тепловые процессы в системе «расплав – форма» 1. Методы исследования процессов затвердевания. Экспериментальные методы основаны на прямом измерении скорости перемещения твердого слоя металла в зависимости от времени τ. По измеренным величинам рассчитывается константа затвердевания К, а затем по закону квадратного корня высчитывается величина затвердевшего слоя металла: К ∗ √𝑡 где К – константа затвердевания 1) Метод выливания жидкого остатка. Из форм, залитых одним и тем же сплавом при постоянной температуре, через разные промежутки времени выливают жидкий остаток и измеряют толщину затвердевшего слоя металла. Метод непригоден для широкоинтервальных сплавов. 2) Метод исследования по макроструктурным слоям. Путем добавления в расплав серы, радиоактивных веществ или путем вибрации формы получают для изучения четкие выделенные границы твердой фазы. 3) Метод прямого измерения температурного поля отливки и формы. Измеряют из с помощью термопар, вмонтированных как в отливку, так и в форму на различных расстояниях от поверхности металл–форма Графические методы. Они позволяют по графикам, номограммам, построенным на основании опытных данных, подтвержденных аналитически, определить время затвердевания для конкретных отливок, установить зависимость времени от температуры и другие зависимости. 4)Математические методы – основаны на решении дифференциального уравнения Фурье для теплопереноса в системе отливкаформа. Однако уравнение выведено на основе общих физических законов. Для каждого конкретного случая к данному уравнению необходимо добавить математически выраженные особые условия этого случая (краевые условия). Краевые условия учитывают геометрические условия (форму и размер тела), физические условия (физические свойства тела и окружающей среды), граничные условия и временные условия. 5)Приближенные методы. Это более простые решения на основе расчетов и предложений, позволяющих получать довольно точные результаты. К приближенным относятся полуэмпирические и численные методы. При полуэмпирических (инженерные) расчетах используют отдельные параметры в виде безразмерных критериев, что упрощает расчеты. Численные методы трудоемкие, основой их является метод элементарных (тело разбивается на элементарные объемы) тепловых балансов. Эти методы не требуют упрощающих допущений, используются для расчета температурного поля и процесса затвердевания конкретных отливок. При этих методах из-за трудоемкости применяют ЭВМ. 6. Аналоговые методы. Они используют подобие процесса теплопереноса другим теплофизическим процессам. Процесс затвердевания изучается на моделях (растворах солей, даже на стеарине), а затем результаты измерений переносятся на процесс затвердевания реальных отливок 7. Графические методы. Они позволяют по графикам, номограммам, построенным на основании опытных данных, подтвержденных аналитически, определить время затвердевания для конкретных отливок, установить зависимость времени от температуры и другие зависимости 2. Инженерный метод расчета тепловых процессов. Обычные для практики технологические условия формирования отливок могут быть учтены по методу Н.Г. Гиршовича, Ю.А. Нехендзи и Б.Б. Гуляева, который состоит в том, что первоначально расчет ведут по строгим формулам классического решения, а затем в него вводят поправки на влияние технологических факторов. При этом классическое решение представляют в критериальном виде. Наибольшее значение имеют следующие критерии теплового подобия: 1. 𝐾𝐿 = 𝐿/(𝐶 ∗ 3 ) – критерий скрытой теплоты затвердевания (L – скрытая теплота затвердевания; с – теплоемкость твердого металла; Θ3 = t3 – tо.ф, где t3 – температура кристаллизации и tо.ф – начальная температура формы до заливки). Этот критерий характеризует относительную тепловую мощность процесса. 2. 𝐾Ф = 𝑏ф /𝑏м – критерий тепловой активности, представляющий отношение коэффициентов теплоаккумуляции формы bф и металла bм, то есть b с (λ – коэффициент теплопроводности; с – теплоемкость; γ – плотность). Критерий Кф характеризует интенсивность теплообмена между отливкой и формой. По своему физическому смыслу он близок к критерию Био. 3.𝐾𝑘 = 𝐾/√𝑎 – критерий коэффициента затвердевания (К – коэффициент затвердевания; а – коэффициент температуропроводности металла). Критерий Кк связан критерием Фурье соотношением к о К F 1. Основное уравнение классического решения записывают через эти критерии следующим образом: 𝐾𝑘 = 1+𝐾ф erf(1⁄2𝐾𝑘 ) exp(−1⁄4𝐾𝑘 2 ) ∗ 2𝐾в √п∗𝐾𝐿 3. Тепловые процессы при затвердевании отливок. При затвердевании и охлаждении отливки в системе отливка–форма происходят следующие нестационарные тепловые процессы: – переход тепла через жидкий металл; – переход тепла через твердый металл; – передача тепла от расплава в форму; – передача тепла от твердого металла в форму; – передача тепла от твердого металла в форму через зазор между затвердевшей корочкой металла и формой; – переход тепла через форму; – излучение тепла открытыми прибылями. Условия теплопередачи от металла в форму постоянно меняются: температура отдельных точек системы отливка–форма изменяется во времени. 4. Классификация способов заливки формы. Структура потоков расплавов. Конфигурация и параметры свободной струи расплава. 1. Литьё в песчаные формы 2. Литьё в вакуумно-пленочные формы 3. Литьё в кокиль 4. Литьё под давлением 5. Литьё по выплавляемым моделям 6. Литьё по газифицируемым моделям 7. Центробежное литьё 8. Литьё в оболочковые формы Литье в разовые, полупостоянные и постоянные формы. Структура потоков расплавов зависит от уровня подготовки литейщика, они могут быть непрерывными и прерывистые. При свободном истечении металлического расплава из ковша в воздухе образуется свободная струя. Скорость истечения расплава из ковша описывают уравнением Торичелли: 𝜈 = 𝐼√2𝑔ℎ𝑒 , м/с где I – коэффициент скорости, учитывающий потери на трение (независимо от природы жидкости, I = 0,97); hк – гидростатический напор, определяемый расстоянием от уровня поверхности расплава в ковше до точки, где определяется скорость, м. При этом статическая энергия полностью превращается в энергию движения (кинетическую). Падающий поток не оказывает на окружающую среду никакого давления. Схемы свободных струй представлены на рис. 6. 5. Элементы литниковой системы, особенности работы отдельных ее элементов, рассчитываемые параметры. Элементы литниковой системы: 1 - литниковая чаша; (предназначается для удобства заливки расплава в форму и частичного удержания шлака) 2 - стояк; (вертикальный канал круглого сечения, соединяющий литниковую чашу и шлакоуловитель) 4 - шлакоуловитель; (задерживать шлак, попавший из литниковой чаши, и облегчать подвод расплава к отливке) 5 - питатели; (каналы, соединяющие шлакоуловитель с литейной полостью формы) 3 - зумпф; (отстойник под шлакоуловителем, для того чтобы металл не разрушил форму) 6 - тупик – элемент литниковой системы, предназначенный для накопления шлаков При расчет литниковых систем считают площадь поперечного сечения питателей. Размеры шлакоуловителя и стояка. 6. Заполненный и незаполненный каналы. Виды сопротивлений течению расплава. Влияние физических свойств сплавов на их течение. Открытые (незаполненные), закрытые (заполненные) литниковые системы. Незаполненные (открытые) литниковые системы обеспечивают наиболее спокойное заполнение полости формы, поэтому их рекомендуется использовать при литье легко окисляющихся сплавов, образующих прочные оксидные плены. При литье сплавов, образующих непрочные оксидные плены, можно применять закрытые литниковые системы. В литниковых системах встречаются следующие сопротивления, и соответственно, потери напора: 1. Повороты каналов (Ппов) 2. Резкие изменения сечений (Псеч): 3. Вход из широкой полости в узкий канал Пк (из чаши к стояку), как правило, равен Пк = 0,5. 4. Сопротивление в виде сетки Пс, обычно равно Пс = 5. 5. Потери на трение Физические свойства сплавов: температура плавления, плотность, температурный коэффициент, электросопротивление и теплопроводность. 7. Рассчитываемые параметры шлакоуловителя и питателей. Условия эффективной работы. При расчет литниковых систем считают площадь поперечного сечения питателей. Размеры шлакоуловителя и стояка. 1. Для питателей рассчитывается площадь поперечного сечения. 𝐹пит = √𝑀𝑄 , где Fпит - суммарная площадь поперечного сечения всех питателей, см2; Q — вес отливки, кг; М — коэффициент, величина которого зависит от толщины стенок отливки. При толщине стенок отливки до 15 мм коэффициент М принимается равным 0,41, при толщине стенок от 16 до 30 мм — 0,47 и при толщине стенок свыше 30 мм — 0,55. 2. Для шлакоуловителя и стояка размеры определяются в зависимости от суммарной площади поперечного сечения питателей, взятого из соотношения: Fст : Fшл : Fпит = 1,4:1,2:1,0, где Fст— площадь поперечного сечения стояка, см2; Fшл — площадь поперечного сечения шлакоуловителя, см2. Недостаточные размеры литниковых систем увеличивают продолжительность заполнения формы и в результате образования спаев и недоливов могут привести к браку литья. В практике шлакоуловители чаще всего применяют трапециевидные. Сечение шлакоуловителя по его длине при замкнутой системе оставляют постоянным. После прохождения последнего питателя шлакоуловитель несколько продолжают, чтобы образовать тупик, в котором будут скапливаться металлические включения. Рекомендуемые соотношения размеров сечения шлакоуловителя и питателей приведены на рис. 3. Большое значение имеет и количество питателей. Только небольшие компактные отливки могут заполняться через один питатель. Чем меньше толщина стенки отливки, тем больше должно быть количество питателей, иначе в форме может наблюдаться незаполнение отдельных участков. 8. Вихревые потоки и их влияние на качество отливок. Типы вихрей, их скорость и зависимость от конструкции формы и полостей в ней. Вихревое движение металла в полости формы приводит к необходимости при проектировании литниковых систем учитывать все факторы, которые бы снижали развитие турбулентности и исключали возможность появления в полости формы крупномасштабных вихрей. Вихревые потоки всегда возникают при резком изменении сечения каналов и отрыве пограничного слоя. При перемещении сплавов с большой скоростью и большим динамическим напором в потоке возникают кавитационные полости, приводящие к появлению в жидкости пузырьков газа или пара. При перемещении его из области пониженного статического (и повышенного динамического) давления в полость повышенного давления происходит захлопывание пузырьков, сопровождающееся повышением местных давлений, которые достигают иногда очень больших значений. Ударная волна при этом разрушает стенки каналов или дендриты на границе затвердевания отливок. Склонность к кавитации определяется безразмерным критерием, называемым числом кавитации: Кавитация появляется в том случае, когда число кавитации Qк < 1. Таким образом, главными направлениями управления процессами формования отливок являются: – выбор схем и средств воздействия на жидкий металл, предупреждающих развитие в полости формы турбулентности и вихреобразования; – управление струйным движением в объеме разливаемого металла за счет применения рациональных форм выходных сечений и других средств; – управление процессами формирования пограничных слоев и мест их отрыва с обтекаемых поверхностей для равномерного теплоотвода. Большое значение при проектировании гидравлических систем имеет определение мест отрыва пограничных слоев. При течении расплавов в суживающихся каналах скорость потока непрерывно увеличивается и пограничный слой не отрывается. Наоборот, при применении расширяющихся каналов скорость непрерывно убывает и на определенном расстоянии от места входа потока пограничный слой отрывается. Интенсивность развития вихрей в полости формы зависит от скорости потока и формы подводящего канала. При одном и том же поперечном сечении подводящего канала скорость потока при выходе из сужающегося канала больше, чем скорость потока при выходе из цилиндрического канала (рис. 9). Для значительного снижения скорости истечения применяют расширяющийся канал с углом наклона стенок не более 7о. При выборе метода подвода металла необходимо учитывать, что при равных сечениях каналов Vсх > V > Vрасх. Вихривые потоки могут разрушать полость формы что приведет к плохому качеству отливки. 