Контрольні питання

1. Що таке мікроаналіз і для чого його застосовують?

2. Як підготовляють мікрошліф?

3. Показати основні частини мікроскопа для дослідження мікроструктури?

4. Що називається сталлю?

5. З яких фаз складається перлітна складова?

6. За яких умов утворюється структура, яка складається тільки з одного перліту?

7. Які структури мають сталі з кількістю вуглецю 0,4; 0,8; 1,2% у зрівноваженому стані?

8. Як визначається вміст вуглецю за структурою сталі у зрівноваженому стані?

9. Як впливає кількість фериту, перліту та цементиту на механічні властивості сталі?

10. Класифікація і маркування сталей?

11. Що називається чавуном?

12. Структурні складові білих, сірих, ковких та високоміцних чавунів.

13. Форма та розміри графітних включень і їх вплив на механічні властивості чавунів.

14. Вплив будови основи чавуну на його механічні властивості.

15. Маркування чавунів і галузь застосування.

Лабораторна робота №3 Дослідження процесу виготовлення відливок та дефектів литва

Мета роботи: 1. Вивчити принципи конструювання відливок; 2. Набуття практичних навиків виготовлення відливок в металевих формах; 3. Дослідити дефекти деталей отриманих литтям.

Теоретичні відомості

Технологія виготовлення відливок складається з наступних операцій:

• конструювання моделі відливки;

• конструювання моделей ливникової системи;

• конструювання стрижневої скриньки;

• обґрунтування способу виготовлення і сушіння стрижня;

• обгрунтування способу і послідовності виготовлення ливарної форми;

• складання форми і стрижня;

• розплавлення металу та його заливання у форму;

• розборка або вибивання форми;

• обрубування та очищення відливки.

За робочим кресленням деталі технолог-ливарник розробляє креслення моделі та стержня. У модельному цеху за цими кресленнями виготовляють модель і стержневі ящики. У формувальному цеху виготовляють ливарні форми, в які заливають розплавлений метал і отримують відливку.

Принципи конструювання відливок

Зовнішні обриси відливок повинні складати прямолінійні контури, зчленовані плавними переходами, які забезпечують певну деформацію відливки під час охолодження у формі, а також зниження концентрації залишкових напружень в місцях переходів. Положення відливки у формі повинно бути таким, щоб відповідальні та масивні частини розміщувалися у нижній частині форми тому, що метал там більш щільний. Поверхні відливки, які служитимуть базою під час механічної обробці, повинні розміщуватися в одній напівформі.

Вибираючи площину роз’єднання форми намагаються, щоб форма мала тільки одну площину роз’єднання. Найкраще, коли відливка цілком розміщується в одній (нижній) напівформі. Це виключає можливість браку через перекіс та зміщення. Кількість стержнів, також має бути мінімальним. Під час освітлення вилитої деталі паралельними променями у напрямку перпендикулярному площині роз’єднання форми, появи темних ділянок в окремих місцях контуру неприпустимо. Тіньові ділянки утворюються внаслідок неправильного розташування виступаючих елементів (рис. 3.1).

Під час конструювання литих деталей необхідно передбачити безперешкодне видалення моделі з форми і стрижня зі стрижневої скриньки. Для цього стінки відливки, перпендикулярні до площини роз’єднання, виконують з нахилом. Формові нахили також створюють покращенні умови для спрямованого твердіння відливки, що сприяє отриманню якісного виробу. Величини формових нахилів наведені в табл.3.1.

а) б)

Рис. 3.1. Конструкції відливки: а – нетехнологічна конструкція; б – технологічна

Таблиця 3.1. Формові нахили

Ескіз	h, мм	a/h	
	до 25	1:5	1130’
	25-300	1:10	530’

Товщина стінок литих деталей вибирається у залежності від механічних та технологічних властивостей сплавів, конфігурації і призначення стінки. Правильно обрана товщина стінок є однією з важливіших умов отримання відливок з високим коефіцієнтом використання металу. Надмірна товщина стінок збільшує вагу литої деталі, знижує міцність і часто призводить до браку. Необхідна жорсткість відливки може бути досягнута також при тонких стінках з ребрами жорсткості. Найменша товщина стінок повинна забезпечувати потрібну розрахункову міцність та задовольняти вимогам технології лиття.

Найменша товщина стінок відливок з сірого чавуна отриманих в пісково-глиняних формах:

- для відливок вагою менше 2 кг 3 – 4 мм

- для відливок вагою 2 – 50 кг 6 – 8 мм

У відливках із стінками різної товщини з різкими і неправильно виконаними переходами перерізів різної величини, з великими місцевими скупченнями металу виникають значні внутрішні напруження, які призводять до тріщин та короблення. У масивних перерізах стінок можуть утворитися усадочні раковини та пористості. У правильно сконструйованих деталях відношення товщини стінок, що спрягаються не повинно перевищувати S/S₁<4. В результаті спряження двох стінок однакової товщини під прямим кутом звичайно приймають S/S₁=2.

Радіус заокруглення стінок деталей, відлитих із чавуна дорівнює:

R=0,3(S–S₁) (3.1)

Заокруглення стінки, яке показане на рис. 3.2 здійснюється радіусами з одного центру, для зовнішньої стінки радіус R, для внутрішньої – r.

Рис. 3.2. Радіуси заокруглення форми

Мінімальні радіуси заокруглення кутів поверхонь які перетинаються для відливок із сірого чавуна з габаритними розмірами до 250 мм приймають:

- для внутрішніх спряжень	3 мм
- для зовнішніх спряжень	2 мм

Застосування додатків – найбільш ефективний метод запобігання у відливках усадкових раковин. Однак усунення додатків залишається однією з трудомістких операцій. Під час конструювання відливок потрібно правильно формувати площадку під додаток для забезпечення його усунення (ні в якому разі не розташовують додаток над фасонними ділянками відливок).

Під час конструюванні додатків необхідно додержуватися таких правил:

• додаток повинен затверднути пізніше відливки;

• розміри додатка повинні компенсувати усадку;

• висота додатка повинна бути більше усадкової раковини.

У крупно серійному виробництві розробляють спеціальні креслення відливки. Площину розкриття форми та моделі позначують на кресленні потовщеною лінією і літерами МФ. Положення відливки під час заливання відмічають стрілками, а поряд із лінією рознімання вказують “верх” літерою В та “низ” літерою Н.

Для поверхонь, які не піддаються механічній обробці необхідно надавати припуск на усадку металу. Для деталей із сірого чавуна припуск на усадку приймають рівним 1% від лінійних розмірів деталі. Для поверхонь, які піддаються механічній обробці надається припуск на обробку, причому величина його буде різною для бокових і верхніх частин деталі (табл. 3.2).

Таблиця 3.2. Величини припусків на механічну обробку деталей

Габаритний розмір відливки, мм		Положення поверхні під час відливання		Номінальний розмір, мм
				50		50-120		120-260
120	верх низ, бік		3,5 2,5		4,0 3,0
121-200	верх низ, бік		4,0 3,0		4,5 3,5		5,0 4,0
201-500	верх низ, бік		4,5 3,5		5,0 4,0		6,0 4,5

Однією з найважливіших умов отримання якісної відливки є правильний розрахунок ливникової системи (рис. 3.3), яка потрібна для плавного заповнення металом порожнини ливарної форми. Метал заливають у ливникову чашу 1, далі він стікає по стояку 2 і попадає у шлаковловлювач 3, потім по живильнику 4 поступає у порожнину відливки 5. Для виходу газів із порожнини служить випір 6. Стояк має конічну форму, з нахилом 2 – 4^о.

Рис. 3.3. Елементи ливникової системи

1 – ливникова чаша, 2 – стояк, 3 – шлаковловлювач, 4 – живильник, 5 – відливка, 6 – випір.

Звичайно, шлаковловлювач виконується у верхній напівформі і у поперечному перерізі має форму трапеції. Живильник, звичайно, виконується у нижній напівформі і також має переріз у вигляді трапеції. Для затримання шлаку переріз стояка повинен бути більше перерізу шлаковловлювача, а переріз шлаковловлювача більше перерізу живильника. Випор виконується у вигляді конічного каналу, переріз якого менше ¼ перерізу стінки відливки.

Лиття в металеві форми (кокіль) – процес отримання відливок шляхом вільної заливки розплавленого металу в металеву форму. Кокіль зазвичай виготовляють з чавуну і сталі (рис. 3.3). Лиття в кокіль має такі особливості:

а) кокіль витримує велику кількість заливок (до десятків тисяч);

б) висока теплопровідність кокіля прискорює процес кристалізації сплаву і сприяє отримання відливок з високими механічними властивостями

в) мінімальне фізико-хімічну взаємодію заливається металу з формою підвищує якість поверхні відливки;

г) відпадає необхідність в формувальної суміші, підвищується техніко-економічний показник.

Зазвичай кокіль виготовляють з двох половинок, які відповідають пісково-глиняним напівформам. Робоча порожнина кокіля геометрично подібна зовнішньої конфігурації відливки. Якщо деталь має внутрішні порожнини, то застосовують піщані чи металеві стрижні, які встановлюються в кокіль. Для заливки кокіля рідким металом в поверхні розняття виконують канали ливникової системи. Сплав заповнює простір між кокілем і стрижнем утворюючи відливку. Часто кокілі виготовляють з вертикальним розніманням книжкового типу. Коли відливка затвердіє, кокіль розкривають і виймають відливку, після чого процес повторюють. Для зменшення швидкості охолодження відливок, щоб уникнути утворення загартованого шару на поверхні відливки; а саме для підвищення стійкості кокіля, застосовують теплоізоляційні покриття з вогнетривкого матеріалу.

Рис. 3.3. Загальний вигляд кокіля для отримання відливок

Загальний технологічний процес виготовлення відливок в кокілі складається з наступних основних операцій:

1. Нагрів кокілю до 100–150°С і нанесення на робочу поверхню захисного покриття;

2. Установка піщаного стрижня,з'єднання і скріплення частин кокілю;

3. Нагрів кокілю перед заливкою до 200–350°С, заливка розплаву;

4. Кристалізація відливки;

5. Розкриття кокілю після охолодження відливки і вилучення стрижня;

6. Виймання відливки з кокілю, очистка і контроль якості.

Дефекти відливок. Дефекти відливок бувають явними і прихованими. Явним вважають дефект, що виявляються під час зовнішнього огляду (візуальному контролі) або за допомогою певних інструментальних засобів і методик, передбачених нормативною документацією.

Дефекти відливок підрозділяють по вигляду, формі, розмірах і розташуванню, що важливо для практики виявлення дефектів і організації контролю. На цій класифікації заснована вся система дефектоскопії відливок.

Всі дефекти відливок ділять на наступні групи: «невідповідність геометрії», «дефекти поверхні», «несуцільності в тілі відливки», «включення», «невідповідність структури».

Дефекти групи «невідповідність геометрії» проявляються у відхиленні розмірів відливок від їх розмірів у технічній документації. Дефекти групи «несуцільності в тілі відливки» найбільш поширені і найбільш небезпечні через те, що виникають під час експлуатації. Дефекти групи «включення» часто зустрічаються в відливках зі сплавів, схильних до підвищеного окислення, - алюмінієвих, магнієвих, цинкових, хромистих сталей та ін.. До таких дефектів відносяться сторонні металеві включення, а також неметалеві включення, що потрапили в метал механічним шляхом або утворилися внаслідок хімічної взаємодії компонентів під час розплавлення та заливці металу. Дефекти групи «невідповідність структурі» виявляються під час проведення макро– і мікроструктурного аналізу.

Таблиця 3.3. Характерні дефекти відливок під час відливання

Тип дефекту	Пояснення	Причини виникнення	Ескіз
Дефекти невідповідності геометрії
Недолив	Неповне утворення тіла відливки внаслідок часткового не заповнення порожнини форми металом	Порушення технології заливання, знижена рідкотекучість металу (відхилення від заданого хімічного складу), недостатня кількість металу в ковші, недостатній напір рідкого металу в стояку, низька температура металу який заливається, низька температура металевої форми, погана газопроникність форми, витікання металу з форми.
Подутість	Місцеве потовщення тіла відливки	Низька міцність формувальної або стрижневою суміші, слабке або нерівномірне ущільнення суміші у формі, низька термостійкість форми.
Перекіс	Зміщення однієї частини відливки від-носно осей або поверхні іншої частини по площині розняття моделі чи форми	Дефекти модельно-опочного оснащення або неякісного складання форми.
Різностін-ність	Збільшення або зменшення товщини стінок відливків	Зміщення, деформації або спливання стрижня.
Дефекти поверхні
Пригар	Утворення грубої поверхні відливки внаслідок фізичної і хімічної взаємодії формувального мате-ріалу і металу відливки	Недостатня вогнетривквсть формувальних матеріалів, погане фарбування форми, а також використання крупнозернистого формувального матеріалу
Спай	Заглиблення на поверхні, утворене не повністю злитими потоками металу	Низька температура металу, який заливається, переривання процесу заливання, низька технологічність відливки.
Наріст	Виступ довільної форми на поверхні відливки, що утворився із забрудненого форму-вальним матеріалом металу під час місцевого руйнування форми	Низька міцність або висока вологість формувальної або стрижневої суміші, слабке ущільнення суміші у формі, висока температури металу, який заливається

Продовження Табл. 3.3

Залив	Металевий наріст, що виник в результаті проникнення рідкого металу в зазори		Неякісна збірка форми, слабке кріплення або недостатнє завантаження форми, дефекти модельного оснащення або надмірно висока температура металу, який заливається.
Дефекти несуцільності в тілі відливки
Усадкова раковина		Порожнина у тілі відливки з шорсткою поверхнею і грубо-кристалічною будовою	Недостатнє живлення розплавом відливок, підвищена температура заливання, виникає у нетехнологіч-ній конструкції відливок.	–
Гаряча тріщина		Розрив або надрив тіла відливки усадкового походження, що виникає в інтервалі кристалізації сплаву.	Наявність концентраторів напружень у відливках, неправильний вибір сплаву, нерівномірне охолодження, утруднена усадка в окремих місцях відливки, заливка занадто гарячим металом
Холодна тріщина		Розрив або надрив тіла відливки після затвердіння	Нерівномірне охолодження і виникнення внутрішніх напружень (поверхня металу в тріщині зазвичай чиста або має колір мінливості)
Газова раковина		Порожнина округлої форми в тілі відливки з чистою і гладкою, іноді окисленою поверхнею	Висока вологість і підвищений вміст газоутворюючих речовин в формувальних і стрижневих сумішах, зниження газопроникності форми, висока газонасиченість рідкого металу у разі низької температури сплаву, який заливається, що не забезпечує виходу з нього газів, захоплення повітря під час заливання кокіля, перелив металу в порожнині кокіля з високого рівня на низький
Пори-стість		Скупчення газових або усадкових раковин, а також структурна нещільність металу	Висока газонасиченість і велика температура рідкого металу, недостатня газопроникність форми, висока вологістю суміші у формі, недостатнє живлення відливки рідким металом в процесі затвердіння з підвищеним вмістом елементів, що збільшують усадку
Піщана раковина		Порожнина у тілі відливки, повністю або частково заповнена формувальним матеріалом	Низька міцність формувальної або стрижневою суміші, слабке ущільнення суміші у формі, висока осипання суміші, нетехнологічна конструкція відливки.

ОБЛАДНАННЯ ТА МАТЕРІАЛИ

Ливарна форма, кокіль, метал для відливання, електропіч для розплавлення металу.

Порядок виконання роботи

1. В печі розігрітої до 800 °С розплавити в метал для заливання в форму.

2. Провести заливку металу в постійну металеву форму (кокіль).

3. Оцінити якість поверхні, точність розмірів відливок отриманої в постійній формі.

4. Розглянути деталь та встановити основні дефекти, які виникли під час відливання деталі.

5. Замалювати структуру отриману на зламі отриманої деталі

ВИМОГИ ДО ЗВІТУ

1. Навести мету роботи.

2. Привести короткі теоретичні відомості

3. Навести технологічний процес виготовлення відливки

4. Описати порядок виконання роботи.

5. Привести рисунок кокілю та відливки з елементами ливникової системи в масштабі.

6. Зробити висновки по роботі.

Контрольні питання

1. Що називається ливарним виробництвом?

2. Що входить до складу модельного комплекту?

3. Визначення моделі і яка її відмінність від відливки?

4. Яке призначення стрижня?

5. Назвіть елементи ливникової системи та їх визначення.

6. Розкажіть методику конструювання відливки.

7. Для чого потрібні припуски, ливарні нахили, напуски та радіуси заокруглень?

8. Яка роль добутку у відливці?

9. Які особливості лиття в кокіль?

10. Які дефекти відливок бувають, як їх підрозділяють, і на які групи?

11. Охарактеризуйте дефекти групи «невідповідність геометрії»?

12. Охарактеризуйте дефекти групи «несуцільності в тілі відливки»?

13. Охарактеризуйте дефекти групи «включення» та «невідповідність структурі»?