Далее, в каком-нибудь текстовом редакторе (Lexicon, Word и др.) формируем текстовый файл в формате dos с исходными данными решения задачи, приведенной на рис. 2.

1

8

6

4

0,7	1	0,07	0,1	0,2	0,04	0	0,1	0,36
0	65	1	1,5	18	22	0	18	19,1999
0,7	2	0,8	0,4	0,3	2,2	45	3	1,2
0	0	1,5	0,2	2	4,8	0	10	5
0	0	0,4	0,4	0	0	0	0	0,06
1	1	1	1	1	1	1	1	0,9999
0	65	1	1,5	18	22	0	18	19,2001
0	0	1,5	0,2	2	4,8	0	10	6
0	0	0,4	0,4	0	0	0	0	0,12
1	1	1	1	1	1	1	1	1,0001
780	12000	1200	990	3100	4800	8000	11800

Рис. 2. Содержание файла с исходными данными.

Примечание:

В первой строке стоит число, определяющее тип целевой функции (1 — соответствует минимизации целевой функции; - 1 — максимизации).

Во второй строке указано число переменных.

В третьей и четвертой строках указано число ограничений со знаком “” “” соответственно.

В пятой — четырнадцатой строках приведены коэффициенты при неизвестных и правые части (свободные члены) системы ограничений.

В последней — пятнадцатой строке приведены коэффициенты целевой функции.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ПЛАВКА ЦИНКОВЫХ СПЛАВОВ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучить технологию выплавки цинковых сплавов, химический состав шихтовых материалов , флюсов , лигатур используемых при их выплавке.

Выплавить в электрической печи сопротивления сплав ЦАМ, подвергнуть расплав в процессе его кристаллизации вибрации, сравнить твердости отливок, полученных без вибрации расплава и с вибрацией , рассчитать предел прочности сплава .

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Цинковые сплавы находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. В качестве конструкционных материалов цинковые сплавы применяются в приборостроении, в авиационной , полиграфической , автомобильной , судостроительной , машиностроительной промышленностях для изготовления предметов домашнего обихода .

В качестве не конструкционных материалов цинковые сплавы применяются : для литья анодов-протекторов, для изготовления припоев, в производстве подшипников и гальванических элементов , для покрытия стальных листов и труб.

Цинк относится к тяжелым легкоплавким металлом ( tпл =419.7С, =7133 кг/м³ ) и имеет низкую температуру кипения (907С).

При взаимодействии с газовой фазой он покрывается плотной защитной пленкой из ZnO₃3Zn(OH)₂. С повышением температуры защитная способность пленки падает, и создаются благоприятные условия для окисления цинка по реакциям:

3Zn + O2  2ZnO (1)

Zn + H2O  ZnO + H2 (2)

Zn + CО2  ZnO + CO (3)

Плавку цинка для меньшего его окисления следует проводить в нейтральной или слабо восстановительной атмосфере. В качестве защитной атмосферы при плавке можно применять азот. Давление азота в печном пространстве поддерживают в пределах 0,12-0,15 МПа. Плавку необходимо проводить при температуре расплава 440-480С , а перегрев не должен быть выше температуры 480С , при котором начинается интенсивное окисление и насыщение сплава газами, кроме того возможно насыщение сплава железом при плавке в чугунном или стальном тигле.

Рафинирование цинковых сплавов от газов и неметаллических включений производится хлоридом цинка , хлоридом алюминия , гексохлорэтаном либо комплексом солей.

Для рафинирования цинковых сплавов от вредных металлических примесей применяют метод отстаивания, который позволяет частично снизить в сплаве содержание свинца и железа.

Рафинирование сплавов цинка азотом, хлором, ведет к значительному уменьшению содержания водорода (до 50%), однако следует отметить, что после обработки газами наблюдается некоторое снижение прочности и твердости и увеличение пластичности.

Низкая температура плавления и хорошая жидкотекучесть цинковых сплавов позволяют при литье под давлением и в кокиль получать отливки высокой прочности с поверхностью хорошего качества, практически не требующей дополнительной обработки. Марки и химический состав литейных цинковых сплавов приведены в таблице 1.

Плавку литейных сплавов на основе цинка ведут в тигельных печах сопротивления, для плавки деформируемых сплавов используют индукционные и отражательные печи. В качестве шихтовых материалов используют цинк, медь, алюминий, магний, паспортный лом и отходы, сплавы в чушках (таблица 2), отходы собственного производства, лигатуры (таблица 3).

В виде лигатур в цинк вводят медь, марганец, кремний, титан и др.

Сплавы системы Zn-Al-Cu получили наибольшее применение для изготовления фасонных отливок литьем в кокиль, под давлением, центробежным литьем.

Вначале в печь загружают лигатуру Al-Cu отходы и сплавы в чушках, затем половину необходимого количества цинка и засыпают поверхность шихты древесным углем.

