Основы литейного производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция № 12. Основы литейного производства

1. Понятие о литейном производстве

2. Кристаллизация сплава в литейной форме

3. Развитие неоднородности металла в отливке и внутреннем напряжении

1) Понятие о литейном производстве

литейный кристаллизация сплав

Литейное производство - одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки, получаемые в литейных формах при заполнении их жидким сплавом. Годовой объём производства отливок в мире превышает 80 млн. т, из которых около 25% приходится на СССР (1972). Методами литья изготовляется в среднем около 40% (по массе) заготовок деталей машин, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, доля литых изделий составляет 80%. Из всех производимых литых заготовок машиностроение потребляет примерно 70%, металлургическая промышленность -- 20%, производство санитарно-технического оборудования -- 10%. Литые детали используют в металлообрабатывающих станках, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах, электродвигателях, паровых и гидравлических турбинах, прокатных станах, с.-х. машинах, автомобилях, тракторах, локомотивах, вагонах. Значительный объём литых изделий, особенно из цветных сплавов, потребляют авиация, оборонная промышленность, приборостроение. Л. п. поставляет также водопроводные и канализационные трубы, ванны, радиаторы, отопительные котлы, печную арматуру и др. Широкое применение отливок объясняется тем, что их форму легче приблизить к конфигурации готовых изделий, чем форму заготовок, производимых др. способами, например ковкой. Литьём можно получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает расход металла, сокращает затраты на механическую обработку и, в конечном счёте, снижает себестоимость изделий. Литьём могут быть изготовлены изделия практически любой массы -- от нескольких г до сотен т, со стенками толщиной от десятых долей мм до нескольких м. Основные сплавы, из которых изготовляют отливки: серый, ковкий и легированный чугун (до 75% всех отливок по массе), углеродистые и легированные стали (свыше 20%) и цветные сплавы (медные, алюминиевые, цинковые и магниевые). Область применения литых деталей непрерывно расширяется.

Историческая справка. Производство литых изделий известно с глубокой древности (2--1-е тысячелетия до н. э.): в Китае, Индии, Вавилоне, Египте, Греции, Риме отливали предметы вооружения, религиозного культа, искусства, домашнего обихода. В 13--14 вв. Византия, Венеция, Генуя, Флоренция славились своими литыми изделиями. В русском государстве в 14--15 вв. отливались бронзовые и чугунные пушки, ядра и колокола (на Урале). В 1479 построена в Москве "пушечная изба" -- первый литейный завод. В царствование Ивана IV созданы литейные заводы в Туле, Кашире и др. городах. В 1586 А. Чохов отлил "Царь-пушку" (около 40 т). При Петре I изготовление отливок увеличилось, были созданы литейные заводы на Урале, Юге и Севере государства. В 17 в. чугунные отливки экспортировались за границу. В России созданы замечательные образцы литейного искусства: в 1735 "Царь-колокол" (свыше 200 т) И. Ф. и М. И. Маториными, в 1782 памятник Петру I "Медный всадник" (22 т) Э. Фальконе, в 1816 памятник К. Минину и Д. М. Пожарскому В. П. Екимовым, в 1850 скульптурные группы Аничкова моста в Петербурге П. К. Клодтом и др. Одна из самых крупных отливок в мире -- шабот (нижняя часть, воспринимающая удар) парового молота (650 т) изготовлена в 1873 на Пермском заводе. Известно мастерство литейщиков старых русских заводов -- Каслинского, Путиловского, Сормовского, Коломенского и др.

Первые попытки научного обоснования некоторых процессов литья сделали в своих работах Р. Реомюр, М. В. Ломоносов и др. учёные. Однако до 19 в. при литье использовали ранее накопленный многовековой опыт мастеров. Лишь в начале 19 в. были заложены теоретические основы литейной технологии, были применены научные методы в решении конкретных производственных задач. Труды Д. Бернулли, Л. Эйлера, М. В. Ломоносова послужили прочной базой для разработки и совершенствования литейной технологии. В работах русских учёных П. П. Аносова, Н. В. Калакуцкого и А. С. Лаврова были впервые научно объяснены процессы кристаллизации, возникновения ликвации и внутренних напряжений в отливках, намечены пути к повышению качества отливок. В 1868 Д. К. Чернов открыл критические точки металлов. Его труды продолжили А. А. Байков, А. М. Бочвар, В. Е. Грум-Гржимайло, позднее Н. С. Курнаков и др. русские учёные. Большое значение для развития Л. п. имели работы Д. И. Менделеева.

