Короткі теоретичні відомості. до виконання лабораторних і практичних робіт з курсу

Методичні вказівки

до виконання лабораторних і практичних робіт з курсу

Технологія конструкційних матеріалів».

Розділ «Ливарне виробництво»

 

Київ НТУУ «КПІ» 2012

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

 

 

Методичні вказівки

до виконання лабораторних і практичних робіт з курсу

Технологія конструкційних матеріалів».

Розділ «Зварювальне виробництво»

 

Затверджено

Методичною радою

ММІ НТУУ «КПІ»

Протокол №___ від________2012 р.

 

 

Київ НТУУ «КПІ» 2012

Методичні вказівки до виконання лабораторних і практичних робіт з курсу «Технологія конструкційних матеріалів. Ливарне виробництво»

для студентів усіх спеціальностей.

Укл.: В.В. Джемелінський, Ю. В. Ключников, О. Т. Сердітов, А. М. Лутай, Гончарук О.О., Кагляк О.Д. -К., НТУУ-«КПІ», 2012. 44 с.

 

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

 

Методичні вказівки до виконання лабораторних і практичних робіт з курсу

Технологія конструкційних матеріалів.

Ливарне виробництво”

 

Укладачі:

 

проф. Віталій Васильович Джемелінський

доц. Юрій Валентинович Ключников

доц. Олександр Тимофійович Сердітов

ст. викл. Анатолій Миколайович Лутай

ас. Олексій Олександрович Гончарук

ас. Олексій Дмитрович Кагляк

 

Відповідальний редактор:

 

В.В. Романенко

 

Рецензент:

 

Ю. М. Малафеєв

 

Лабораторна робота № 31

 

ВИВЧЕННЯ ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ РАЗОВОЇ ЛИВАРНОЇ ФОРМИ

Мета роботи - ознайомитися з модельним комплектом, виготовленням разової ливарної форми в двох опоках за роз"ємною моделлю та піщано-глинистого стержня в роз"ємному стержньовому ящику.

 

Короткі теоретичні відомості

Уливарному цеху фасонні деталі складної і простої конфігурації одержують методом заливання рідкого металу в ливарну форму - порожнину, яка відповідае конфігурації і розмірам майбутньої деталі. Деталі (або заготовки), які одержують у такий спосіб, називають відливками. Після затвердіння відливок вибивають з форми, обрубують ливникову систему, очищають від пригару формувальної суміші і піддають механічній обробці з метою знаходження точних розмірів. Тому в процесі виготовлення ливарної форми розміри її порожнини слід збільшити з урахуванням припусків і усадки металу, який заливають.

Стінки ливарної форми можна виготовляти з різних матеріалів піщаної суміші, гіпсу, алебастру, цементу, сплавів металів. Використовуваний матеріал визначає строк служби ливарної форми. Разові ливарні форми виготовляють з піщаної формувальної суміші. Її застосовують для одержання лише однієї деталі, оскільки при витягуванні готового відливка форма руйнується. Багаторазові ливарні форми виготовляють із сплавів різних металів, гіпсу, алебастру, шамоту, магнезиту, цементу та інших вогнетривких матеріалів. Ці форми можуть витримати багато заливок, Металева форма називається кокілем. Останній дає змогу одержувати від кількох сот до кількох десятків сотень тисяч відливків. Кількість відливків у одному кокілі залежить від температури плавлення металу, який заливають, маси та конфігурації одержуваного відливка.

Для виготовлення разової ливарної форми вручну потрібні: піщана формувальна та стержньова суміші, модельний комплект, парні опоки, фор-мувальний інструмент.

1. Формувальна та стержньова суміш слугують для виготовлення стінок ливарної форми і стержнів, які утворюють порожнини у відливках. До цих сумішей ставляться такі вимоги: висока вогнетривкість (оскільки існує контакт з рідким металом), пластичність (для одержання чіткого відбитку моделі і стержньового ящика), газопроникність (щоб пропустити з форми гази, які виділяються з охолоджуваного рідко­го металу),піддатливість (здатність не перешкоджати усадці затверділого металу для запобігання появи напружень і тріщин у відливку).