9. Влияние конструктивных особенностей полостей формы на движение расплава. Конструкция полости формы и конструкция ее вентиляционной системы также оказывают влияние на характер движения расплава в полости формы. При заполнении форм сложных отливок с ребрами, бобышками создаются условия для захвата воздуха потоком расплава. Гидравлическое сопротивление полости формы оказывает существенное влияние на характер движения потока. Конструкция вентиляционной системы влияет на характер движения потока расплава в полости формы и металлопроводе. Уменьшение площади вентиляционных каналов приводит к возрастанию противодавления воздуха в полости формы, способствует гашению колебаний и снижает скорость потока расплава. 10. Влияние вихревых потоков на шлакоотделение в литейной чаше и шлакоуловителе. Эпюра силовых воздействий на шлаковые частицы. Литейная чаша является основным элементом литниковой системы, обеспечивающая задержание шлаковых включений. Металл в чаше образует завихрение 1 и по направлению 2 и 3 течет в стояк 4. На частицу шлака 5 действует определенная система сил: а) выталкивающая сила перемещает частицу со скоростью V1; б) при вращении частицы в вихре на нее действует центростремительная сила, которая перемещает частицу одновременно к оси вращения со скоростью V2; в) тангенциальная скорость вихря u3 влечет частицу к стояку. Однако кратковременность процесса заполнения форм и высокие скорости потоков металла даже при самых тщательных мерах не позволяют обеспечить полного задержания шлака в литниковой чаше и тем более в стояке, который промывается расплавом. Удаление частиц не происходит, если плотность у частиц и металла приблизительно одинакова (например, Al и SiO2 – r » 2700 кг/м3). Если плотность частиц больше, чем плотность частиц металла (например, Mg и SiO2, у Mg – r » 1700 кг/м3), то частицы будут оседать на дно. В точке 2 (рис. 22, а) вся кинетическая энергия переходит в статическую, уровень повышается на величину Dh, после чего последовательно заполняется весь объем. Частицы включений уносятся потоком со скоростью V1, выталкивающая сила выносит их вверх со скоростью Vв, а результирующая V является истинной скоростью всплывания частиц (рис. 22, б). Из сравнения скоростей Vт и Vв видно, что в коротком шлаковике всплывают только крупные частицы. Эффективность улавливания шлаковых включений можно повысить в гребенчатых шлаковиках, где за каждым зубцом образуется завихрение, которое быстрее выносит частицы за его пространство (рис. 22, в, г). Количество воздуха, попадающего в стояк, зависит также от конструкции и объема литниковой чаши. При большом объеме металла в чаше вероятность всплывания газовых пузырей увеличивается; бурное перемешивание металла приводит к появлению в чаше круговых потоков металла и образованию вихревой воронки, через которую засасывается воздух в литейную форму. Вихревая воронка особенно часто возникает при низком уровне металла в чаше, а также при большой высоте падения струи из ковша и прерывистой заливке металла в форму. 11. Зависимость турбулентности потока от состояния поверхности формы и меры предупреждения турбулентности. Вихревое движение металла в полости формы приводит к необходимости при проектировании литниковых систем учитывать все факторы, которые бы снижали развитие турбулентности и исключали возможность появления в полости формы крупномасштабных вихрей. Оптимальная литниковая система должна иметь минимальную протяженность, обеспечивать максимально быстрое заполнение металла и участков системы до фильтров, а после фильтров исключить возможность турбулентности расплава и инжекцию воздуха. 12. Закон Бернулли о непрерывности потока. Ламинарное и турбулентное движение потока в каналах литейной формы. При движении жидкости в закрытом канале (рис. 4) в направлении от сечения 1 к сечению 2 происходят взаимные переходы кинетической и потенциальной энергии частиц жидкости. При этом в силу закона сохранения сумма обоих видов энергии остается постоянной. Потенциальная энергия определяется высотой частицы Z над произвольно выбранным уровнем, где Z = 0, и давлением . Кинетическая энергия определяется линейной скоростью движения частиц V. Количественно закон постоянства энергии в рассматриваемом потоке выражают равенством Z1 + р1 / g + V12 / 2g = Z2 + р2 / g + V22 / 2g Течение жидкости может быть ламинарным и турбулентным. При ламинарном характере отдельные струи текут, не перемешиваясь, в виде параллельных нитей или слоев. При турбулентном течении струи произвольным образом перемешиваются, частицы жидкости движутся не только вдоль, но и поперек общего потока. Характер течения жидкости определяется взаимодействием сил инерции и сил вязкости. Преобладание сил вязкости приводит к ламинарному движению. 13. Законы гидростатики и гидродинамики. После сокращения на f получаем основное уравнение гидростатики: Р = Рвн + gh. Согласно нему давление внутри жидкости равно сумме внешнего давления, оказываемого на жидкость, и давления самой жидкости, определяемого произведением плотности на земное ускорение и на глубину рассматриваемой точки от свободной поверхности. Давление в жидкости действует одинаково по всем направлениям Закон Паскаля: внешнее давление, приложенное к жидкости, передается равномерно и одинаково по всем направлениям и во все точки жидкости. 𝑃 = 𝑃вн + 𝜌𝑔ℎ Закон постоянного расхода: металлические расплавы обладают плотностью, не зависящей от давления. Поэтому при течении металлического расплава по полностью заполненному каналу, площадь поперечного сечения которого переменна и составляет f1, f2, f3, ..., fn, наблюдается постоянство объемного расхода g = V1f1 = V2f2 = V3f3 = ... = Vnfn. Здесь V – средняя линейная скорость потока на участке канала с соответствующим сечением. Поскольку плотность расплава остается при всех условиях неизменной, то и массовый расход m = g тоже постоянен Закон Бернулли. (Вопрос 12). Гидравлический радиус есть отношение площади поперечного сечения потока жидкости к смоченному периметру. Например, если канал имеет пря- моугольную форму в поперечном сечении с размерами а и b и целиком заполнен потоком, то площадь F = ab, смоченный периметр Р = 2(a + b), гидравлический радиус Rгидр = F/P = ab/2(a + b), эквивалентный диаметр dэкв = 2ab/(a + b). (Находится в основах гидростатики и гидродинамики, не факт что нужен здесь, но возможно). 14. Давление жидкого металла на стенки литейной формы. При заполнении форм расплав протекает по вертикальным и горизонтальным каналам – литниковой системе. В каждой точке расплав оказывает на стенки канала определенное давление, которому соответствует статический напор металла hс = Р/g. Расплавленные металлы (расплавы) представляют собой жидкости, которые подчиняются общим физическим законам гидравлики. Расплав, находящийся в емкости (форме), оказывает на ее стенки давление Р = hc . . g, Па, где – плотность металла, кг/м3 ; hc – высота уровня металла над тачкой измерения давления, м; g – ускорение силы тяжести, м/с2 . Наибольшее давление расплава наблюдается в месте, где высота максимальная (hmax), то есть на дне емкости (формы). Высота характеризует статическую энергию расплава, находящегося в форме 15. Температурное поле «сплав-форма» и его изменение в процессе охлаждения отливки. Метод построения температурного поля. Экспериментальные методы исследования процессов затвердевания основаны на прямом измерении скорости перемещения твердого слоя металла в зависимости от времени τ. Для построения температурного поля плоской отливки, затвердевающей в форме в пределах продолжительности затвердевания отливки, произвольно выделяем моменты времени, для которых будем строить изохоры. 16. Давление расплава на стенки формы. Изменение давления в вертикальных и горизонтальных каналах. При заполнении форм (рис. 7) расплав протекает по вертикальным и горизонтальным каналам – литниковой системе. В каждой точке расплав оказывает на стенки канала определенное давление, которому соответствует статический напор металла hс = Р/g. Скорость течения металла в той же точке равна напору hc = V2 /2g На рис. 7 эта зависимость отображена схематически. Расплав протекает через вертикальный 1 и горизонтальный 2 каналы и вытекает из более узкого канала 3. В точке 1 вертикального канала скорость металла небольшая, поэтому и напор hк1 небольшой, а потенциальная энергия hn1 – большая. Оставшаяся часть напора hc1 создает определенное давление на стенки канала 1. 17. Особенности заполнения литниковых каналов тонкостенных отливок. Трудности заполнения будут возрастать обратно пропорционально квадрату толщины стенки отливки. Чем тоньше стенка, тем выше должен быть перегрев для обеспечения формозаполняемости. Опыт показывает, что формозаполняемость вертикальных стенок лучше, чем горизонтальных Подвод металла сверху обеспечивает лучшую формозаполняемость, чем подвод снизу Утолщения стенок, расположенные вдоль направления потока, улучшают формозаполняемость формы расплавом, а утолщения стенок, расположенные поперек направления потока, ухудшают формозаполняемость Для обеспечения формозаполняемости применяется рассредоточенный подвод несколькими литниками Металл, протекая по распределительному каналу большего сечения, мало охлаждается и проходит меньший путь в тонком сечении. При выборе места подвода металла к отливке обязательно учитывается принцип затвердевания отливки. Так как отливка по своей конструкции склонна к направленному затвердеванию, то металл лучше подводить в ее массивные части. Открытые прямые прибыли часто применяют при изготовлении крупных ответственных отливок, когда требуется доливка металла или засыпка поверхности прибыли различными материалами, выделяющими тепло- или уменьшающими скорость охлаждения, а также при изготовлении тонкостенных отливок большой протяженности для облегчения удаления газов из полости формы Верхняя литниковая система имеет существенный недостаток, а именно, при падении струи металла с большой высоты размывается форма, образуются засоры; металл окисляется, разбрызгивается, в нем увеличивается количество неметаллических включений. К тому же верхняя литниковая система не обеспечивает задержание шлака. Поэтому ее применяют для низких отливок небольшой массы, простой конфигурации, с малой и средней толщиной стенок 18. Метод построения температурного поля «отливка-форма». Для построения температуроного поля требуется: Температура формы, температура металла в определенный момент времени. Где, Хм и Хф это значения толщины отливки и формы. 