Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет




НазваниеРоссийской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет
страница1/9
Дата25.01.2013
Размер1.64 Mb.
ТипМетодические указания
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования


Владимирский государственный университет


Кафедра литейных процессов и конструкционных материалов


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ И ПРАКТИЧЕСКИМ РАБОТАМ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

"ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ

СПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ"


Составитель

В.А. КЕЧИН


Владимир 2011

УДК 621.74

ББК 34.61

М54


Рецензент

Кандидат технических наук

Владимирского государственного университета,

директор ООО «Промпоставка»

А.М. Рабинович


Печатается по решению редакционно-издательского совета

Владимирского государственного университета



М54

Кечин В.А.

Методические указания к лабораторным и практическим работам по дисциплине "Производство отливок из сплавов цветных металлов" /Владим. гос. ун-т; cост. В.А.Кечин. - Владимир, 2011. - 92 с.


Служат руководством к проведению лабораторных и практических занятий по дисциплине «Производство отливок из цветных сплавов», содержит общие сведения по сплавам на основе цветных металлов, технологии плавки и особенностям изготовления отливок из цветных сплавов различными методами литья. В методических указаниях представлены краткие теоретические представления, перечень оборудования, инструментов и материалов, даны объемы и порядок выполнения лабораторных работ, а также рекомендации по составлению отчетов и организации работ в период выполнения задания.

Предназначены для студентов дневного и заочного обучения при подготовке бакалавров по направлениям 150100 «Металлургия» и 150400 «Материаловедение и технология материалов».

Табл. 29 . Ил. 4. Библиогр.: 13 назв.


УДК 621.74

ББК 34.61


© Владимирский государственный

университет, 2011

ПРЕДИСЛОВИЕ


При подготовке методических указаний к лабораторным и практическим работам по дисциплине «Производство отливок из цветных металлов», использован опыт преподавания на кафедрах, выпускающих инженеров указанной специальности, а также методические материалы, справочники и пособия, написанные ведущими преподавателями литейных кафедр Российских вузов (МИСиС, ЮУрГУ, КГУЦм, САМГТУ и др.).

Из представленных 10 работ пять направлены на усвоение и закрепление лекционного материала, затрагивающей вопросы свойств и характеристик сплавов на основе цветных металлов, освоения различных методов расчета.


ОБЩИЕ ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ


Основное внимание в лабораторных и практических работах по дисциплине «Производство отливок из цветных металлов» уделено развитию навыков самостоятельной работы студентов, значительная часть которой выполняется на уровне исследования.

Перед студентами ставится задача изучения особенностей плавки и литья, структуры и свойств основных литейных цветных и черных металлов и сплавов. Выделяются следующие вопросы:

- анализу свойств и характеристик сплава и компонентов шихты;

- расчету шихты для приготовления заданного сплава;

- разработке технологии приготовления сплава с заданными свойствами;

- особенностям изготовления отливок из цветных сплавов;

- изучению методов оценки свойств сплава;

- анализу качества отливок.

С целью более полного освоения курса в ходе работы предусмотрено использование ПЭВМ. Настоящие методические указания составлены таким образом, чтобы, ознакомившись с содержанием работы, изучив рекомендуемую литературу и воспользовавшись справочными данными, студент мог самостоятельно решать поставленные задачи.

Лабораторные и практические работы проводятся с подгруппой студентов. Подгруппа делится на бригады по 3 - 4 человека. При этом каждому студенту бригады выдается индивидуальная марка сплава для проведения анализа и выполнения инженерных расчетов.


ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ

ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ


1. Перед выполнением лабораторных работ необходимо изучить правила по технике безопасности и расписаться в специальном журнале.

2. Прежде чем приступить к выполнению, следует внимательно ознакомиться с содержанием задания и четко представлять цели и задачи предстоящей работы.

3. Приступать к выполнению работы разрешается только после собеседования с преподавателем. В случае неясности или неуверенности в правильности его выполнения необходимо прекратить работу для выяснения всех возникших вопросов.

4. При выполнении практической части необходимо учитывать следующие требования:

- перед загрузкой шихты для новой плавки тигель должен быть тщательно очищен от шлака и окисных пленок;

- загрузку шихты, подшихтовку, введение присадок, перемешивание расплавленного металла, снятие шлака, измерение температуры и взятие проб следует производить после снятия напряжения с нагревательных элементов;

- легирующие присадки и другие составляющие сплава необходимо вводить в расплавленный металл путем плавного опускания, предварительно подогрев их куски, а также строго соблюдать очередность ввода компонентов сплава;

- применяемые для рафинирования флюсы должны быть хорошо просушены, влажность их не должна превышать 2,5% .