Таблица 1.

Химический состав цинковых литейных сплавов,ГОСТ 25140-93

Марка	Массовая доля элементов, % (остальное Zn)
	Al	Cu	Mg	Примеси, не более
				Fe	Pb	Sn	Cd	Si	Cu
ЦА4 ЦАМ4-1 ЦАМ4-3 ЦА 15	3.9-4.3 3.5-4.3 3.5-4.5 13-17	- 0.75-1.25 2.5-3.5 -	0.06-0.1 0.03-0.08 0.02-0.1 -	0.05 0.05 0.07 -	0.015 0.005 0.005 -	0.001 0.001 0.001 -	0.08 0.005 0.005 -	0.05 0.05 0.05 -	0.15 - - -

Таблица 2.

Химический состав цинковых сплавов в чушках.

Марка	Массовая доля элемента , % (остальное Zn )
	Al	Cu	Mg	Примеси , не более.
				Cu	Pb	Fe	Sn	Cd	Si
Для литья под давлением (ГОСТ 19424-93)
ЦАМ4-1о ЦАМ4-1 ЦАМ4-1в ЦА4о ЦА4	3,9-4,3 3,5-4,3 3,5-4,3 3,9-4,3 3,5-4,3	0,75-1,25 0,75-1,25 0,6-1,2 - -	0,03-0,06 0,02-0,06 0,1 0,03-0,06 0,02-0,06	- - - 0,03 0,03	0,004 0,01 0,02 0,004 0,01	0,05 0,05 0,1 0,05 0,05	0,002 0,002 0,005 0,002 0,002	0,004 0,005 0,015 0,004 0,005	0,015 0,015 0,03 0,015 0,015
Антифрикционные (ГОСТ 24138-80)
ЦАМ9-1,5Ч ЦАМ10-5Ч	9-11 9-12	1-2 4-5,5	0,03-0,05 0,03-0,06	- -	0,02 0,02	0,1 0,1	0,01 0,01	0,015 0,015	0,03 0,03
Примечание. Сплавы марок ЦАМ9-1,5Ч и ЦАМ10-5Ч используют как заменители оловянных бронз.

Таблица 3

Характеристика двойных лигатур используемых при выплавке цинковых сплавов.

Лигатура	Содержание легирующих компонентов, %	Температура плавления лигатуры, 0С
Al-Cu	Al-67%; Cu-33%; Al-50%; Cu-50% Al-40%; Cu-60%	548 580 648
Al-Si	Al-90%; Si-10% Al-80%; Si-20% Al-75%; Si-25%	590 710 750
Zn-Si	Zn-98%; Si-2% Zn-96%; Si-4%	650 780
Al-Mn	Al-90%; Mn-10% Al-85%; Mn-15%	600 450
Al-Mg	Al-95%; Mg-5% Al-90%; Mg-10%	750 780
Al-Ti	Al-98%; Ti-2%	700

После расплавления металл нагревают до 500-550С и вводят оставшуюся часть алюминия, а после его расплавления - остаток цинка. Расплав тщательно перемешивают, снимают шлак и уголь, после чего с помощью колокольчика вводят на дно тигля магний. Расплав опять перемешивают, доводят его температуру до 420-450С , снимают остатки шлака и заливают в формы. В ряде случаев заливку ведут через зернистые фильтры толщиной 70-150 мм в целях удаления взвешенных неметаллических включений. Для зернистых фильтров используют крошку ( диаметр частиц 3-4 мм ) магнезита, алунда, сплавов хлористых солей, графита и других материалов . Фильтр должен быть предварительно нагрет до 450С.

При необходимости расплав рафинируют при 450-470С хлористым аммонием 0.1-0.2% от массы металла или вводят таблетки, содержащие 67% гексохлорэтана, 0.3% ультрамарина, 12.7% NaCl в количестве 0.4% от массы металла.

Перегрев цинковых сплавов свыше 550С способствует образованию столбчатой структуры, что отрицательно сказывается на относительном удлинении, способствует образованию трещин из-за затрудненной усадки отливки в форме.

При подготовке шихтовых материалов необходимо строго контролировать содержание в них вредных примесей, особенно свинца, олова, железа, кадмия. Сотые доли процента олова придают цинковым сплавам красноломкость, тысячные доли процента свинца, олова и кадмия способствуют активной межкристаллитной коррозии, примеси железа резко повышают хрупкость.

Угар элементов при плавке цинковых сплавов не превышает 1.5-2.0%.

Для получения мелкозернистой структуры в отливках и, как следствие, повышенных физико-механических характеристик металла отливок цинковые сплавы в процессе их кристаллизации подвергают вибрации с ультразвуковой или промышленной частотой с амплитудой колебаний до 1-1.5 мм.