19. Теплофизические и технологические свойства материалов формы, влияние их на процессы, происходящие на границе «металлформа» и качество отливок. Методы регулирования теплофизических процессов в литейной форме. Наиболее важными теплофизическими характеристиками материалов формы являются: удельная теплоемкость С, теплопроводность λ и плотность ρ. Эти три величины связываются в одно свойство – температуропроводность, м2 /с: α= λ С∗ρ Для определения охлаждающей способности формы рассчитывают ее теплоаккумулирующую способность: bф √С, кДж/(м2 с1/2 К). Для песчано-глинистой формы bф.п = 1,04, а для чугунной – bф.п = 10,4, поэтому скорость твердения сплава в металлической форме бывает значительно больше. Основным методом внешнего воздействия на процесс затвердевания отливки является подбор материала формы. Влияние материала формы на скорость затвердевания отливки оценивают через коэффициент затвердевания К При интенсивном охлаждении (формы из металлов, шамота, магнезита) величина К изменяется на 1 порядок, а bф – на три порядка, то есть замедлить затвердевание довольно легко, а ускорить – сложно. Применение металлических форм взамен песчаных увеличивает скорость затвердевания вдвое, однако их изготовление намного дороже. Большое распространение получило использование (для местного ускорения затвердевания) холодильников из более теплопроводного материала (чугуна, графита, магнезита). Интенсивность охлаждения холодильником зависит от его толщины. Тонкий – ускоряет только начальную стадию затвердевания. При оптимальной толщине он интенсивно поглощает тепло до конца затвердевания отливки. Толстый холодильник не ускоряет охлаждения, но требует большого расхода металла. Практикой установлено, что делать толщину холодильников больше толщины стенки отливки нет необходимости. Методы регулирования Одним из широко применяемых средств является использование прибыли – дополнительный элемент, конфигурация и размеры которого обеспечивают локализацию усадочной раковины. При охлаждении затвердевающей отливки возникновение литейных напряжений вызвано неравномерным охлаждением различных элементов. Поэтому для снижения величины напряжений добиваются выравнивания температур в отливке путем создания равновесных конструкций, а также утепления тонких частей и захолаживания массивных. Таким образом, эти меры противоположны тем, которые необходимы для получения направленного затвердевания. Поэтому при разработке технологии предусматривают использование напусков, прибылей и других средств утепления (захолаживания) только в минимально необходимой степени, чтобы не вызывать появления опасных литейных напряжений. Таким образом, для отливок, затвердевающих объемно и особенно склонных по конструкции к значительным литейным напряжениям, создают путем регулирования условий теплоотвода режим одновременного затвердевания и равномерного охлаждения. Для отливок, которые затвердевают последовательно, необходимо создавать режим направленного затвердевания и соответственно неравномерного охлаждения с последующей термообработкой для снятия термических напряжений. 20. Зависимость структуры металла в отливках от процесса теплопередачи. Процесс теплопередачи определяется способностью формы воспринимать с той или иной скоростью тепло от отливки. В общем случае, процесс теплопередачи осуществляется тремя способами: теплопроводностью, конвекций и излучением. Процесс теплопередачи для каждого типа форм: Влияние скорости охлаждения на структуру алюминиевого сплава При сочетании высокой интенсивности теплоотвода и узкоинтервального сплава (tо >> tинт) ширина зоны затвердевания сужается до величины, намного меньшей r, то есть /r << 1. Узкая зона затвердевания , разделяющая области жидкого и твердого металла, последовательно перемещается от поверхности к центру отливки. Процесс затвердевания начинается с образования твердой корки у поверхности и завершается в центре, когда толщина корки достигает r. Такой процесс называется последовательным затвердеванием. В этих условиях обычно образуются преимущественно столбчатые (вытянутые в направлении теплоотвода) кристаллиты, формируется концентрированная усадочная раковина. Из-за понижения уровня расплава вследствие усадки при затвердевании и последующем охлаждении возникают значительные термические деформации и напряжения. При малой интенсивности в широкоинтервальных сплавах (tинт >> tо) зона затвердевания распространяется на все сечение отливки. Формула (4) дает при этом соотношение /r >> 1. В период затвердевания отливки длительное время отсутствуют зона жидкого металла и твердая корка и по всему сечению жидкая и твердая фазы сосуществуют, различаясь по размеру кристаллитов и доле выделившейся твердой фазы. Процесс затвердевания почти одновременно начинается и заканчивается во всем объеме отливки. Такой процесс называют объемным затвердеванием. В этих условиях образуются преимущественно равновесные кристаллиты, выделение растворенных газов и усадка в междуосных промежутках кристаллитов приводят к образованию рассеянной газоусадочной пористости, ликвация сосредотачивается в масштабе дендритной ячейки, деформации и напряжения не достигают существенных значений. 1. Увеличение скорости охлаждения в интервале кристаллизации приводит к уменьшению размера дендритного параметра (дендритной ячейки) dяч Дендритная структура – древообразная кристаллическая структура, которая развивает неоднородную структуру в отливке. Ну и вроде они типа хрупкая. Хз 2.Толщины включений избыточных фаз на границах при увеличении скорости охлаждения уменьшается, и зависимость размера частиц от величины дендритного параметра линейная: m=kdяч. С изменением давления и температуры растворимость изменяется, что приводит к выделению или растворению избыточных фаз. Хз 4.Применение больших скоростей охлаждения при кристаллизации приводит к ряду метастабильных состояний (состояние неустойчивого равновесия системы, в котором система не может находиться долгое время, например: переохлаждение, перегрев): образуются новые соединения, кристаллизуются фазы, являющиеся метастабильными в данной температурно-концентрационной области, расширяются области твердых растворов и т.д. Раздел 4. Затвердевание отливок, их структура и качество 1. Гомогенное и гетерогенное зарождение центров кристаллизации. Объемная и последовательная кристаллизация. Кристаллизацией называют переход вещества из жидкого в твердое кристаллическое состояние. В ходе затвердевания в отливке появляются усадочные и газовые поры и раковины. Отливка испытывает линейную усадку. В ней возникает сложная схема пластических и упругих деформаций. Появляющиеся при этом напряжения могут вызвать разрушение и коробление отливки. Все эти явления в определенной степени влияют друг на друга и на весь процесс затвердевания. Как видно, процесс затвердевания намного сложнее и многообразнее процесса кристаллизации. Образование кристаллов при переходе металла из жидкого или газообразного состояния в твердое называется первичной кристаллизацией, а изменение формы кристаллов в твердом состоянии – вторичной. От первичной кристаллизации зависит и вторичная, поэтому она определяет свойства готовой отливки. Для образования кристаллов из расплава необходим зародыш, или центр кристаллизации. Различают два способа образования зародышей: гомогенный и гетерогенный. - Гомогенное и гетерогенное зарождение центров кристаллизации Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: образование центров кристаллизации (зародышей) и рост кристаллов вокруг этих центров. Гомогенное зарождение кристаллов связано с флуктуационным образованием зародышей в случайных участках объема чистого расплава металлов. С повышением температуры число и размеры кластеров уменьшаются. По мере приближения температуры расплава к точке кристаллизации устойчивость и продолжительность «жизни» их повышается, а при определенной температуре они приобретают полную устойчивость и становятся центрами кристаллизации. Происходит спонтанная кристаллизация, и кристаллы начинают расти на кластерах. Такой тип зарождения кристаллов называется гомогенным. Тип кристаллизации, при которой зародыш образуется не в пространстве, а на твердой поверхности называется - гетерогенная. При гетерогенном образовании зародышей кристаллы растут на инородных зародышах (различных включениях в расплаве). Нерастворимые частицы расплава или стенки литейной формы являются готовыми центрами зародышеобразования. Гетерогенное образование зародышей на готовой подложке энергетически выгодно, т.к. поверхностная свободная энергия Fпов системы уменьшается, потому что имеется исходная граница между подложкой и зарождающимся кристаллом, т.е. нет необходимости формировать новую поверхность. Следовательно, зарождение на готовой поверхности характеризуется меньшим приростом межфазной поверхностной энергии и, соответственно, характеризуется меньшей работой образования критического зародыша. Поэтому в реальных металлических расплавах главную роль играет гетерогенное зарождение кристаллов. - Объемная и последовательная кристаллизация. Преимущественный рост зародышей осуществляется в местах хорошего их контакта со стенкой формы и в местах повышенной теплопроводности формы. 1. температура металла во всех точках лежит выше температуры кристаллизации – Т0, и твердая фаза в отливке отсутствует. 2. металл переохлаждается и его температура во всех точках лежит ниже Т0 твердая фаза отсутствует. 3. температура, перейдя через минимум, повышается, и начинается объемная кристаллизация, болеё или менее равномерно заполняющая весь объем металла. 4. температура в средней части отливки достигала температуры кристаллизации, а в поверхностном твердом слое опускалась ниже ее, образован определенный перепад. Во внутренней части сосуществуют жидкая фаза и кристаллы, образовавшиеся за счет объемной кристаллизации переохлажденного металла. 5. последовательная кристаллизация продолжается при понижении температуры в наружной корочке. 6. вся отливка затвердевает, и температура во всех ее точках опускается ниже температуры кристаллизации. Объемная кристаллизация - это кристаллизация в малых объемах расплава. Переохлаждается весь объем сразу. Центры кристаллизации образуются сразу во всем объеме отливки. Отливка состоит из равноосных зерен, но химически неоднородных. Последовательная кристаллизация - это кристаллизация в больших объемах расплава. Кристаллизация начинается у стенок и постепенно идет во внутрь. 2. Параметры кристаллизации: скорость роста кристаллов и скорость зарождения центров кристаллизации. Основными параметрами кристаллизации являются скорость зарождения центров кристаллизации (КЦ) νц.к, то есть число центров, появляющихся в единичном объеме за 1 с, и скорость роста кристаллов (ЛСК) νр.к. В условиях больших переохлаждений жидкость затвердевает за счет увеличения вязкости, не образуя кристаллической структуры (пунктирное продолжение кривой ЛСК), то есть в виде аморфного тела. Примером могут служить стекло, шлаки и т.