5. Категорически запрещается:

- загружать разогретую печь влажным и холодным металлом, выливать металл в холодные ковши, сырые формы;

- оставлять без надзора включенные приборы, печи;

- нажимать пусковые кнопки, вращать ручки, фиксаторы и т.п. незнакомых приборов и малоизученного оборудования.

6. В случае чрезмерного нагревания отдельных частей установки (трансформаторов, проводов и т.д.), следует немедленно выключить ток и сообщить о неисправности преподавателю.

7. После окончания работы студент должен привести рабочее место в порядок.


ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ И МАТЕРИАЛЫ


Для выполнения лабораторных и практических работ необходимо следующее оборудование, инструмент и материалы: тигельная лабораторная печь типа СШОЛ и индукционная печь типа ИСТ - 0,06 для плавки сплавов, смешивающие бегуны для приготовления формовочных смесей, микроскоп, твердомер шариковый ТШ - 2, станок для шлифования и полирования образцов, технические и аналитические весы, кокили для заливки технологических проб для определения жидкотекучести, усадки, твердости и плотности образцов сплавов, набор плавильно- разливочного инструмента, исходные шихтовые материалы, химические реактивы для травления шлифов, фтористые и хлористые соли для рафинирования и модифицирования сплавов, спецодежда.


ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА И ПРАВИЛА

ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


До начала выполнения работы студент должен приготовиться к ней, пользуясь для этого программой и соответствующей литературой. Подготовленность студента к выполнению задания проверяется преподавателем до начала работы.

В процессе проведения лабораторных работ студенты должны:

- анализировать получаемые результаты, а также консультироваться по ним с преподавателем;

- заносить схемы, расчетные формулы и результаты исследований в тетрадь с тем, чтобы после окончания работы студент мог предоставить преподавателю материалы выполненного задания для предварительной проверки.

Отчет по лабораторным работам оформляется каждым студентом в тетради или на стандартных листах. За титульным листом следует задание, полученное студентом в начале выполнения практического занятия. Далее идет оглавление, в котором должны быть указаны разделы отчета и номера страниц. Содержание отчета должно соответствовать оглавлению данных методических указаний. В отчете необходимо привести список литературы, а в тексте ссылки на литературу.

На вводном занятии раскрываются цели и задачи лабораторных занятий, даются их общее содержание и характеристики основных разделов. Проводится формирование бригад (по 3 - 4 студента) и выдача задания на выполнение лабораторных работ. Определяется порядок выполнения работ, форма отчетности и сроки приема выполненного задания.

Проводится инструктаж по технике безопасности, который включает в себя ознакомление с оборудованием литейной лаборатории и требованиями по технике безопасности при выполнении лабораторных работ.


Работа № 1


ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ И ХАРАКТЕРИСТИК СПЛАВА


Цель работы: изучение физических, химических и технологических свойств заданного сплава, определение типа диаграммы состояния и фазового состава сплава в зависимости от вида применяемой обработки.


Общие сведения

В современной технике известно большое количество сплавов, отличающихся друг от друга составом и физико-механическими свойствами. Основой большинства промышленных сплавов являются металлы, известные человечеству с давних времен: медь, железо, цинк, олово, свинец, золото, а также освоенные сравнительно недавно никель, титан, вольфрам, молибден, цирконий, хром и др. В состав сплавов входят также и неметаллы - углерод, кремний, фосфор, сера, кислород, бор, и др. По основному элементу сплав получает свое название. Некоторые сплавы имеют специальные названия. Например, сплавы меди с цинком называют латунями, меди с оловом - бронзами, сплавы железа с углеродом и кремнием - сталью (до 2% С) и чугуном (2,0…6,0 % С и 1,5...2,0% Si).

Кроме основы, в состав сплавов входят легирующие элементы и примеси. Современный уровень развития металлургии не позволяет получать совершенно чистые металлы без примесей. По этой причине даже сверхчистые металлы следует рассматривать в ряде случаев как сплавы.

Химический состав сплава регламентируется ГОСТом или техническими условиями. Содержание основного компонента в сплаве колеблется обычно в широких пределах. В меньших пределах допускается колебание легирующих элементов. Что касается примесей, то, как правило, указывается верхний предел содержания их в сплаве, превышение которого выводит сплав в брак.