3 метою забезпечення вказаних властивостей як наповнювач використовують зернистий кварцевий пісок і як в"яжуче (для пластичності та міцності суміші) - глину (до 8...12% за об"ємом). Щоб запобігти прига­ру до металу відливка, у формувальну и стержньову суміші вводять незначну кількість протипригарних домішок: графіт, кам"янедеревне вугілля, кокс, циркон та ін. Домішки тирси, торфу та інших органічних речовин підвищують піддатливість сумішей.

 

Рис.1

У разі ручного формування використовують лицювальні і наповнюючі формувальні суміші. Лицювальні суміші 3 (рис.1)слугують для покриття робочої поверхні форми, яка контактує з рідким металом. У процесі формування її наносять на модель шаром товщиною 15...30 мм. Лицювальну суміш готують зі свіжих піску и глини, куди вносять до 10% протипригарних домішок. Наповнюючу суміш 2, яка е основного частиною ливарної форми, готують з відпрацьованої формувальної суміші, додаючи 5-10% свіжих піску и глини.

2. Модельний комплект використовують для виготовлення ливарної форми. До його складу входять: модель майбутнього відливка, один або кілька стержньових ящиків (якщо відливок має порожнини або отвори), моделі ливникової системи, підмодельна дошка. Для ручного формування модельний комплект виготовляють з деревини (клен, бук, сосна).

а) Модель призначена для одержання в ливарний формі відбитку порожнини, якавідповідає розмірам і зовнішній конфігурації відливка. Моделі можуть бути нероз"ємними та роз"ємними. Якщо конфігурація

відливка проста, що дає змогу видалити модель, не руйнуючи ливарної форми, використовують нероз"ємну модель. Складні за конфігурацією відливки заформовуються в двох половинах ливарної форми. У цьому разі використовують роз"ємні моделі. Роз"єм полегшує видалення моделі з ливарної форми в процесі формування. 3 цією самою метою поверхні моделі орієнтовані вертикально (тобто перпендикулярно до площини роз"єму моделі), мають бути з формувальними ухилами в межах 0,5..,3˚ в напрямі видалення напівмоделі з форми. Отже, верхня і нижня півмоделі матимуть зустрічні формувальні ухили (рис.2). Оскільки розміри ливарної форми мають бути більшими за розміри готової деталі, її роблять більшими з урахуванням припусків на механічну обробку відливка та усадку металу.

Рис.2

На рис.2 і 3 наведені креслення відповідно готовоі деталі і роз"ємної моделі для одержання відливка. Половинки моделі кріпляться іцентруються одна відносно одної шипами 1. На відміну від деталі в моделі немає отвору, але в місцях виходу отвору зовні в неї є виступаючі частини 2 - стержньові знаки, Стержньові знаки моделі дають у ливарній формі відбитки, які є опорами для встановлюваного уформу стержня. На рис.1 і 3 роз"єм моделі і форми показано відрізком суцільної лінії (роз"єми показують також ламаною штрих-пунктирною лінією, що закінчують знаком "X - - - X"), над яким пишуть літери РМФ а положення відливка в ливарній формі позначено літерами В (верх) і Н (низ) біля стрілок, які показують напрям роз "єму форми.

Рис.3

Після виготовлення, викінчення і перевірки розмірів моделі фарбують вологонепроникною фарбою певного кольору: червоним - для чавунного литва, синім - для стального, жовтим - для кольорового. Стержньові знаки фарбують у чорний колір.

б) Стержньовий ящик призначений для виготовлення в ньому піщано-глинистого стержня (рис.4), в якому є вентиляційні канали 1,3, що полегшує вихід газів, і для більшої міцності - металева дротяна арматура 2. Стержень установлюють на відбитки від стержньових знаків у готову ливарну форму, розріз якої показано на рис,1. Стержньовий ящик також роз"ємний і половинки його центруються за допомогою шипів.

 

Рис. 4

 

в) Ливникова система - це система каналів, по яких рідкий ме­тал потрапляє в порожнину ливарної форми. Після вибивання форми ливникову систему відокремлюють від відливка і направлять у переплавку.

Рис.5

До складу ливникової системи входять (рис.5): ливникова чаша 1, що слугує для приймання рідкого металу з ковша, запобігання розбризкуванню, послаблення напору струменя і часткового відокремлення шла­ку від металу; стояк 2 - вертикальний. конусний канал, який з"єднує чашу зі шлаковловлювачем 3 - горизонтальним, трапецоїдної форми кана­лом у верхній півформі, який перешкоджає потраплянню шлаку до порож­нини ливарноі форми; живильники 4.- горизонтальні канали в нижній півформі, які безпосередньо живлять рідким металом порожнину форми 7 (див, рис.1). Елементи ливникової системи позначені так (Рис.1): 8 — шлаковловлювач, 9 - живильник, 10- стояк, II - ливннкова чаша та 6 – випори - вертикальні канали, які розміщують у верхніх точках відливка для видалення повітря з форми, коли її заливають, та для контролю заповнення форми металом. Неправильна конструкція і розміри ливникової системи призводять до утворення у відливка шлакових, земляних і газових раковин, недо­ливів, короблення відливка тощо. Щоб не було всмоктування повітря йшлаку у форму, слід ливникову систему заповнювати рідким металом упродовж усього періоду заливания форми, а для цього між елементами ливникової системи, яка звужується, необхідне виконання співвідношення

 

це F _ж - сумарна площа перерезу всіх живильників: -площа перерізу відповідно шлаковловлювача та стояка,

г) Підмодельна дошка призначена для встановлення половини моделі площиною роз"єму вниз та опок у процесі формування.

3. Опоками називають металеві (зрідка дерев"яні) рамки, в яких виготовляють піщано-глинисту ливарну форму. Опока має бути легкою, міцною, добре тримати ущільнену формувальну суміш. При формуванні за роз"ємною моделлю використовують парні опоки 14 і 15, що центруються за допомогою з"єднувальних штирів 1. Це забезпечує повний збіг кон­турів відливка верхньої і нижньої півформ (див. Рис.1).

4. Форму вальний інструмент, який застосовують при ручному форму-ванні, доцільно поділити на формувальний і викінчувальний. Формуваль­ну суміш в опоки засипають совковими лопатами і ущільнюють ручними (інколи пневматичними) трамбовками. Вентиляційні канали наколюють сталевими голками (душниками). Для видалення півмоделей з форми ви­користовують підйомники. Виправляють готову форму викінчувальним інструментом: гладилками, ложками, ланцетами.

 

Порядок виконання роботи

 

Виготовлення стержня

Стержень уроз"ємному стержньовому ящику виготовляють утакій послідовності:

- робочу поверхню стержньового ящика протирають ганчір"ям;

- половинки стержньового ящика складають, центруючи по штіфтах, і скріплюють струбциною;

- у вертикально встановлений стержньовий ящик засипають стержньову суміш;

- по центру стержня вставляють каркас, змочений глинистою суспензією;

- трамбовкою ущільнюють стержньову суміш і гладилкою вирівнюють знакові частини стержня;

- душником наколюють у стержні вентиляційні канали;

- киянкою обстукують стінки стержневого ящика і знімають струб­цину;

- обережно знімають одну половину стержньового ящика;

- на другу половину стержньового ящика зі стержнем накладають сушильну плиту, перевертають на 180°, після чого половину стержньового ящика знімають і стержень залишається на сушильний плиті;

- стержень разом із сушильною плитою відправляють на сушіння в піч.

Виготовлення форми

Послідовність операцій виготовлення разової форми за роз"ємною моделлю в двох опоках така:

- на підмодельну дошку кладуть нижню половину моделі і накривають нижньою опокою (Рис.6 а);

- півмодель покривають лицювальною сумішшю шаром 15...30 мм, за-лишкову частину опоки засипають з надлишком наповнюючою сумішшю;

- суміш в опоці ущільнюють ручною трамбовкою;

- лінійкою зрізають зайву стержньову суміш на одному рівні з опо­кою і голкою /душником/ наколюють вентиляційні канали 4 (див. Рис.1), (Рис. 6,б);

 

Рис.6 а, б.

- готову нижню півформу перевертають на 180° і на нижню півмодель установлюють (по шипах) верхню (Фіг.6 в.);

- площину роз"єму нижньої півформи посипають відокремлюючим су­хим піском і установлюють верхню опоку, з"єднуючи з нижньою за допомогою вушок і штирів;

Рис.6 в, г.

- установлюють моделі ливникової система (живильники, шлаковловлювач, стояк: випори) і повторюють усі операції, які виконують під час набивання нижньої півформи (Рис.6 г.);

- у готовій верхній півформі біля моделі стояка вирізують ливникову чашу;

- видаляють з верхньоі півформи моделі стояк та випори(Рис.6 д.);

Рис.6 д

 

- знімають верхню півформу і установлюють поряд з нижньою, пере-вертаючи на 180 /угору площиною роз"єму/;

Рис.6 е

 

- підйомник забивають у півмоделі, розштовхують їх з боку в бік і обережно видаляють з півформ /верхньої і нижньої;

- так само видаляють моделі живильників з нижньої та модель шлаковловлювача з верхньої півформ;

- форму виправляють і викінчують формувальним інструментом;

- у нижню півформу встановлюють готовий висушений стержень на стержньові знаки (Рис.6, ж);

Рис.6 ж

 

- форму складають і навантажують(Рис.6, з);

Рис.6, з

 

- складену форму заливають металом (Рис.7) і після витримки вибивають готовий відливок

Рис. 7

ЗМІСТ ЗВІТУ

1. Номер і назва роботи.

2. Короткі теоретичні відомості.

3. Послідовність операцій при виготовленні стержня та форми.

4. Рис.З, 5 (виконуються в зменшеному масштабі безпосередньо в тексті підрозділу "Короткі теоретичні відомості).

5. Рис.1, 2і4 (виконуються на окремих аркушах паперу формату А4).

6. Висновки про роботу.

 

Лабораторна робота № 32

 

ВИВЧЕННЯ ЛИВАРНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ СПЛАВІВ І МЕТОДІВ БОРОТЬБИ З УСАДОЧНИМИ РАКОВИНАМИ У ВІДЛИВКАХ

Мета роботи - вивчити ливарні властивості ливарних сплавів, ви­ди браку відливків у результаті об'ємної усадки металу, методи бо­ротьби з усадочними раковинами та визначення витрат металу на дода­ток у сталевому литві.

Короткі теоретичні відомості

Крім механічних, фізичних і хімічних властивостей, ливарні спла­ви мають певні технологічні ливарні властивості, головними з яких є: рідкотекучість, ліквація, газопоглинання, об”ємна і лінійна усадки сплаву.

1. Рідкотекучість - здатність ливарних сплавів у рідкому стані швидко заповнювати найскладніші за конфігурацією та вузькі порожни­ни ливарної форми. Якщо метал, який заливають у форму, буде в"язким, він закристалізується і не заповнить вузькі (щілиноподібні) порожни­ни форми, що призведе до браку відливка у вигляді недоливу. Рідкоте­кучість сплаву визначає мінімально можливу товщину стінки відливка: чим більша рідкотекучість, тим меншу товщину стінки можна одержати, тобто товщина стінки відливка наближається до розрахункової або точ­но збігається з нею. Якщо ж сплав дуже в"язкий, розрахункову товщи­ну стінки слід підвищувати, що призводить до підвищення маси відлив­ка та перевитрати металу.

Рідкотекучість сплаву залежить від температури його заливання і хімічного складу. Чим вища температура заливання сплаву, тим нижча його в"язкість і вища рідкотекучість. Але перегрівати сплав вище від його температури плавлення не рекомендують, оскільки зростає кількість розчинених у ньому газів, що може призвести до утворення газових раковин у відливку і, крім того, дуже перегрітий метал під­вищує небезпеку пригару формувальної (і стержньової) суміші до від­ливка.

Щоб підібрати оптимальну температуру заливання форми для даного сплаву, відливають технологічні проби при різних температурах пере­гріву. Найпоширеніші - спіральні проби (рис.32.1). Після одержання відливка спіральної проби визначають її довжину за кількістю відміток (гор­бочків), розміщених через кожні 50 мм. Довжина спіралі в міліметрах е харак­теристикою рідкотекучості сплаву при даній температурі заливання.

Чисті метали, а також їх евтек­тичні /легкоплавкі/ сплави мають доб­ру рідкотекучість. При додаванні фосфору рідкотекучість чавуну і бронзи підвищується. Вміст від 0,5 до 1,5% фосфору в чавуні дає змогу відливати тонкостінні радіатори опалення, поршньові кільця та інші тонкостінні деталі. З брозни, в якій 1% фосфо­ру, одержують художні відливки скульптур, барельєфів, тонкостінних решіток. Тугоплавкі компоненти (W, Ті, Мо, V) погіршують рід­котекучість сплаву.

Крім зазначених причин заповнюваність ливарної форми рідким металом залежить від шорсткості каналів ливникової системи, порожни­ни форми, поверхні стержня. Тому підвищену заповнюваність мають ли­варні форми із сумішей з використанням дрібнозернистих пісків. Суха нагріта форма краще заповнюється рідким металом, оскільки вогка хо­лодна форма знижує температуру металу, який заливають, що погіршує його рідкотекучість.

2. Ліквація - неоднорідність сплаву за хімічним складом у різ­них частинах перерізу відливка. Причиною ліквації є кристалізація сплаву, спрямована від поверхні до центра стінки відливка. У першу чергу кристалізуються тугоплавкі компоненти сплаву і їх зростаючі кристали від периферії відштовхують легкоплавкі компоненти до цент­ру. Результатом є різний склад легкоплавких домішок біля поверхні і в центрі стінки відливка. Найбільше ліквують шкідливі домішки - сірка і фосфор. Неоднорідність за хімічним складом призводить до не­однорідності властивостей сплаву за перерізом відливка. З ліквацією можна боротися, прискорюючи охолодження відливків у формі.

3. Газопоглинання - здатність металу в рідкому стані розчиняти в собі гази, розчинність яких з охолодженням у ливарній формі знижу­ється і гази з металу виділяються. Якщо газопроникність формувальної і стержньової сумішей недостатня, у відливку можуть утворюватись газові раковини. Розчинність газів у рідкому металі зросте,якщо збіль­шиться перегрівання. Тому значне перегрівання металу перед заливан­ням небажане.

4. Об"ємна усадка металу - зменшення об"єму металу відливка в процесі кристалізації, оскільки в рідкому стані метал має більший об"єм, ніж у твердому зі щільним пакуванням атомів у вигляді прос­торової кристалічної решітки. У кожному перерізі відливка метал затвердіває пошарово від пе­риферії до центра. Тому під кіркою, утвореною в першу мить, містить­ся ізольований від зовнішнього середовища рідкий метал, який криста­лізується зі зменшенням об"єму. Остаточно всередині масивного пере­різу відливка (де метал кристалізується в останню чергу) утворюєть­ся концентрована усадочна раковина 1 (рис.32.2, а) або розподілена по­ристість 2 (рис.32.2, б).

Рис. 32.2

 

Для боротьби з концентрованими усадочними раковинами у відлив­ках існують такі методи: конструювання рівностінного відливка; уста­новлення додатків.

Рівностінний відливок (рис.32.2, б) має однакову товщину стінок і його кристалізація закінчується одночасно по всьому перерізу, тому брак металу як результат об"ємної усадки не відтворюється у вигляді концентрованої усадочної раковини, а рівномірно розподіляється по осі перерізу відливка у вигляді усадочної пористості. При конструю­ванні відливок намагаються зробити якомога більш рівностінним. Якщо відливок має неусувні стовщення, встановленням холодиль­ників можна штучно досягти одночасного затвердіння його в місцях скупчення металу. Холодильниками 3 (рис.32.2, в) можуть бути чавунні або сталеві бруски, які закладають у стінки ливарної форми навпроти стовщених місць відливка. Металева частина форми (холодильники) швидко відбирають теплоту у залитого металу, збільшуючи швидкість охолодження стовщеного перерізу відливка і наближаючи її до швидко­сті охолодження тонких перерізів. Але одночасне затвердіння відливка не забезпечує щільність ме­талу по всій товщині стінки. По осі стінки відливка обов'язково ут­ворюється усадочна пористість. Тому обидва методи (рівностінність відливка і встановлення холодильників) застосовуються тільки тоді, коли сплав має невелику об"ємну усадку (наприклад, сірий чавун), або коли не ставляться вимоги великої щільності відливка.

Щоб одержати відливок без пористості зі сплаву з підвищеною об"ємною усадкою (наприклад, із сталі), необхідно забезпечити за­твердіння металу, спрямоване знизу вгору, а зверху відливка утворити додаткову порожнину - додаток. У цьому випадку розміщені нижче час­тини відливка в процесі кристалізації живитимуться за рахунок рідко­го металу розміщених вище частин, а ці, у свою чергу - за рахунок металу додатку. Додаток 4 закристалізується останнім (оскільки в нього найбільший переріз). Концентрована усадочна раковина 5 (рис.32.2,г) утворюється в додатку, який потім відрізають. Додаток є також приймачем усіх лікватів і забруднень металу, які виштовхуються до місця найпізнішого затвердіння. Переріз додатка має бути в 1,3 раза більшим від перерізу відливка, який він живить, а висота - в 1,5 ра­за більшою від його перерізу. Отже, відносна маса додатка щодо маси відливка коливається в межах 25-150% і більше. Встановлення додат­ків збільшує витрати рідкого металу і об"єм механічної обробки, а також ціну відливка.

У різних, ливарних сплавів різна об"ємна усадка: найбільшу усад­ку мають алюмінієві бронзи (7,2 - 7,4%), латуні (5,7 - 6,1%) і вуглецева сталь (5 - 6%). Тому при одержанні литва з цих сплавів не­обхідно встановлювати додатки навіть для відливків невеликої маси, тоді як для сірого чавуну з невеликою об"ємною усадкою (2,9-3,1%) додатки встановлюють тільки для крупнихі відливків.

Лінійну і ливарну усадку розглянуто в лабораторній роботі № 33.

 

Порядок виконання роботи

Перед початком роботи викладач перевіряє знання студентів, де­монструє сталеві відливки з додатками, потім поділяє групу на брига­ди, видає кожній бригаді модель відливка з моделлю додатка для нього. З моделі необхідно накреслити готовий відливок з додатком у розрізі суцільною основною лінією зі штрихуванням перерізу. Додаток зображу­ють у масштабі креслення суцільною тонкою лінією. Площу перерізу до­датка не штрихують. Додаток позначають порядковим номером на полиці лінії-виноски, попереду якого пишуть слово "додаток". Якщо на від­ливку встановлюють кілька однакових додатків, на полиці лінії-винос­ки після номера додатка зазначають у дужках їх загальну кількість.

Замалювавши відливок з додатком, зважують на вагах окремо моде­лі відливка й додатка. Щоб перевести масу дерев"яної моделі відливка і додатка в масу сталевого відливка і додатка, необхідно результати зважування моделей помножити на коефіцієнт 12 (співвідношення пито­мої ваги сталі і сосни) і результати записати до табл.1. Обчислюють віднос­ні витрат рідкого металу на додатки залежно до маси відливка, %:

P=(Q_Д/ Q_В)100,

де Q_д, Q_в – маса відповідно додатків і відливків, кг.

Результати записати до таблиці 1, округляючи з точністю до 5%.

Таблиця 1.

Назва деталі	Маса відливка, кг	Маса деталі, кг	Р, %

 

Зміст звіту

1. Номер і назва роботи, її мета.

2. Короткі теоретичні відомості.

3. Рис.32.2 (виконується в зменшеному масштабі у тексті).

4. Табл.1 та необхідні розрахунки.

5. Креслення відливка з додатком (накреслити на аркуші паперу формату А4 відповідно до вказівок у розділі "Порядок виконання роботи").

6. Висновки.

 

Лабораторна робота № 33

 

ВИЗНАЧЕННЯ ЛІНІЙНОЇ ТА ЛИВАРНОЇ УСАДКИ

Мета роботи - вивчити вплив усадки на якість відливка, набути навичок визначення лінійної /вільної/ усадки сплавів і ливарної /ускладненої/ усадки відливків.

Короткі теоретичні відомості

Лінійна усадка - одна з найважливіших властивостей сплаву -враховується при проектуванні технологічного процесу литва, оскільки від неї значною мірою залежить розмірна точність одержуваних відливків.

Під час охолодження лінійні розміри відливка починають змінюватись з моменту, коли на поверхні утворилась достатньо міцна тверда кірка або каркас кристалів, які можуть протидіяти статичному тиску металу. Для сплавів, які кристалізуються в інтервалі температур, початок лінійної усадки відповідає утворенню 75-95% твердої фази: для чистих металів температура початку лінійної усадки збігається з температурою кристалізації.

Отже, лінійна /вільна/ усадка - це властивість металів і сплавів зменшувати лінійні розміри без зовнішнього гальмування.

На практиці відносну величину лінійної усадки сплаву визначають за зміною розмірів відливка l_в довгого стержня порівняно зпервинними розмірами форми l_ф, %: ε = [(l_ф - l_в)/ l_ф ]100.

Величина лінійної усадки ливарних сплавів, %:

Сірий чавун 0, 6...1,3 Бронза олов`яна 1,4...1,6

Білий чавун 1,6... 2,3 Бронза алюмінієва 1,5... 2, 4

Сталь вуглецева 1,5... 2,0 Латунь 1,5... 2. 2

Сталь марганцевиста Силумін 1,0... 1,2

/10...14% Mn/ 2,5...3,8 Алюмінієві сплави. 1,0... 2,0

Сталь жаростійка 1,8. ..2,2 Магнієві сплави 1,1...1,9

 

 

Щоб одержати відливок заданих розмірів, розміри моделі необхідно збільшити на величину лінійної усадки даного сплаву. Для цього модельник користується усадочним метром, який відрізняється від звичайного тим, що значення кожної його поділки збільшено на 1 або 2% відповідно для чавунних і сталевих відливків.

У деяких металів і сплавів відбуваються фазові перетворення, наприклад у чавуні - графітизація, у сталі - виділення газів тощо. Ці перетворення сприяють збільшенню розмірів відливка, яке називається передусадочним розширенням. Останнє істотно впливає на усадку, особливо високовуглецевих сплавів, коли в них відбувається графітизація, а також на усадку багатьох легованих і середньо- та високо­вуглецевих сталей.

Під час виготовлення складних за конфігурацією відливків усадці сплавів чинять опір внутрішні стержні виступаючі частини форми /виступи, фланці тощо/. Крім механічного гальмування усадки, на відливки впливає термічне, пов`язане з різницею температур окремих частин при охолодженні. Тому дійсну зміну розмірів відливка характеризують коефіцієнтом ливарної /ускладненої/, а не лінійно: усадки. Величини ливарної усадки можуть бути неоднаковими у різних напрямах, навіть у межах одного відливка.

Ливарною усадкою називають відносну зміну розмірів відливка в процесі кристалізації та остигання його у формі; визначають її за формулою, %:

ε_л = [(l_мод - l_в)/ l_мод ]100.

 

Внутрішні напруження у відливках.

Після затвердіння і кристалізації, а також остигання металу в ливарній формі до нормальної температури внаслідок усадки виникають внутрішні напруження, які можуть призвести до короблення. відливків, а школи - і до утворення в них гарячих та холодних тріщин. Звичайно розрізняють внутрішні напруження трьох видів: механічні, термічні та фазові. Механічні /усадочні/ напруження зумовлені гальмуванням усадки формою та стержнем; вони е однією з основних причин утворення тріщин у відливках. Під час усадки відливок тисне своїми виступаючими частинами А на стержень або форму /рис.8, а/. Водночас форма перешкоджає усадці, що спричинює напруження у відливку. Величина цих напружень залежить від піддатливості форми і стержнів. Чим вища піддатливість форми х стержня, тим нижчі напруження у відливку і ймовірність утворення в ньому тріщин. Якщо напруження, які виникають, перевищують межу міцності сплаву, то у відливку утворюється тріщина /в гарячому стані міцність сплаву нижча, ніж у разі нормальних температур/. Якщо сплав відливка має достатню міцність і пластичность та здатний протидіяти напруженням, які виникають, то конфігурація, відливка спотворюється, він викривлюється та коробиться.

 

Гарячі тріщини виникають у відливках при високих А температурах,холодні - при низьких. Часто тріщини ви­никають на відрізку зуповільненою швидкістю охолод­ження, в "гарячих" місцях /рис.8, б/. Так, відливок, зображений на рис.8, б, під час усадки деформуватиметься за рахунок "гарячого" вузла Б, температура якого вища. Цей переріз відливка найнебезпечніший. Чим довший відливок, тим більша ймовірність утворення тріщин. Гарячі тріщини також виникають у стовщеннях відливка, в місцях переходу від товстого перерізу до тон кого.

Щоб запобігти появі гарячих тріщин у відливках, необхідно виплавляти сплав суворо заданого хімічного складу; при конструюванні відливків робити гладкі переходи від масивних перерізів до тонких; забезпечувати рівномірне охолодження масивних і тонких перерізів відливків халодильниками; застосовувати ливниково-живильні системи, які дають змогу уникнути місцёвих перегрівів, хибні /усадочні/ ребра, де утворюються гарячі тріщини, після чого їх видаляють. Формувальну і стержньову суміші роблять піддатливими, щоб форма і стержень менше перешкоджали усадці металу. Піддатливість збільшується від додавання у суміш тирси, а також від використання штучних смол як закріплювачів. Тирса вигоряє ще під час сушіння стержнів і за рахунок пор, які утворюються, піддатливість стержня підвищується. Смоляні закріплювачі в контакті з металом до кінця кристалізації поступово вигоряють, і стержень знеміцнюється, чим підвищує свою піддатливість.

Термічні внутрішні напруження зумовлені термічним гальмуванням усадки і виникають через різницю швидкостей охолодження окремих час­тин відливка. У відливка чавунної масивної рами /рис.9/ тонкі ребра тверднуть першими і чинять опір усадці масивної окантовки, яка твердне пізніше. У тонких ребрах виникають напруження стиснення, а в окантовці - розтягу, що призводить до утворення тріщин. Внутрішні

напруження можна усунути або практично зняти термічною обробкою відливків, звичайно відпалюванням. Під час витримки при підвищених температурах у металі відбувається релаксація.напружень за рахунок пластичних деформацій, Режим тёрмічної обробки призначається
залежно від складу сплаву: його здатності до тріщиноутворення, маси іконфігурації відливка, способу виготовлення.

 

 

Визначення лінійної /вільної/ усадки

Лінійну усадку визначають задопомогою приладу І.Ф. Большакова

На металевому кор­пусі 1 приладу кріплять індикаторну головку 3 з диском циферблата 2. Ціна поділки шкали - 0,01 мм. У корпусі приладу встановлюють опоку 5 з формою зразка 8 розміром 20x25x200 мм. Над опокою на пружинах 4 розміщена рухома каретка б, яку штоком з`єднують з годною індикатора. У каретці перпендику­лярно до осі пробного зразка закріплюють шпильку 7. Інша шпилька закріплена у_фіксатор.т 10. Нижні кінці шпильок входить у порожнину форми на глибину 15 мм. Відстань між центрами шпильок 200 мм установлюють за допомогою контрольної планки 9. Перед тим, як зняти контрольну планку зі шпильок, прилад приводить у вихідний стан. Для цього штоком каретки, який регулюється, встановлюють стрілку на нуль шкали. Після цього заливають метал і слідкують за рухом стрілки індикатора.

Відносна величина лінійної усадки, %: ε = (Δ l/200)100,

де - покази індикатора після повного остигання зразка.

 

 

Визначення ливарної /ускладненої/ усадки

 

Ливарну усадку відливків визначають на спеціальному зразку, мо­дель якого зображено. У м оделі є отвори, відстань між цен­трами яких 200 мм. Після "розштовхування" моделі перед її видаленням через ці отвори за допомогою металевого керна на стінці форми виконують конусні заглибини. Слідом за заливанням, охолодженням, вибиванням та очи­щенням відливка за допомогою штангенциркуля вимірюють відстань між центрами виступів на відливку форм, мм. Величина ливарної усадки, ε = [(200 – l_в)/200]100.

 

 

Устаткування, інструменти і матеріали

Плавильна піч; прилад конструкції І.Ф.Большакова; моделі; опоки; вимірювальний, формувальний і плавильно-заливальний інструмент; секундомір; формувальна суміш; сплав на основі алюмінію.

 

Практична робота № 34