д. Для металлических расплавов больших переохлаждений не наблюдается и реализуется только восходящая ветвь кривой ЛСК. На скорость роста кристаллов оказывают влияния физико-химические свойства вещества и растворителя, наличие примесей. Увеличение вязкости снижает скорость роста кристаллов из-за снижения интенсивности тепломассопереноса в системе. Увеличение интенсивности перемешивания повышает скорость роста. Увеличение переохлаждения влияет по-разному на скорость роста, могут исчезнуть одни грани кристаллов и появится другие. Модификаторы влияют на скорость образования центров кристаллизации. Они позволяют получить поверхность для образования центров кристаллизации. Интервал метастабильности для КЦ практически всегда больше, чем для ЛСК. Это объясняет тот факт, что кристаллизация на примесях начинается раньше, чем на спонтанно возникших зародышах. А в процессе образования твердых кристаллов начинает выделяться теплота кристаллизации, которая препятствует дальнейшему переохлаждению сплава. Зарождение кристалла металла на частице примеси возможно только в том случае, когда разница в линейных параметрах их кристаллических решеток не будет превышать 15 %. Чем больше сходство кристаллических решеток металла и подложки, тем раньше (при меньшем переохлаждении) начнется рост металлического кристалла на примеси. 3. Термодинамическая теория кристаллизации. Образование кристаллов при переходе металла из жидкого или газообразного состояния в твердое называется первичной кристаллизацией, а изменение формы кристаллов в твердом состоянии – вторичной. От первичной кристаллизации зависит и вторичная, поэтому она определяет свойства готовой отливки. Для образования кристаллов из расплава необходим зародыш, или центр кристаллизации. Различают два способа образования зародышей: гомогенный и гетерогенный. С повышением температуры число и размеры кластеров уменьшаются. По мере приближения температуры расплава к точке кристаллизации устойчивость и продолжительность «жизни» их повышается, а при определенной температуре они приобретают полную устойчивость и становятся центрами кристаллизации. Происходит спонтанная кристаллизация, и кристаллы начинают расти на кластерах. Такой тип зарождения кристаллов называется гомогенным. При гетерогенном образовании зародышей кристаллы растут на инородных зародышах (различных включениях в расплаве). В термодинамической теории кристаллизации используют два понятия: • скорость зарождения (возникновения) центров кристаллизации, п; • скорость роста зародившихся кристаллов, V. Следующее понятие термодинамической теории кристаллизации — переохлаждение жидкого металла. В силу того, что внутренняя энергия разупорядоченной жидкости выше, чем упорядоченного твердого тела, при фазовом превращении жидкости в твердое кристаллическое состояние выделяется теплота. Температура кристаллизации определяется как температура, при которой энергии Гиббса твердой и жидкой фаз равны. С ростом температуры свободная энергия и жидкого, и твердого металла снижается, но интенсивность снижения свободной энергии твердого металла меньше чем жидкого. Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы этот процесс был выгоден системе термодинамически, т.е. свободная энергия должна уменьшаться. Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: - Образование центров кристаллизации - Рост кристаллов вокруг этих центров Кристаллизация начинается с образования кристаллических зародышей, которые затем превращаются в зерна или кристаллы, с помощью присоединения атомов. Образование зародышей начинается тогда, когнда кинетическая энергия атомов доходит до достаточно низкого уровня и позволяет атомам занять узлы кристаллической решетки данного металла. Рост зародышей увеличивается по мере отвода тепла от металла. Гомогенная – зародыш образуется в пространстве. Гетерогенная – зародыш образуется на поверхности (на различных включених в расплаве). 4. Переохлаждение и зависимость от него формы и размеров зерен в кристаллической структуре. Связь переохлаждения с теплотой кристаллизации. Процесс кристаллизации может устойчиво идти при условии Gт < Gж, для чего требуется, чтобы температура кристаллизации Ткр была ниже Т0. Разность температур Т0 – Ткр = Т называется переохлаждением, которое обеспечивает достаточную для начала кристаллизации разность свободных энергий Gж – Gт. В процессе роста кристаллов переохлаждение жидкости у фронта кристаллизации уменьшается в результате выделения теплоты кристаллизации (рис. 8). Однако уменьшение (депрессия) переохлаждения у поверхности раздела жидкой и твердой фаз очень невелико при кристаллизации чистых металлов. В случае затвердевания металлов, загрязненных примесями, концентрационную депрессию переохлаждения, которая будет описана ниже, следует рассматривать в качестве наиболее важного фактора образования дендритов. У поверхности формы образуется твердая корочка неориентированных кристаллов. В процессе формирования кристаллов переохлаждение снижается в результате выделения теплоты кристаллизации и образуется зона столбчатых, или ориентированных кристаллов, вытянутых в направлении, противоположном отводу тепла. При малом количестве активных примесей и с увеличением перегрева расплава зона столбчатых кристаллов увеличивается. В центральной части отливки образуется зона равноосных неориентированных кристаллов. У чистых металлов имеется незначительное количество активных примесей и при сильном перегреве зоны столбчатых кристаллов достигает центра. Такая структура нежелательна, так как в места стыковки кристаллов устремляются примеси, газы, включения и потом по этим местам проходят трещины (транскристаллизация). Наиболее желательна мелкозернистая структура (рис. 12, в) с неориентированными кристаллами как наиболее однородная по составу и свойствам. Переохлаждение у поверхности раздела жидкой и твердой фаз снижается в результате ликвации примесей; снижение переохлаждения замедляет рост межфазной поверхности. Охлаждение жидкого металла ниже теоретической температуры кристаллизации носит название явления переохлаждения. Разность между теоретической и фактической температурами кристаллизации называется степенью переохлаждения. С увеличением скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает и процесс кристаллизации протекает при температурах, лежащих значительно ниже равновесной температуры кристаллизации. При небольшой скорости переохлаждения ΔТ (малой скорости охлаждения) число зародышей мало. В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей возрастает, количество их увеличивается и размер зерна в затвердевшем металле уменьшается. При переохлаждении с выделением теплоты происходит уменьшение объемной свободной энергии. кристаллизации 5. Кристаллизация на примесях. Влияние наследственности на процесс кристаллизации. Модифицирование. Зарождение кристалла металла на частице примеси возможно только в том случае, когда разница в линейных параметрах их кристаллических решеток не будет превышать 15 %. Чем больше сходство кристаллических решеток металла и подложки, тем раньше (при меньшем переохлаждении) начнется рост металлического кристалла на примеси. Модифицирование – введение в расплав различных веществ (модификаторов) с целью повышения механических, технологических и эксплуатационных свойств отливок путем измельчения структуры. 6. Область затвердевания и формирование структурных зон. Расчет величины структурных зон. Область затвердевания состоит из твердожидкой зоны (скелет из твердой фазы и включения жидкой фазы) и жидкотвердой зоны (жидкость с включениями разрозненных выделений твердой фазы). Если из незатвердевшей отливки вылить жидкую фазу, то с ней удалится жидко-твердая зона. Поэтому граница между двумя зонами области называется выливаемостью. В твердожидкой зоне выделяется участок, в котором жидкая фаза разобщена растущими кристаллами и не может подпитываться по микроканалам. Граница этого участка – граница питания. На диаграмме состояния она располагается несколько ниже границы выливаемости (нулевой жидкотекучести). Границы 1–5 меняются в зависимости от условий охлаждения и характера кристаллизации. Для компактных дендритов и округлых кристаллов успевает образоваться 50–70 % твердой фазы, а граница выливаемости сдвигается к солидусу. При образовании разветвленных дендритов твердый скелет образуется уже при 15–30 % твердой фазы, а граница выливаемости располагается ближе к ликвидусу. 7. Ликвационные процессы в отливках. Виды возникающие в результате ликвации компонентов в сплаве. дефектов, Ликвация – неоднородность химического состава сплава, возникающая в результате отклонения условий кристаллизации от равновесных. Сплав как многофазная система кристаллизуется в интервале температур: чем шире интервал кристаллизации, тем больше кристаллизация отклоняется от равновесных условий. Внутрикристаллическая (дендритная) ликвация – неоднородность химического состава в пределах микрозерна, выросшего из одного центра. В сплавах эвтектического типа она приводит к существенным изменениям в структуре и свойствах. Зональная ликвация представляет собой неоднородность химического состава в макрообъемах по сечению отливки имеет общую физикохимическую основу с дендритной ликвацией: в сплаве первоначально в результате дендритной ликвации образуется легкоплавкий ликват, а затем изза конкретных особенностей формирования отливки, ликват различным образом распределяется по сечению отливки, образуя ликвационные зоны разной конфигурации. Прямая ликвация заключается в повышении концентрации компонентов или примесей в центральных участках отливки. Это происходит вследствие оттеснения ликвата фронтом растущих кристаллов и особенно отчетливо наблюдается при последовательном или однонаправленном затвердевании. Прямая ликвация уменьшается с увеличением скорости охлаждения отливки. Обратная ликвация заключается в компонентов в периферийной части отливки. повышении концентрации Ликвация по плотности (гравитационная) – расслоение фаз сплава в жидком или жидкотвердом состоянии под влиянием сил тяготения В центральной зоне отливки при прямой ликвации можно выделить дефекты, называемые V-образной осевой ликвацией, а рядом с осевой зоной – дефекты, называемые Λ-образной внеосевой ликвацией, или «усами». Локальное повышение концентрации может иметь также вид пятен неопределенной формы (ликвационные пятна). Особенно часто пятна располагаются под усадочной раковиной. 8. Связь ликвации с составом сплавов и с условиями затвердевания отливки. Методы снижения химической неоднородности по сечению отливки. Ликвация — неоднородность химического состава в различных частях отливки. Очень высокие скорости охлаждения уменьшают степень ликвации, так как тормозятся все диффузионные процессы. На ликвацию оказывают значительное влияние химический состав сплава. Длительная выдержка ускоренно затвердевшей отливки при повышенной температуре выравнивает однородность в пределах дендритных ячеек, но зональная ликвация при этом сохраняется. 