По технологическому назначению сплавы можно подразделить на несколько групп: рабочие сплавы; лигатуры; вторичные сплавы.

Большинство лигатур и рабочих сплавов производят путем непосредственного сплавления компонентов. В качестве шихтовых материалов используют чистые металлы, отходы, вторичные металлы и сплавы, лигатуры. Основное достоинство способа - высокая производительность и возможность получения сплавов с низкой загрязненностью металлическими примесями и неметаллическими включениями со строго определенным химическим составом и необходимыми физико-химическими и механическими свойствами.

Особенно важное значение в современной технике имеют черные (чугуны и стали) и цветные сплавы на основе алюминия, меди и цинка. Основными особенностями этих сплавов являются высокая удельная прочность, пластичность и коррозионная стойкость.

Технология получения различных сплавов также имеет свои особенности, обусловленные не только физико-химическими свойствами сплава, но и условием эксплуатации литых изделий.

Качество приготовленного сплава зависит от многих факторов, среди которых первостепенное значение имеют:

- выбор оптимального соотношения компонентов сплава;

- выбор плавильного агрегата, виды энергии и материала футеровки печи;

- правильный выбор шихтовых и вспомогательных материалов;

- выбор способов предотвращения возможного загрязнения расплава;

- выбор способов рафинирования, дегазации и раскисления расплава.


Порядок проведения работы


Работа рассчитана на 4 часа.

1. Получить у преподавателя задание на выполнение работы.

2. Изучить химический состав сплава и представить в виде таблицы с указанием содержания легирующих и примесных элементов в заданном сплаве в соответствии со стандартом.

3.Ознакомиться с физико-химическими и механическими свойствами сплава и представить соответствующие сведения в виде таблицы.

4. Определить тип диаграммы состояния, к которой относится сплав. В этой части работы необходимо сделать рисунок диаграммы состояния, обозначить на ней области существования фаз и дать их характеристику.

5. Определить и изучить фазовый состав и природу сплава в литом, модифицированном и термообработанном состояниях.

Необходимо указать:

1) элементы-модификаторы, применяемые для обработки данного сплава, способ ввода и их влияние на структуру затвердевшего металла;

2) режимы термической обработки, применяемые для данного сплава.

Следует определить, какие фазы составляют структуру сплава в литом, модифицированном и термообработанном состояниях, а также провести сравнительный анализ фазового состава сплава до и после обработки, если таковая предусмотрена для данного сплава.

6. Изучить физические, механические и технологические свойства сплава. Данные представить в виде таблиц в сопоставлении со свойствами других сплавов изучаемой группы (2 - 3 сплава). Из технологических свойств наибольший интерес представляют литейные свойства : жидкотекучесть, усадка линейная и объемная, пористость, склонность к появлению горячих трещин, газонасыщенность.

При характеристике механических свойств следует указать способы литья и режимы обработки сплава.

6. Пользуясь справочными материалами показать области применения заданного сплава.


Содержание отчета


1. Цель работы.

2. В соответствии с порядком выполнения работы описание свойств и характеристик заданного сплава.


Контрольные вопросы


1. Какие элементы Периодической системы называют металлами?

2. Какими специфическими свойствами обладают цветные металлы?

3. Как в природе распространены цветные металлы?

4. Какие цветные металлы и почему определяют ускоренное развитие промышленности? Автомобилестроение? Аэрокосмическая отрасль?

5. Укажите основные задачи литейщиков в области получения цветных сплавов.

6. Дайте определение понятия «сплав».

7. Как разделяют сплавы по технологическому назначению?

8. Какие требования предъявляют к сплавам?

9. Какие компоненты сплавов называются легирующими и примесными?

10. К какому типу относится диаграмма состояния исследуемого сплава?

11. Как меняется структура металла при термообработке и модифицировании?

12. С какой целью производится модифицирование сплава?

13. Какими конкретными свойствами обусловлена область применения исследуемого сплава?


Работа № 2


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ СВОЙСТВ СПЛАВА

И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК


Цель работы: оценить правильность разработанной технологии приготовления заданного сплава и исследовать его основные свойства в соответствии с технологическим процессом плавки.