В годы Советской власти Л. п. развивалось ускоренными темпами: в 1922 впервые налажено производство отливок из алюминиевых сплавов, в 1929 -- из магниевых; с 1926 производилась реконструкция существовавших литейных цехов и строительство новых. Строились и вводились в эксплуатацию литейные цехи с высокой степенью механизации, с выпуском отливок до 100 тыс. т и более в год. Одновременно с перевооружением и механизацией Л. п. в СССР проводилось внедрение новой техники, создавались основы теории рабочих процессов и методы расчётов литейного оборудования. В 20-е гг. начала формироваться советская научная школа, основателями которой являются Н. П. Аксенов, Н. Н. Рубцов, Л. И. Фанталов, Ю. А. Нехендзи и др.

2) Кристаллизация сплава в литейной форме

Кристаллизация - это процесс перехода от жидкого состояния расплава к твердому состоянию с образованием структуры. Кристаллизация сплава происходит в направлении перпендикулярном поверхности теплоотвода. Скорость кристаллизации меняется от максимальной у поверхности до минимальной в центре стенки отливки (рис.2).

Рис. 2. Изменение кристаллической структуры по сечению отливки. 1 - литейная “корка”. 2 - столбчатые кристаллы. 3 - крупнозернистые кристаллы. 4 - литейная форма.

Для создания равномерной кристаллической структуры желательно уменьшить толщину отливки. Наилучшие свойства имеют сплавы при мелкокристаллической (мелкозернистой) структуре. Изменением скорости охлаждения невозможно достигнуть равномерной структуры. С целью получения мелкозернистой структуры в сплавы вводят особые добавки - модификаторы для силумина АЛ -2 - натрий, для серого чугуна - магний. Процесс кристаллизации и кристаллическое строение отливки зависят от ее формы, температуры заливки сплава, от марки сплава, от вида литейной формы. На рис.2 показана качественная картина влияния этих параметров на кристаллическое строение отливки.

3) Развитие неоднородности металла в отливке и внутреннем напряжении

Внутренние напряжения, возникающие в отливке, зависят от состава металла, его теплопроводности, модуля упругости, коэффициента термического расширения, скорости охлаждения отливки и от разности температур в момент перехода из зоны пластических в зону упругих деформаций. Во многих случаях для практических целей необходимо определить величину возникающих напряжений в отливке. Определение внутренних напряжений можно производить на специальных технологических пробах, которые отливают отдельно ог детали, или на пробах, прилитых к деталям, или на образцах, которые вырезаются непосредственно из деталей.

Способов определения внутренних напряжений в практике имеется много н зависят они от характера определяемых напряжений. Напряжения в отливке, вызванные неоднородностью силового температурного или материального поля и уравновешивающиеся в пределах данной отливки или отдельных ее областей, называют напряжением первого рода. Напряжения, возникающие и уравновешивающиеся в пределах отдельных зерен кристалла, называют напряжениями второго рода. Методы определения напряжений первого рода основаны на том, что они обнаруживаются в отливках по деформации, по изменению параметров кристаллической решетки или по изменению физических свойств материала. Рентгеновский метод определения внутренних напряжений основан па измерении межатомных расстояний, которые изменяются под действием этих напряжений. Изменение межатомных расстоянии вызывает соответствующее смещение линий на рентгенограммах; но величине этого смещения можно судить о напряжениях в отливке. Этот метод имеет тот недостаток, что он не учитывает радиальных напряжений, кроме того, при незначительных напряжениях размеры кольца мало изменяются и с трудом поддаются измерению. В практике часто пользуются еще способом разрезания вырезан-ных колец. Вырезанное кольцо до разрезки измеряют по среднему диаметру, затем его разрезают и вновь измеряют. Измерение разрезанного кольца производят в перпендикулярном направлении к разрезу. Вместо измерения среднего диаметра можно на кольце сделать углублении и измерять расстояние до и после разрезки, как показано на других пробах.

Размещено на Allbest.ru