9. Теоретические обоснования и технологические приемы, обеспечивающие формирование мелкозернистой или крупнозернистой структуры в отливке. Размер зерна зависит от скорости затвердевания. Технологические приемы: Увеличение скорости охлаждения отливки влечет за собой увеличение скорости затвердевания υзатв и скорости кристаллизации отдельных структурных составляющих. Первичные дендриты становятся короче, их оси тоньше, измельчается эвтектика и другие составляющие. Из рис. 31 следует, что с увеличением скорости охлаждения происходит измельчение всех структурных составляющих сплава. Направленное затвердевание и кристаллизация создают в структуре сплава четкую ориентировку по оси теплоотвода. Предельно оптимальным случаем является создание монокристаллического состояния, когда структура всей отливки представляет собой зерно (монодендрит или ячеистый коробчатый дендрит). Модифицирование сплавов способствует формированию мелкозернистой структуры и зависит от типов модификаторов и технологии их применения. Вибрация расплавов позволяет измельчать структуру отливок за счет того, что колебания разрушают покровные оксидные пленки на расплаве у стенок формы, в результате, скорость охлаждения увеличивается, то есть облегчается образование кристаллов и измельчается структура наружного слоя отливки. Кроме того, колебания облегчают отделение кристаллов от стенки формы в начальный период затвердевания и осаждаются, формируя равноосную зону. О том, что при вибрации не весь расплав, а только поверхностный слой приходит в движение, может свидетельствовать простой опыт. При заливке металла с нижним подводом образуются в основном столбчатые кристаллы: при верхнем подводе по центру равноосных кристаллов бывает намного больше; при верхнем подводе близко к стенке формы площадь равноосных кристаллов значительно увеличивается, зерна измельчаются; при верхнем подводе несколькими струями наблюдается сильное волновое движение поверхности расплава (структура однородная мелкозернистая). Из примеров видно, что применение разливочного стакана, создающего турбулентное движение расплава вблизи стенки формы способствует отделению кристаллов от стенок формы и измельченного зерна. Ультразвуковая обработка (УЗО) заключается в воздействии на расплав механическими колебаниями с частотой порядка 103–107 Гц. При УЗО возникает кавитация по всему объему, которая приводит к дроблению первичных зерен, более легкому отделению зарождающихся на стыках формы кристаллов, равномерному распределению примесей и твердых частиц. Дробятся и измельчаются первичные выделения металлидов в сплавах или графита в чугунах, изменяется строение и дисперсность эвтектики. Для формирования полностью мелкозернистой равноосной структуры необходимо обеспечить следующие: – присутствие активных примесей, кластеров; – свободное отделение зарождающихся у поверхности формы кристаллов; – частичное сплавление отделившихся глобулярных кристаллов и дендритных сегментов. Эти условия обеспечивают такие технологические факторы, как переохлаждение сплава перед заливкой, вибрацию поверхностных слоев расплава у стенок формы, подвод металла или обогрев (экзотермические смеси) тех частей отливки, которые затвердевают в последнюю очередь (при этом лучше и дольше отделяются с поверхности кристаллы), или применение холодильников для быстрого затвердевания других частей отливки. Зародышеобразование происходит у стенки формы, растущие кристаллы приобретают зернистую форму и затем отделяются от этой стенки. 2. Для формирования столбчатой структуры, например, для магнитных материалов, необходимо создать следующие условия: – формирование твердой корочки у стенок формы; – минимальное количество активных примесей, кластеров; – полное расплавление отделившихся кристаллов. Эти условия обеспечивают такие технологические факторы, как максимальный перегрев, быстрое охлаждение в начальный момент, создание направленной кристаллизации (интенсификация отвода тепла в том месте, откуда должна начаться кристаллизация, например, применение холодильников – снизу и обогрев других частей отливки – сверху с помощью экзотермических смесей). При направленной кристаллизации необходимо учитывать плотность зарождающегося кристалла и остального расплава, то есть склонность кристаллов к всплыванию (тогда направленное затвердевание происходит сверху) или осаждению (в этом случае направленное затвердевание идет снизу, следовательно, создается препятствие их движению) 10. Физическая природа объемной усадки и коэффициенты объемной усадки. Усадочные процессы – совокупность явлений сокращения размеров и объема металла, залитого в форму, при его затвердевании и охлаждении. Усадка объемная – уменьшение объема металла или сплава при переходе из жидкого состояния в твердое, а также вследствие термического сжатия при охлаждении до температуры начала линейной усадки; объемная усадка проявляется в слитках, непрерывнолитых заготовках и отливках в виде усадочных раковин и усадочной пористости. Коэффициент усадки - численная характеристика изменений размеров тел при охлаждении, которая может выражаться в объемных или линейных величинах, в долях единицы или в процентах. Уменьшение объема жидкого и кристаллизующегося сплава принято характеризовать коэффициентом 𝜀𝑣 объемного сжатия (объемной усадки). Различают коэффициенты усадки: В жидком состоянии. Сразу после заливки расплава в форму начинается отвод тепла перегрева от металла в форму. Одновременно происходит усадка расплава, которая заканчивается при его затвердевании. Она проявляется снижением уровня металла, залитого в форму. При затвердевании. В интервале затвердевания (между температурами ликвидуса и солидуса) жидкая фаза превращается в твердую. В соответствии с теоретическими представлениями о внутреннем строении расплава можно ожидать, что образовавшаяся после затвердевания расплава кристаллическая фаза при той же температуре будет иметь меньший объем. 11. Напряжения в отливках. Виды напряжений. Меры предупреждения напряжений в зависимости от механизма их возникновения. Процесс теплоотдачи от отливки протекает не только в период кристаллизации, но и при охлаждении отливки. Правильно выбранные режимы охлаждения позволяют предупредить возникновения в отливках таких дефектов, как напряжения и трещины. Причиной возникновения остаточных напряжений является неоднородность деформированного состояния твердого тела из-за различного изменения в разных местах его длины или объема. Возникновение остаточных напряжений при переходе материла из жидкого состояния в твердое объясняется тем, что затвердевание начинается в поверхностных слоях и сопровождается усадкой. Опережение затвердевания наружного слоя приводит к возникновению в нем внутренних напряжений растяжения. По физической природе и размерам области уравновешивания различают напряжения: I рода – зональные напряжения, возникающие в макрообъемах с градиентом по всей отливке или отдельным ее частям; напряжения; II рода – возникающие в макрообъемах в пределах микрозерна или группы зерен; напряжения; III рода – возникающие в субмикроскопических областях в пределах кристаллической решетки. Виды напряжений по источнику происхождения: Фазовые – возникающие в результате различия удельных объемов фаз при фазовых превращениях. Термические – возникающие за счет градиента температур по сечению отливки и неравномерного или неодновременного сжатия (расширения) отдельных частей отливки, слоев структурных зон. Усадочные – возникающие в результате сопротивления усадке металла со стороны формы и стержней. Наиболее действенной мерой устранения остаточных напряжений является отжиг, старение. Правильно выбранные режимы охлаждения позволяют предупредить возникновения в отливках таких дефектов, как напряжения и трещины. 12. Трещины в отливках. Виды трещин. Меры предупреждения горячих трещин. Трещина – дефект в виде частичного или полного разрушения отливки, вызванного достижением предела прочности сплава напряжениями, развивающимися в результате противодействия тех или иных сил усадке в твердом состоянии. Виды трещин, возникающих в отливках: Горячие трещины обычно имеют усадочное происхождение и возникают в интервале температур затвердевания сплава. Холодные трещины возникают вследствие высоких внутренних напряжений в отливке. Они обычно имеют гладкую светлую или зернистую поверхность с цветами побежалости. Незначительные изменения химического состава (в пределах допуска), снижение содержания вредных примесей, введение небольших технологических добавок, модифицирование. Правильно выбранные режимы охлаждения позволяют предупредить возникновения в отливках таких дефектов, как напряжения и трещины. 13. Концентрированная усадочная раковина и рассеянная усадочная пористость. Осевая пористость и расчет величины дефектных зон. Усадочная раковина – полость в теле отливки или её прибыльной части, образующаяся вследствие не скомпенсированной объёмной усадки при затвердевании, характерна для сплавов, кристаллизующихся при постоянной температуре. Усадочные раковины могут быть концентрированные, расположенные в виде пустот, или рассеянные по всему сечению отливки в виде мелких пор. Отливка независимо от интенсивности охлаждения, затвердевает послойно от поверхности к той части отливки, которая затвердевает последней, между жидкой частью и нарастающей твердой коркой не возникает двухфазной твердожидкой зоны. Таким образом, в отливках, изготовленных из чистых металлов и эвтектических сплавов, образуется концентрированная усадочная раковина. Усадка затвердевающего металла, вследствие образования новых фаз, изменяющих удельный объем, может выжимать расплав из средней части отливки и способствовать сокращению объема раковины. Усадочная пористость – скопление пустот, возникающих в результате усадки при затвердевании в микрообъёмах металла, изолированных от источников питания жидким металлом в процессе формирования отливки. Рассеянная пористость распределена относительно равномерно по всему объёму отливки. Осевая пористость образуется в центральных частях отливок, а также в длинных и тонких сечениях, это объясняется тем, что объемная усадка центральной части еще не закончилась, а доступ к ней жидкого сплава ухудшился или же вовсе прекратился. Расчет прибыли – 12 лекция 14. Свободная и затрудненная усадка отливок из различных сплавов. Предусадочное расширение. Методы исследования свободной и затрудненной усадки сплавов. Под усадочными процессами понимают совокупность явлений сокращения размеров и объема металла, залитого в форму, при его затвердевании и охлаждении. В отдельных случаях при кристаллизации литейных сплавов происходит выделение новых фаз с увеличенным удельным объемом, что уменьшает усадку на отдельных этапах формирования отливки. Сокращение линейных размеров, определяемое только свойствами самого сплава, которое протекает без торможения со стороны формы, принято называть линейной (свободной) усадкой. В реальных условиях производства отливок сокращение их размеров встречает препятствия (затруднения) со стороны формы вследствие трения отливки о ее стенки, из-за наличия стержней, выступающих частей, стояка, прибылей, выпоров и т.д. Кроме механического торможения усадки, большинство отливок испытывают также термическое торможение, связанное с различием скоростей охлаждения отдельных частей. Поэтому действительное изменение линейных размеров характеризуется не коэффициентом линейной (свободной) усадки сплава, а литейной (затрудненной) усадкой, значения которой могут быть неодинаковы в различных направлениях даже для одной и той же отливки. Линейная (свободная) усадка – это усадка, которая развивается свободно, без каких-либо затруднений. Литейной усадкой (затрудненная) это усадка, которая протекает с определенными затруднениями (торможением). Литейная усадка всегда меньше, чем линейная. При высоких температурах сплавы не подчиняются закону Гука и в отливках под воздействием сил, препятствующих усадке, могут развиваться значительные пластические деформации. В результате этого линейная усадка уменьшается на величину пластических деформаций. У ряда сплавов в определенных условиях усадке предшествует предусадочное расширение, связанное с увеличением объема при затвердевании (например, при кристаллизации серого чугуна), интенсивным выделением газов, расширением первоначально образовавшейся переохлажденной оболочки отливки и др. Величина расширения обычно не превосходит 0,05–0,3 % и может оказать существенное влияние на общую величину линейной усадки. С помощью специальных приборов, фиксирующих изменение длины охлаждающегося образца, можно получить кривую протекания линейной усадки во времени. На кривой линейной усадки (рис. 3) находят отражение также фазовые превращения в твердом металле, идущие с изменением объема Предусадочное расширение сплавов вызывает появление в отливках горячих трещин, пористости, ликвации, что снижает механические свойства, плотность и герметичность деталей. Раскрытие природы этого явления дает возможность управлять технологическими процессами, чтобы эффективно бороться с пороками. Свободную линейную усадку определяют также на отдельно отливаемых образцах (одна полка). Образец для определения свободной усадки имеет вид прямого прутка. Литейную (затрудненную) усадку отливок определяют на образцах, модели которых имеют две полки. Концы образца для определения затрудненной усадки имеют Т-образную форму за счет поперечных полок. Эти полки препятствуют усадке образца в продольном направлении. 15. Усадочные, фазовые и термические напряжения в отливках. Влияние состава сплава и технологических факторов на развитие внутренних напряжений в отливках. Остаточные напряжения в отливках и мероприятия по их снижению. Усадочные напряжения вызывают механическим торможением со стороны формы при высоких температурах. Усадочные напряжения всегда растягивающие. Их величина зависит от сопротивления формы и стержней. Фазовые напряжения вызываются выделением или исчезновением различных фаз или структурных составляющих при охлаждении отливки, имеющей удельный объем, отличный от матрицы. Эти напряжения могут усилить или ослабить термические напряжения (превращение может протекать с уменьшением или увеличением объема). Термические (или температурные) напряжения вызываются различной скоростью охлаждения и равномерным протеканием усадочных процессов в различных частях отливки. Эти напряжения обычно имеют наибольшую величину. Если в отливке при некотором распределении температур происходят пластические деформации, то после охлаждения и выравнивания температур возникают остаточные напряжения обычно обратного знака по сравнению с теми временными, которые были при высоких температурах. Остаточные напряжения всегда являются внутренними, которые не зависят от внешних сил, связей отливки, и уравновешиваются в ее объеме. Радикальное устранение внутренних и остаточных напряжений достигается при создании равностенных конструкций или при охлаждении всех частей отливки с одинаковыми скоростями. При выбивке отливок резко возрастает различие скоростей охлаждения частей отливок неодинакового сечения, а, следовательно, возрастают внутренние напряжения. Для снятия напряжений обычно используют термическую обработку различных видов. Неравномерное охлаждение вызывает возникновение остаточных напряжений. Свойства материалы оказывает влияние. Если температура изменяется по линейному закону, то напряжение отсутствует. Конструкция деталей формы. Незначительные изменения химического состава (в пределах допуска), снижение содержания вредных примесей, введение небольших технологических добавок, модифицирование. Правильно выбранные режимы охлаждения позволяют предупредить возникновения в отливках таких дефектов, как напряжения и трещины. Отжиг и старение для снижения воздействия остаточных напряжений. 16. Трещины горячие и холодные в отливках. Процесс образования горячих трещин в отливках, его связь с диаграммами состояния сплавов. Холодные трещины напряжений в отливке. возникают вследствие высоких внутренних Холодные трещины возникают в хрупких сплавах при быстром охлаждении или ударах, когда внутренние напряжения в отливках превышают предел прочности. Трещины образуются при сравнительно низких температурах, при которых резко снижаются пластические свойства сплава. Например, для стали и чугуна ниже температуры 600 °С. На появление холодных трещин оказывает влияние температура выбивки отливки, в общем случае вероятность их возникновения зависит от уровня временных напряжений к моменту выбивки. С повышением температуры выбивки вероятность образования холодных трещин возрастает. Выбор температуры выбивки необходимо проводить для каждой отливки индивидуально. Трещины имеют блестящую поверхность, обычно с цветами побежалости, они имеют незначительное расхождение между краями. Основной причиной образования горячих трещин является торможение свободной усадки со стороны формы или стержней и возникающей при этом деформации. Горячие трещины располагаются, как правило, по границам зерен и дендритов, имеют черную окисленную поверхность и значительное расхождение между краями. На зарождение горячих трещин оказывают влияние концентраторы напряжений – местные усадочные и газовые раковины, неметаллические включения. Например, сера увеличивает склонность стали к образованию горячих трещин, так как сульфиды, располагающиеся между кристаллами металлической основы, резко снижают ее прочность. Развитие горячих трещин зависит также от макро- и микроструктуры сплавов. Наибольшей трещиноустйочивостью обладает равномерная мелкозернистая макро- и микроструктура, крупнозернистая равновесная структура. значительно меньшей – Склонность сплавов к образованию трещин связана с шириной температурного интервала кристаллизации. Формирование усадочных напряжений ус происходит в период прохождения сплавом эффективного интервала затвердевания, причем максимум ус соответствует максимуму Δtзатв эф. В то же время из-за образования жидких прослоек по границам зерен запас пластичности в этих сплавах минимален. В связи с этим сплавы склонны к образованию горячих трещин и имеют минимальную трещиноустойчивость. Как следует из рис. 8, эти сплавы располагаются между точками С′р–Ср, так как затвердевание сплавов в реальных условиях завершается при температуре неравновесного солидуса. В системах с небольшой растворимостью в твердом состоянии (Al–Si) сплавы с минимальной трещиноустойчивостью имеют концентрацию вблизи Ср. В системах со значительной растворимостью (Al–Cu, Al–Mg) набольшее количество трещин отмечается в сплавах с концентрацией меньше Ср, то есть соответствует точке С′р. В чистых металлах и узкоинтервальных сплавах с большим количеством эвтектики развивается последовательная кристаллизация, дендриты не разделяются прослойками жидкой фазы, трещиноустойчивость имеет максимальные значения. Развитие горячих трещин зависит также от макро- и микроструктуры сплавов. Наибольшей трещиноустйочивостью обладает равномерная мелкозернистая макро- и микр 17. Усадочная пористость, механизм усадочной пористости, меры предупреждения. возникновения. Виды Усадочная пористость – скопление пустот, возникающих в результате усадки при затвердевании в микрообъёмах металла, изолированных от источников питания жидким металлом в процессе формирования отливки. Рассеянная пористость распределена относительно равномерно по всему объёму отливки В зависимости от массы и слоистости отливки, типа сплава и литейной формы, характера кристаллизации отливки усадка может проявляться не в виде концентрированной раковины, а в виде множества мелких пустот, называемых усадочной пористостью. Формирование пор происходит на микроструктурном уровне и связано с фильтрацией жидкого металла между твердыми кристаллами в области затвердевания. Усадочная пористость делится на следующие виды: – рассеянную, распределенную более или менее равномерно по всему объему отливки; – зональную, сосредоточенную в определенных зонах или частях отливки (в осевых частях плоских и призматических отливок, в утолщениях и сопряжениях стенок, в зональных местных разогревах при подводе литников). Усадочная пористость - мелкие поры, образовавшиеся вследствие усадки металла во время его затвердевания при недостаточном питании отливки. В целях предупреждения образования усадочной пористости обеспечивают направленное затвердевание и плавные переходы от толстых сечений отливки к тонким, выравнивают толщину стенок отливки и увеличивают усилие подпрессовки. Также предупреждается следующими способами: уменьшением высоты и увеличением конусности слитков (созданием условий для замедленной кристаллизации), уменьшением температуры жидкого металла. 18. Трещиноустойчивость как номенклатурная составляющая литейных свойств сплавов. Меры предупреждения образования трещин в отливках. Склонность сплавов к образованию трещин связана с шириной температурного интервала кристаллизации. Формирование усадочных напряжений ус происходит в период прохождения сплавом эффективного интервала затвердевания, причем максимум ус соответствует максимуму Δtзатв эф. В то же время из-за образования жидких прослоек по границам зерен запас пластичности в этих сплавах минимален. В связи с этим сплавы склонны к образованию горячих трещин и имеют минимальную трещиноустойчивость. Наибольшее распространение получили два метода: 1) определение «критического сечения» (или длины) образцов из сплавов различного химического состава, при котором в условиях полностью затрудненной усадки горячие трещины еще не появляются; 2) определение «критического состава», при котором наблюдается появление или исчезновение трещин (испытание этой серии сплавов производится на одинаковых образцах). Борьба с горячими трещинами большей частью осуществляется технологическим путем (увеличением податливости форм, изменением конструкции отливки и т.д.). Однако нельзя недооценивать роль структуры и свойств сплава. Незначительные изменения химического состава (в пределах допуска), снижение содержания вредных примесей, введение небольших технологических добавок, модифицирование – все это может значительно увеличить трещиноустойчивость сплава и резко снизить брак по горячим трещинам без изменения технологии изготовления формы и конструкции отливки или тепловых условий ее формирования. 