Общие сведения

Для оценки правильности разработанной технологии приготовления заданного сплава проводятся исследования следующих свойств и характеристик:

- фактической плотности ............. .........................ф, г/см;

- расчетной пористости ........................................ П, %;

- балла пористости ............................................... Б

- твердости............................................................. НВ

- предела прочности на разрыв ..........................., МПа;

- жидкотекучести ................................................. L, мм;

- усадки .................................................................У, %;

- размера макро- и микрозерна ........................... dз, мм


Результаты исследований заносятся в табл. 2.1

Таблица 2.1



Исследуемый

Состояние расплава

п/п

параметр

исходный

после физико-химической обработки















Определение фактической плотности сплава

Определение фактической плотности сплава проводят методом гидростатического взвешивания. Для этого небольшую порцию сплава заливают в металлическую изложницу. После охлаждения от нижней части полученного слитка отрезают образец высотой 10 мм, который взвешивают на воздухе и в жидкости (чаще всего в дистиллированной воде), и определяют фактическую плотность по формуле

,

где - масса образца на воздухе и в жидкости соответственно, г;- плотность жидкости, г/см .


Определение пористости сплава

Для определения расчетной пористости сплава используют формулу

,

где- теоретическая и фактическая плотности сплава соответственно, г/см3.


Определение балла пористости

Для определения балла пористости необходимо отлить образцы, разрезать их по вертикальной плоскости, зачистить поверхность напильником и приготовить микрошлиф, после чего протравить (состав используемого травителя зависит от марки сплава).

После этого подсчитать число газовых пор, приходящихся на 1 см площади шлифа (на трех - пяти участках), после чего оценить диаметр пор и с помощью шкалы пористости ВИАМ (табл. 2.2) определить балл пористости.


Таблица 2.2

Шкала пористости ВИАМ

Балл

пористости

Количество пор на 1 см

Диаметр пор, мм

Доля пор данного размера, %

1


2


3


4


5

До 5


До 10


До 15


До 20


До 25

До 0,1

До 0,2


До 0,1

До 0,2


До 0,3

До 0,5


До 0,5

До 0,1


До 0,5

До 1,0

Св.1,0

90

10


80

20


80

20


70

30


60

30

10

Определение твердости и предела прочности на разрыв

Твердость определяют на приборе ТШ - 2. Испытания проводят по 3 - 4 раза на каждом образце. Диаметр каждого отпечатка измеряют по двум направлениям и определяют среднее значение.

Численное значение твердости сплава находят по формуле, кгс/мм:

где - нагрузка, кгс; Д - диаметр шарика, мм ; d - диаметр отпечатка, мм .

Если твердость определяется не по методу Бринелля, то полученные величины необходимо перевести в значения НВ (т.е. в значения, соответствующие методу Бринелля), пользуясь соответствующей литературой .

Известно, что между твердостью по Бринеллю и пределом прочности пластичных деформируемых металлов существует ориентировочная зависимость.

,

где к - коэффициент пропорциональности, равный для различных сплавов соответственно

для алюминиевых - 0,37,

для медных - 0,55,

для цинковых - 0,41,

для стали - 0,35.


Определение жидкотекучести

Различают, как известно, нулевую, истинную, условно-истинную и практическую жидкотекучесть.

Жидкотекучесть и формозаполняемость сплавов определяют по технологическим пробам. Мера жидкотекучести во всех пробах - степень заполнения сплавом полости формы по длине. Мера относительной формозаполняемости - F :

100% ,

где - длина пробы в конце потока, на которой наблюдается сужение сече-ния, мм; - абсолютная формозаполняемость, т.е. длина пробы без сужения сечения, мм.

Пробы по конструкции можно подразделить на три группы:

- постоянного сечения (спиральная, прутковая, лабиринтная, U-образная, винтовая);

- переменного сечения (клиновая, шариковая);

- комбинированные.

Перед заливкой форму необходимо установить строго горизонтально по уровню.

1) Спиральные пробы применяются обычно для определения жидкотекучести Cu, Al, Zn и ряда других сплавов. Спиральная проба (спираль Кери) дает сравнимые результаты жидкотекучести цветных металлов и сплавов при постоянных условиях заливки, т.е. необходимо соблюдать постоянство температуры перегрева металла.

2) Проба Нехендзи - Купцова.

Численное значение жидкотекучести определяют по формуле,


,

Определение усадки

Усадку линейную, литейную и объемную определяют по образцам. Линейную ( свободную ) усадку можно определять на приборах конструкции

И.Ф. Большакова с встроенными индикаторами или методом А.А.Бочвара, когда в соприкосновение с залитым прямым образцом устанавливается индикатор, фиксирующий изменение размера образца.

