1.6 Содержание отчета

1.6.1 Наименование и цель выполнения работы.

1.6.2 Оборудование, материалы, приборы.

1.6.3 Краткая характеристика упругих свойств металлов и сплавов.

1.6.4 Физический смысл модуля Юнга.

1.6.5 Влияние различных факторов на величину модуля упругости.

1.6.6 Порядок выполнения работы с оформлением экспериментального материала в графической и табличной формах.

1.6.7 Выводы.

Таблица 1.2 – Результаты измерения упругих свойств металлов и сплавов

№	Материал	Продолжительность колебаний τ, с	Угол α, град	Число колебаний до остановки N	Примечание

1.7 Контрольные вопросы:

1.7.1 Что называется модулем нормальной упругости?

1.7.2 Какие существуют способы возбуждения упругих колебаний?

1.7.4 С помощью каких приборов измеряются упругие деформации и напряжения?

1.7.5 Как с помощью упругих свойств изучаются структурные и фазовые превращения?

1.7.6 Что является критерием при выборе высоконагруженных и пружинных материалов?

Рекомендуемая литература

1 Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов. Физические методы исследования металлов. М.: Машиностроение, 1971. С. 472–488.

2 Испытание материалов М.: Металлургия, 1979. С. 362–365.

3 Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства материалов М.: Металлургия, 1979. С. 49–55.

Практическая работа 2

Определение практической жидкотекучести и склонности к

газонасыщению цветных металлов и сплавов на их основе

2.1 Цель работы: Изучение метода «растекающейся капли» и оценка литейных свойств алюминия, свинца, олова и сплавов на их основе, определение коэффициента использования металла.

2.2 Приборы и материалы: плавильная муфельная печь, комплект литейных форм для получения цилиндрических отливок, технические весы с набором разновесов, штангенциркуль, антипригарные смеси, тигли из огнеупорных материалов, разливочная плита, ножницы по резке металлов, чистые металлы – алюминий, цинк, олово, свинец, оловянно-свинцовая эвтектика, сплав Розе, кремний.

2.3 Общие сведения

Литейные сплавы представляют собой важный класс конструкционных материалов и используются для получения фасонных отливок различного назначения. Доля отливок в машинах и промышленном оборудовании составляет около 50 % от общей номенклатуры машиностроительной продукции. Литые заготовки и изделия являются наиболее дешевым видом металлопродукции, а в случае особо сложных деталей с внутренними полостями или использования не поддающихся обработке давлением материалов литейная технология является единственно возможной. Однако качество и свойства металлов и сплавов в литом состоянии, как правило, ниже, чем в деформированном, и эта проблема до настоящего времени полностью не решена. Основное требование к литейным сплавам заключается в наличии у них высоких литейных свойств.

Литейными свойствами называются технологические свойства металлов и сплавов, которые проявляются при заполнении расплавами литейной формы, кристаллизации и охлаждении отливок в форме. К наиболее важным литейным свойствам относятся: жидкотекучесть, усадка, которая делится на объемную и линейную, склонность к ликвации, образованию трещин, газопоглощению, порообразованию и ряд др.

2.3.1 Жидкотекучесть металлов и сплавов

Жидкотекучестью называется способность расплавленного металла полностью заполнять полость литейной формы и четко воспроизводить контуры отливок под действием гравитационных сил. Жидкотекучесть является комплексной величиной, зависящей от ряда внутренних и внешних факторов. К внутренним факторам, характеризующим материал, относятся следующие: температура плавления, температурный интервал кристаллизации, вязкость, теплопроводность, поверхностное натяжение, химическая активность, состав, который и определяет все вышеперечисленные свойства. К внешним факторам, характеризующим режимы литья, относятся температура нагрева, скорость литья и кристаллизации, теплопроводность литейной формы, ее газопроницаемость и др.

Экспериментально установлено, что лучшие литейные свойства имеют материалы, кристаллизация которых происходит в максимально узком интервале температур, близком или равном нулю. К таким материалам относятся чистые металлы, эвтектики, перитектики и химические соединения. В таком случае протяженность двухфазной области твердожидкого состояния, в которой формируются первичные дендриты твердого раствора, сильно сокращается. Это, в свою очередь, препятствует развитию дендритной ликвации и ухудшению механических и эксплуатационных свойств полученных отливок. Однако, в силу многофункциональной зависимости жидкотекучести данное требование является необходимым, но недостаточным.

Кроме того, для перитектик, образующихся в результате взаимодействия твердой и жидкой фаз, жидкотекучесть определяется количественным соотношением между ними. Частицы твердой фазы существенно увеличивают вязкость расплава и его способность заполнять полость литейной формы, что ухудшает качество отливок по многим показателям. В частности, в тонкостенных крупногабаритных отливках движение расплава может прекратиться раньше, чем будет заполнена литейная форма, образуется дефект, называемый недоливом, который не может быть исправлен. Полученная продукция отбраковывается.

На величину вязкости, которая является динамическим свойством материала и характеризует течение частиц в расплаве при его заливке в форму, существенно влияют состав, температура и наличие разного рода включений. Чем выше температура нагрева, тем ниже вязкость расплава, но выше его химическая активность к компонентам окружающей среды (кислороду, азоту, водороду и другим газовым примесям). Образующиеся неметаллические включения резко повышают вязкость и снижают жидкотекучесть металлов и сплавов. По данным Ю.А. Нехендзи, нулевая жидкотекучесть у чугуна наступает при

30% – ом содержании твердой фазы, а у сталей – при 20 %. В то же время при высоких температурах увеличивается растворимость в расплавах большинства газов, что ведет к развитию газовой пористости и значительному ухудшению качества литых заготовок и изделий. По этой причине величина перегрева при литье, как правило, не превышает 50 – 100 градусов.

Величина жидкотекучести в существенной степени зависит от теплопроводности металлов и сплавов, а также материалов литейной формы, и скрытой теплоты кристаллизации. Чем ниже теплопроводность и выше скрытая теплота кристаллизации, тем медленнее остывает материал, выше его температура, и, соответственно, жидкотекучесть.

Большое влияние на жидкотекучесть оказывает величина поверхностного натяжения, снижая смачиваемость расплавом стенок литейной формы и его свободное истечение в струе. Аналогичное влияние на литейные свойства, даже в большей степени, оказывают оксидные пленки, образующиеся на поверхности жидкого металла, что характерно для некоторых алюминиевых и магниевых сплавов, а также алюминиевой бронзы.