19. Дефекты отливок и причинно-следственные связи с литейными процессами. Дефекты классифицируют по следующим группам: - Дефекты несоответствия отливки по геометрии: Недолив, Неслитина, Спай, Прорыв металла - Дефекты газового характера: Газовая раковина, Газовая пористость, Газовая шероховатость, Газовый залив, Вскип - Дефекты усадочного характера: Коробление, Горячая трещина, Холодная трещина, Усадочная раковина, Усадочная пористость, рыхлота Утяжина - Дефекты поверхности отливки: Шероховатость поверхности, пробой, Пригар, Плена, окисная плена, Просечка, залив, Нарост - Поверхностные механические повреждения: зарез, вылом, вмятина, забои: Зарез, Вылом, Вмятины, забои, царапины - Металлические и неметаллические включения: поверхностные и внутренние засоры: Неметаллическое включение, песчаная раковина, засор, Шлаковая раковина, Металлическое включение, королек 20. Направленная кристаллизация. Прибыли, их назначение, основная классификация. Направленная кристаллизация - процесс кристаллизации вещества в заданном направлении и заданной формы при равномерной с определенной скоростью продвижении фронта кристаллизации, в большинстве случаев плоского. Основные параметры направленной кристаллизации: материал и форма тигля, направление теплового потока, скорость кристаллизации, температурный градиент перед поверхностью раздела жидкость - твердая фаза, конвекция в жидкой фазе. Основным средством устранения усадочной раковины из литой заготовки является прибыль. Прибыль представляет собой технологический элемент, в котором должна быть сосредоточена область усадочной раковины и который отделяется от отливки в процессе обработки. В процессе формирования отливки прибыль составляет с нею единой целое. Кроме сосредоточения усадочной раковины, прибыль является средством ослабления развития зональной пористости и сборником загрязнений, всплывающих из жидкого металла в процессе затвердевания. Прибыли классифицируются по расположению относительно узла питания отливки, по способу формовки (рис. 2, а) и по конфигурации (рис. 2, б). По расположению относительно узла питания прибыли делятся на прямые, или верхние 1; отводные, или боковые 2; в том числе групповые 3, питающие несколько отливок. По способу формовки прибыли делятся на открытые 1 и закрытые 2. По конфигурации – на цилиндрические 4, плоские 5, сферические 6 и фигурные 7. ДЕФЕКТЫ 1. Коробление Искажение геометрии отливки в результате действия напряжений, возникающих при охлаждении отливки в форме. Коробление отливки, т. е. искажение ее конфигурации, в том числе и геометрии поверхности, происходит из-за возникновения напряжений в отливке и развития необратимых деформационных изменений. Коробление предупреждается равномерным охлаждением отливки до полного остывания. Основная причина коробления обманчиво проста: неравномерность усадки. Проще говоря, если изделие дает усадку совершенно равномерно во всех направлениях, то оно становится меньше по размеру, но сохраняет правильную форму. В случае же, если какой-то элемент дает усадку, отличающуюся от всех остальных частей изделия, то вот эта разница в коэффициентах создает внутреннее напряжение. Если это напряжение нарушает структурную целостность детали, то она коробится при выталкивании из пресс-формы. 2. Неспай Сквозная или поверхностная, с закругленными краями, щель или углубление в теле отливки, образованные неслившимися потоками преждевременно застывшего металла Причинами такого брака являются: недостаточное количество металла в ковше, низкая температура сплава при заливке и недостаточная жидкотекучесть его; уход металла из формы вследствие неплотной сборки; недостаточная вентиляция формы и стержня, вызывающая повышенное давление газов в форме; недостаточное сечение литниковой системы; нерациональная конструкция отливки из-за наличия слишком тонких незаливающихся стенок. 3. Недолив Дефект отливки, выраженный в отсутствии ее части, расположенной главным образом в верхней по заливке зоне или в местах, наиболее удаленных от питателей Так же, как и возникновение неспаев, образование недоливов зависит от характера заполнения формы расплавом. Если запаса тепла расплава достаточно для того, чтобы в процессе заполнения формы не произошло остановки потока, недолива не будет. Образовавшийся недолив (обычный) характеризуется окисленной поверхностью и закругленными торцами стенок. Существуют и другие причины образования рассматриваемых дефектов. Так, иногда не удается точно рассчитать количество жидкого расплава, необходимого для заливки формы. Образующийся при этом недолив (недолив грубый) характеризуется острыми краями недолитых стенок. Верхние уровни металла в отливке и в литниковой системе расположены в одной горизонтальной плоскости (как в сообщающихся сосудах). Специфической причиной недолива может быть также утечка металла в разъем формы, внутреннюю полость стержня или через разрушенный участок формы. Специфической причиной недолива острых углов и ребер может быть плохое смачивание расплавом формы. При заливке массивных и малоразветвленных отливок плохая смачиваемость формы расплавом оказывает незначительное влияние. Однако плохая смачиваемость формы расплавом при производстве разветвленных и тонкостенных отливок может привести к незаполнению узких каналов, полостей и острых углов. 4. Распор Местные утолщения в отливке, расположенные преимущественно в нижних или слабо уплотненных частях формы. Попадающий в форму металл оказывает на нее тепловое и силовое воздействие, в результате чего смесь уплотняется Попадающий в форму металл оказывает на нее тепловое и силовое воздействие (металлостатическое давление), в результате чего смесь уплотняется. Кроме того, под действием металлостатического давления поверхностная сухая корочка, образующаяся в сырой форме, деформируется и перемещается в направлении ослабленной зоны конденсации влаги. Такие явления вызывают значительное увеличение полости формы, особенно в нижней ее части, где действует максимальное металлостатическое давление. В результате возникает дефект отливки — распор. Дефект в виде местного утолщения отливки вследствие распирания неравномерно или недостаточно уплотненной песчаной формы заливаемым металлом 5. Механическое повреждение (вылом) Механические повреждения представляют нарушение конфигурации отливки (появление трещин, сколов, деформаций) Механическое повреждение — это нарушение целостности отливки (образование трещин, сколы, поломки), не связанное с процессом ее затвердевания в форме. Наиболее часто механические повреждения возникают при выбивке, обрубке и очистке отливок. При этом может произойти вылом части тела отливки, образование трещин, искривление и т. д. Механические повреждения отливок могут быть вызваны преждевременной выбивкой отливок из форм, когда сплав не обладает достаточной прочностью, В этом случае при ударах и сотрясениях затвердевшие литники откалываются вместе с менее прочными горячими участками отливки. Повреждение отливок при выбивке часто связано с образованием заливов у литниковой воронки или чаши, затрудняющих выбивку отливки из формы. 1. Неправильный подвод металла к отливке. 2. Воздействие больших механических нагрузок на отливку. 6. Раковина гладкая светлая, сферической формы, мелкая Дефект может возникнуть в результате насыщение водородом металла в результате соприкосновения с сырой футеровкой печей, невысушенным желобом и литейным ковшом, влажными стержнем и формой; образование окиси азота и углерода в результате контакта с мельчайшими окисленными брызгами металла, со стержнями на основе карбамидной смолы и др.; диффузия водорода, азота и окиси углерода из внешних частей отливки к внутренним. поверхность раковин гладкая светлая блестящая; диаметр пор от 0,3 до 1 мм при различной длине проникновения в металл в виде свищеобразных каналов; располагаются раковины у поверхности отливки; на небольшой глубине обнаружены увеличенные по размеру раковины, возникшие в результате скопления газа из мелких свищеобразных раковин. 7. Газовая раковина Газовая раковина образуется газами, попавшими в отливку при взаимодействии жидкого металла с материалом формы или выделившимися из металла при его затвердевании. Главными причинами образования газовых раковин являются плохая газопроницаемость формы и стержней и низкая температура заливки металла. Отличительными признаками газовых раковин являются сферические или округленные пустоты с гладкой блестящей (у закрытых) или окисленной (у открытых) поверхностью, расположенные или снаружи отливки, или внутри нее. Газовые раковины, образовавшиеся за счет плохого качества металла, чаще всего имеют малые размеры и разбросаны по всей массе отливки. Газовые раковины, образовавшиеся за счёт дефектов формы и неправильной технологии заливки, концентрируются чаще всего на отдельных определенных участках формы и находятся на небольшой глубине от поверхности отливки или стержня 8. Раковина окисленная Раковина гладкая, окисленная, блестящая, имеет серо-синий цвет недолитой отливки с точечными шероховатыми местами, округлая. Дефект может возникнуть в результате местного переуплотнения смеси, тем более опасного, чем ближе оно расположено к поверхности раздела форма – отливка; местного сопротивления в виде постороннего газонепроницаемого включения; местного источника газа; недостаточным газоотводом через знаки стержня или поверхности формы. Путь возникновения дефекта можно представить в виде цепочек причинноследственных связей. Цепочки состоят из следующих этапов технологического процесса: → повышенная газотворная способность стержней → начальная стадия выделения газа при заливке металла в форму → отсутствие вентиляционной системы в стержне → повышение газового давления в порах стержня → создание критического давления газа в стержне → проникновение газа в металл в виде овальных пузырьков → формирование газовой раковины «Пузырь подкорковый» в верхней части отливки. Подобные цепочки причинно-следственных связей необходимо строить при исследовании отливок с различными дефектами. 9. Неспай Сквозная или поверхностная, с закругленными краями, щель или углубление в теле отливки, образованные неслившимися потоками преждевременно застывшего металла Причинами такого брака являются: недостаточное количество металла в ковше, низкая температура сплава при заливке и недостаточная жидкотекучесть его; уход металла из формы вследствие неплотной сборки; недостаточная вентиляция формы и стержня, вызывающая повышенное давление газов в форме; недостаточное сечение литниковой системы; нерациональная конструкция отливки из-за наличия слишком тонких незаливающихся стенок. 10. Пористость подкорковая Дефект в виде скопления мелких газовых раковин. Дефект может возникнуть в результате наличие зародышевых пузырьков СО, образованных в результате присутствия в чугуне относительно легко восстанавливающийся окислов; при контакте сырых форм с чугуном, содержащим 0,01–0,1 алюминия или 0,01–0,05 титана; в результате сжимания газов затвердевшим чугуном возникает прорыв поверхностного слоя металла, образуется типичный «булавочный укол» Примечание. Рыхлота обнаруживается при механической обработке отливки или методами дефектоскопии 11. Раковина шлаковая Дефект может возникнуть в результате взаимодействие частиц шлака с металлом в форме, в результате чего выделяются газы; реакции окисления в ванне плавильной печи жидкого металла вызывает появление жидких или твердых окисей, а затем, в результате их восстановления углеродом, газовых пузырей; реакции жидкого металла и его окислов с огнеупорными материалами плавильных печей, ковшей или материалами формы; недостаточно эффективное удержание шлаков в литниковой системе 12. Раковина шлакогазовая, сферической формы Причины образования дефекта: выдержка металла для всплытия шлака; разливочные ковши для удерживания шлака; шлакоулавливающая литниковая система; состав шлака с пониженной вязкостью; температура заливаемого металла Основные виды дефектов отливок. Газовые раковины – открытые или закрытые пустоты с чистой и гладкой поверхностью закругленной формы, созданные воздухом или газами, выделяющимися из расплавленного металла при его затвердевании или из материалов формы. Образуются из-за повышенной влажности формы, плохой ее вентиляции, низкой температуры и насыщенности газами металла, недостаточной раскисленности расплава. Шлаковые (или песчаные) раковины – открытые (иногда закрытые) полости в теле отливки, частично или полностью заполненные шлаком (или формовочной смесью). Образуются в результате разрушения отдельных частей формы из-за низкой прочности, слабого уплотнения формы, смыва формовочной смеси расплавом при неправильном его подводе. 13. Раковина газоусадочная, окисленая, неправильной формы, гладкошероховатая Дефект представляет собой закрытые приповерхностные полости неправильной формы. Располагается в нагретых большими питателями частях отливки, либо в её термических узлах, где устье раковины открывается к перегретой поверхности формы, а большая ось раковины направлена к термическому узлу Причина газовой раковины – макро-захват воздуха и замешивание его в металл, недостаточная газопроницаемость формы, повышенная газонасыщенность литейного сплава в результате: – применения окисленной шихты и влажных присадок; 14. Раковина усадочная открытая Дефект обычно образуется в утолщенных местах отливки, которые затвердевают в последнюю очередь. Усадочная раковина – дефект отливки в виде открытой или закрытой полости с грубой шероховатой иногда окисленной поверхностью, образовавшейся вследствие усадки при затвердевании металла Причины: Неправильно выбранная конструкция или неверно рассчитаны размеры литниковой системы с точки зрения направленной кристаллизации и питания отливки Неправильно выбранная конструкция или рассчитаны размеры индивидуальных прибылей. Имеются трудно пропитываемые при кристаллизации расплава, массивные узлы, сочетающиеся с тонкими стенками и ребрами, резкие переходы от массивных частей к тонким 15. Усадочная пористость Пористость, рыхлота, мелкие усадочные раковины серого цвета встречаются в частях отливки, отвергающихся в последнюю очередь (массивные участки, стыки стенок, выступающие углы, стержни, соединения литников и прибыли). Они часто сопровождают усадочные раковины и являются их продолжением. В зависимости от массы и слоистости отливки, типа сплава и литейной формы, характера кристаллизации отливки усадка может проявляться не в виде концентрированной раковины, а в виде концентрированной раковины, множества мелких пустот, называемых усадочной пористостью. Каждая пара возникает в результате усадки микроскопического объема жидкого металла, обособленного от зоны локальных перемещений в результате неравномерного роста дендритов. Чем мельче дендриты, тем мельче образующиеся поры. 16. Холодная трещина. Дефект представляет разрыв сплошности, часто еле заметный, так как обычно отливка не разделяется на несколько кусков. Геометрия отливки дает основания предположить, что имеет место эффект напряжения при охлаждении. Цвет излома светло-серый. Холодные трещины – это слабозаметное нарушение целостности отливки, большей частью со светлой, зернистой поверхностью излома, имеющее правильное очертание, поскольку разрушение происходит по зернам, а не по их границам. Ширина холодных трещин обычно незначительна, образуются они в зоне растягивающих напряжений и располагаются преимущественно в острых углах и других местах концентрации напряжений. Внутренние напряжения, возникшие в горячих отливках, возрастают при охлаждении их до комнатной температуры. Повышению напряжений способствует продолжающаяся усадка отливок при охлаждении, фазовые превращения в металле отливок, происходящие с изменением объема, неравномерное охлаждение. Холодная трещина – дефект в виде сквозного разрыва или поверхностного надрыва тела затвердевшей отливки вследствие внутренних напряжений или механического воздействия Процесс теплоотдачи от отливки протекает не только в период кристаллизации, но и при охлаждении отливки. Правильно выбранные режимы охлаждения позволяют предупредить возникновения в отливках таких дефектов, как напряжения и трещины 17 Трещина «Разрыв холодный» Разрыв сплошности в виде заметной трещины постоянной ширины с острыми углами, которая обычно пересекает всю отливку, зерно в месте разрыва имеет обычный вид зерна при холодном изломе. Дефект встречается на участках, подвергающихся растяжению, т.е. в тех частях отливки, которые затвердевают последними, в то время как части отливки, затвердевающие первыми, подвергаются сжатию Причина возникновения холодной трещины Такой дефект, как холодная трещина образуется в твердом металле в местах наибольшего воздействия внутренних напряжений, т.е. в зонах перехода от толстых сечений к тонким. Устранение холодных трещин Ликвидировать холодные трещины, вызванные остаточными напряжениями, невозможно. При глубоко распространившихся холодных трещинах слиток бракуют. В сталях такой дефект, как холодная трещина встречается преимущественно в слитках из легированнх сталей с повышенным содержанием углерода 18 Горячая трещина Более или менее глубокие межкристаллические трещины. Излом иногда имеет мелкую дендритную структуру и окисленный вид. Дефект чаще всего появляется на участках, затвердевающих последними, где возникают напряжения (например, изменения площади поперечного сечения, выступающие углы) Горячая трещина - это дефект отливки в виде разрыва или надрыва тела отливки усадочного происхождения, возникшего в интервале температур затвердевания. Примечание. Горячая трещина располагается по границам кристаллов, имеет неровную окисленную поверхность, на которой иногда видны дендриты. Таким образом, необходимое условие образования горячих трещин в отливках – торможение свободной линейной усадки сплава во время затвердевания расплава в литейных формах. Устранение: Первый путь – создание конструкции отливок с минимальным затруднением свободной линейной усадки, лучше вообще без элементов торможения усадки. Такой путь является наиболее радикальным, но трудно реализуемым для большинства фасонных отливок. Второй путь – увеличение податливости εп ормы и стержней. Для этого необходимо использовать специальные формовочные и стержневые смеси с повышенной податливостью (например, с добавлением опилок). Третий путь – увеличение деформационной способности ε0 (предела прочности σ0) и уменьшение свободной линейной усадки εу сплавов 19 Горячий излом Более или менее глубокие межкристаллические трещины. Излом иногда имеет мелкую дендритную структуру и окисленный вид. Дефект чаще всего появляется на участках, застывающих последними, где возникают напряжения (например, изменения площади поперечного сечения, выступающие углы) Неметаллические прослойки на поверхностях зерен аустенита являются причиной межкристаллического излома отливок, а в случае возникновения внутренних напряжений, превышающих сопротивление стали отрыву, эти прослойки способствуют возникновению трещин. (это про сталь) Межкристаллическая трещина - это дефект отливки в виде разрыва тела отливки при охлаждении отливки в форме на границах первичных зерен аустенита в температурном интервале распада. Примечание. Межкристаллическая трещина в изломе термически обработанной пробы (отливки) имеет вид сглаженных поверхностей с зеркальным блеском на общем сером фоне волокнистой составляющей излома и образуется под воздействием водорода, растворенного в стали. 20 Трещина термическая Трещина имеет острые края и может быть поверхностной или проходить по всему поперечному сечению. Стенки трещины, вследствие окисления при нагреве, окрашены. При термической обработке различных видов, в том числе и отжиге, в отливке могут возникнуть временные температурные напряжения. Увеличению этих напряжений способствует: неравномерный нагрев отливки; резкий нагрев или охлаждение отливки; возникновение разницы температур между стенками малого сечения и более массивными, между наружными и внутренними зонами, остаточными напряжениями в отливке При термической обработке различных видов, в том числе и отжиге, для уменьшения уровня остаточных напряжений в отливках могут возникнуть временные температурные напряжения. Образованию этих напряжений также способствует неравномерный нагрев отливки и возникновение разницы температур между стенками малого сечения и более массивными. Температурные напряжения, возникающие при неравномерном нагреве отливки, могут суммироваться с остаточными. Если же величина суммарных напряжений превысит предельные значения прочности или пластичности материала отливки, в ней могут образоваться трещины. Подобные трещины иногда называют термическими. Термическая трещина представляет собой нарушение целостности отливки в виде довольно равномерного разрыва с острыми кромками и поверхностью цвета побежалости. Дефект обнаруживается после термической обработки. Предотвращение термических трещин. Чем больше остаточные напряжения в отливке, тем с меньшей скоростью следует вести нагрев, тем чаще необходимо производить выдержки для выравнивания температур. Во избежание неравномерного прогрева отливок при термической обработке не следует холодную отливку укладывать в горячую печь. 21. Ликвация Неравномерность химического состава отдельных частей отливки при затвердевании ее в форме называется ликвацией Дефект в виде местных скоплений химических элементов или соединений в теле отливки, возникших в результате избирательной кристаллизации при затвердевании Повышенная вязкость металла, связанная с наличием глиноземистых включений, затрудняет выделение газов и ликватов, в результате этого появляется пятнистая ликвация. В местах неоднородности отмечается повышенное содержание углерода, серы и фосфора, а в алюминиевых сталях — глинозема 22. Пригар Образование пригара вызвано проникновением сплава в поры формы под действием капиллярных сил и давления металла на стенки формы ПРИГАР, когда поверхность отливки полностью или частично покрыта слоем формовочного материала, пропитанного металлом и его оксидами. Причиной этому могут служить высокая температура заливки, большая продолжительность заливки, недостаточная раскисленность металла, слабое или, наоборот, слишком сильное уплотнение формовочной смеси, низкая теплопроводность смеси или ее малая газопроницаемость, неудовлетворительное качество очистки отливок 23. Ужимина Ужимины возникают в результате быстрого нагрева рабочей поверхности формы и представляют собой утолщения на поверхности отливки, под которым находится полость, заполненная формовочным материалом Ужимины возникают при сырой формовке, когда слой земли разрывается в месте конденсации жидкости и в образовавшуюся пустоту затекает расплав. Причина ее образования — слишком медленная заливка формы, неудовлетворительные свойства формовочной смеси (низкая прочность, высокие термические напряжения), наличие в отливках больших плоских поверхностей, технологические нарушения при заливке металла (неравномерная подача металла, перерывы струи), повышенная газотворность смеси 24. Складчатость Причину возникновения дефекта усматривают в скоплении на поверхности формы большого количества углерода, выделяемого при температурном разложении углеводородов, которые входят в состав связующих материалов. Предотвратить морщинистость можно путем уменьшения органических составляющих смеси и улучшением вентиляции формы. Этому способствует также повышение температуры заливаемого металла. Складчатость – дефект в виде незначительных гладких возвышений и углублений на поверхности отливки, возникающих вследствие пониженной жидкотекучести металла. Причины возникновения складчатости Тепловые деформации поверхностного слоя формы или затвердевающего металла. Пониженная жидкотекучесть металла.