В простейшем варианте усадка определяется по изменению размера образца. При этом линейная усадка - это разница между линейными размерами полости в форме и размером полученной отливки после полного охлаждения.



где - линейная усадка, %; - линейный размер полости формы, мм; - линейный размер отливки, мм.

Литейной усадкой называют разницу между линейными размерами модели lмод и отливки lотл



Литейная усадка отличается от линейной тем, что она зависит не только от свойств и состава металла и сплава, но также и от конструкции отливки, конструкции формы и некоторых других факторов.

Объемная усадка - разница между объемом полости формы и объемом отливки после ее полного охлаждения.

,

где- объемная усадка, %; - объем полости формы, см ; - объем отливки, см .

Для определения объемной усадки применяют разнообразные технологические пробы. Чаще всего это конусные пробы различных размеров. При определении объемной усадки необходимо учитывать, что она складывается из усадки в жидком состоянии, усадки в температурном интервале tл - tс и усадки в твердом состоянии. Поэтому необходимо различать изменение объема сплава в отливке и изменение объема самой отливки. При этом чем больше температурный интервал кристаллизации сплава, тем больше склонность сплава к образованию рассеянной пористости, а у сплавов с узким интервалом кристаллизации, у чистых металлов и сплавов эвтектического состава - склонность к образованию концентрированной усадочной раковины. В то же время картина затвердевания в значительной степени зависит от интенсивности охлаждения. Поэтому для получения сравнимых результатов необходимо четко оговаривать именно этот параметр.

При выполнении работы в формы заготовленных проб необходимо залить приготовленный сплав (с небольшим перегревом). После охлаждения выбить пробы из формы и погружением в мензурку с водой узнать объем отливки (Vотл). После этого по приведенному выше выражению найти объемную усадку.


Определение размеров макро- и микрозерна

Для определения размера макрозерна необходимо надпилить и сломать образцы, а для определения микрозерна изготовить шлифы и протравить их. Затем определить размеры макро- и микрозерна одним из известных способов.

1) Способ Джеффриса. Число зерен (не менее 50) подсчитывают на матовом стекле микроскопа в пределах площади, ограниченной окружностью  79,8 мм. При увеличении в 100 раз это соответствует площади на шлифе 0,5 мм. Общее число зерен подсчитывают по формуле

n100 = n + 0,5nI ,

где n - число зерен внутри круга; n100 - число зерен, пересекающихся окружностью.

Число зерен, приходящихся на 1 мм поверхности шлифа, равно

N = 2n100 .

Среднее число зерен Nср. находят, подсчитывая их число для трех характерных участков микрошлифа. Среднюю площадь зерен Fср и их диаметр dср вычисляют по формулам

Fср = 1/Nср ; dср = 1/Nср .

2) Способ секущих. Величину зерен характеризуют средним условным диаметром, который определяют по изображению на матовом стекле микроскопа. С этой целью произвольно проводят несколько прямых линий так, чтобы каждая пересекала не менее 10 зерен. После этого подсчитывают число зерен, пересекаемых каждой линией. Затем делят суммарную длину всех линий на число зерен и, учитывая выбранное увеличение, получают средний условный диаметр зерна:

dср.у. = ( l/ N ) q ,

где l - суммарная протяженность секущих линий, мм ; N - суммарное количество зерен, попавших в пересечение, включая и те зерна, которые полностью не пересечены у концов линий ; q - увеличение.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет iconРоссийской федерации государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «санкт-петербургский государственный университет экономики и финансов» Деканат общеэкономического факультета
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет iconРоссийской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тверской государственный технический университет»
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет iconРоссийской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет»
...
Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет iconРоссийской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет

Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет iconРоссийской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет»

Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет iconОтчет государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет по результатам реализации
Цель и задачи программы. Место данного этапа (промежуточные результаты по плану)
Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет iconРоссийской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный университет»
Протокол № от
Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет iconРоссийской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный технический университет
Программа составлена на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности...
Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет iconУчебно-методический комплекс дисциплины математическая биология екатеринбург 2007 федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет им.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет им. А. М....
Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Владимирский государственный университет iconРоссийской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный технический университет
Программа составлена на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница