- •1. Теория я.И.Френкеля о квазикристаллическом строении жидких сплавов и три основных вывода из этой теории. Свойства жидких сплавов с позиции теории я.И.Френкеля.
- •2. Природа кластеров. Неметаллические включения в расплавах и влияние их на свойства жидких расплавов.
- •3. Свойства жидких сплавов: вязкость, плотность. Зависимость их от температуры сплава. Расчет плотности и температуры сплавов
- •4. Смачиваемость и поверхностное натяжение.
- •5. Определение смачиваемости жидким сплавом литейной формы методом «лежащей капли» и регулирование смачиваемости с целью предупреждения пригара на отливках (рисунки, формулы)
- •6. Диффузия . Давление паров металла
- •7.Тепловые свойства металлов. Электрическое сопротивление жидких металлов.
- •8. Термодинамические основы плавильного процесса. Основные законы термодинамики
- •9. Классификация шихтовых материалов, свойства.
- •10. Расчет шихты, понятия о принципах составления шихты , исходные компоненты добавки.
- •12. Основные химические взаимодействия между расплавом, атмосферой, шлаком, футеровкой, флюсами.
- •13. Состояние примесей в сплавах. Выбор способа очистки сплавов от примесей. Комплексные способы очистки. Технологические приемы очистки сплавов (классификация способов, рисунки).
- •14. Рафинирование, раскисление и модифицирование металлических расплавов
- •15. Способы обработки металлических расплавов с целью измельчения структуры в литых изделиях.
- •17. Обосновать возникновение в отливках а) газовой пористости, б) неметаллических включений, несоответствия геометрических размеров.
- •18. Классификация способов заливки форм. Структура потоков расплава. Конфигурация и параметры свободной струи расплава.
- •19. Закон непрерывности потока жидкого сплава в каналах литейной формы; шлакозадержание и тонкая очистка сплавов элементами литниковой системы (формулы, рисунки)
- •20. Обосновать необходимость расчета каждого из элементов литниковой системы, основываясь на функциях каждого элемента и законах течения расплавов (рисунки)
- •21. Основы расчета литниковых систем приближенным универсальным методом
- •22. Давление расплава на стенки формы. Изменение давления в вертикальных и горизонтальных каналах.
- •23.Виды брака отливок, возникающие при неправильном конструировании и расчетах литниковой системы.
- •24. Жидкотекучесть сплавов, связь ее с положением сплава на диаграмме состояния и зависимость от различных факторов со стороны формы и сплава (диаграммы, графики)
- •25. Заполняемость литейных форм жидким расплавом. Зависимость ее от свойств сплава и конструктивных особенностей формы. Мероприятия по улучшению заполняемости форм для тонкостенных отливок
- •26. Взаимодействие металлических расплавов с кислородом, водородом, азотом. Способы дегазации расплавов
- •27. Взаимодействие металлических расплавов со сложными газами. Меры предупреждения газонасыщения
- •28. Состав литейной разовой формы и физико-химические взаимодействия с ней жидких сплавов
- •29. Дефекты отливок связанные с литейной формой.
- •30. Теплофизические и технологические свойства сплавов материалов формы
- •31. Физико-химические процессы на границе «металл-форма» и образование дефектов: пригара; ужимин; наростов.
- •32. Физико-химические процессы на границе «металл-форма» и образование дефектов ситовидной пористости; засоров и неметаллических включений.
- •33. Зависимость структуры металла в отливках от процесса теплопередачи. Регулирование тепловых процессов в литейной форме
- •3 4. Типы литейных форм.
- •35. Методы исследования тепловых процессов в литейной форме.
- •38. Гомогенное и гетерогенное зарождение центров кристаллизации. Объемная и последвательная кристаллизация.
- •39. Последовательная и объемная кристаллизация сплавов. Зависимость заполняемости форм от характера кристаллизации. Теоретические предпосылки и приемы регулирования структуры в литом изделии
- •40. Теоретические предпосылки и технологические приемы регулирования кристаллического строения литого сплава.
- •41. Параметры кристаллизации (лск, цк) и зависимость их от технологических факторов
- •42. Переохлаждение сплавов и зависимость от него формы т размеров зерен.
- •43. Кристаллизация металлов и сплавов. Кластеры и наследственность. Кристаллизация на примесях, активация примесей
- •44. Область затвердевания и формирование структурных зон.
- •45. Двухфазная область кристаллизации и параметры кристаллизации; связь их с энергией Гиббса и диаграммами состояния сплавов
- •46. Дефекты отливок, образующие в процессе кристаллизации.
- •47. Методы исследования затвердевания металла в отливки
- •48. Ликвационные процессы в отливках. Виды дефектов, возникающие в результате ликвации компонентов в сплаве.
- •49. Внутрикристаллическая и зональная ликвация в отливках. Связь ликвационных процессов с условиями затвердевания отливки.
- •50. Технологические приемы, обеспечивающие снижение химической неоднородности по сечению отливки (диаграммы, рисунки)
- •51. Влияние вибрации, перемешивания ультрозвуковой обработки на структуру металла в отливки
- •52. Влияние модифицирования, активации примесей, термовременной обработки, суспензионного литья на структура расплава.
- •53 Влияние структуры металла в отливке на ее физико- механические свойства.
- •54. Теоретическое обоснование и технологические приемы , обеспечивающие формирование мелкозернистой и крупнозернистой структуры.
- •55. Физическая природа объемной усадки металлов и сплавов при затвердевании. Коэффициенты объемной усадки сплавов (формулы, диаграммы, рисунки)
- •56. Механизм образования усадочной пористости в отливках, факторы, влияющие на образование усадочных пор. Технологические приемы, обеспечивающие предупреждение усадочной пористости в отливках
- •57. Зависимость вида усадочных пустот от положения сплава на диаграмме состояния. Влияние характера кристаллизации на механизм образования усадочных пустот
- •58. Технологические приемы, обеспечивающие предупреждение усадочной пористости. Мероприятия по борьбе:
- •59. Механизм образования концентрированной усадочной раковины в отливках и технологические приемы, обеспечивающие такой механизм кристаллизации отливок (диаграммы, рисунки)
- •60. Концентрированная усадочная раковина и рассеянная усадочная пористость.
- •61. Свободная и затрудненная усадка отливок из различных сплавов.
- •62. Питание и затвердевание отливок. Прибыли и основы их расчета
- •63. Направленная кристаллизация. Прибыли, их назначение и основная классификация.
- •64. Факторы учитываемые при расчете и выборе формы и местоположения прибыли . Универсальные методы расчета.
- •66. Напряжения в отливках. Виды напряжения. Меры предупреждения напряжений.
- •68. Трещины в отливках. Виды трещин. Меры предупреждения трещин.
- •69. Факторы, влияющие на возникновение напряжений и трещин в отливках. Механизм образования этих дефектов. Мероприятия по их предупреждению или устранению
- •70. Трещины горячие и холодные. Процесс образования горячих трещин в отливках.
26. Взаимодействие металлических расплавов с кислородом, водородом, азотом. Способы дегазации расплавов
Газы попадают в металл из шихтовых материалов, из атмосферы (при открытой планке) или в результате взаимодействия расплава с материалом формы.
Водород – обладает высокой растворимостью и диффузионной подвижностью вследствие малого диаметра.
Металл |
Растворимость, см3/100 г |
|
в твердой фазе |
в жидкой фазе |
|
Магний |
18 |
26 |
Алюминий |
0,036 |
0,69 |
Медь |
4 |
12 |
Никель |
18 |
38,8 |
Железо |
13,36 |
26,7 |
В сплавах он составляет 70-90 % всего газосодержания. Источник – водяные пары (Ме+Н2О=МеО+2Н). Как видно, металл восстанавливает водород, который появляется в атомарном состоянии и поэтому очень легко растворяется в расплаве. Образующийся одновременно оксид металла может присутствовать в свободном виде или же также растворяться в расплаве. Вода, которая реагирует с металлическими расплавами, представляет собою влагу, адсорбированную исходным твердым металлом. Большое количество влаги содержится в недостаточно просушенных и прокаленных шлаках и флюсах, которые используют при плавке, в плохо просушенной футеровке печей, тиглей и. ковшей. Велика роль влаги, содержащейся в атмосфере и определяющей ее естественную влажность. Другим источником водорода являются углеводороды нефти и газа, которые при сгорании дают воду и, кроме того, при температуре > 1000 °С сами значительно диссоциируют с образованием водорода. Так, у метана СН4 при 1000 °С степень диссоциации равна 90%. Растворимость водорода в металле зависит от температуры (чем выше температура, тем выше растворимость) (рис.1). При затвердевании металла выделяется большое количество водорода в свободном состоянии и образуется газовая пористость, причем давление в порах высокое. Водород снижает пластичность и вызывает водородную хрупкость, если он остается в твердом растворе внедрения (особенно для высокопрочных сталей и титановых сплавов)
1, 2 – твердом и жидком алюминии; 3, 4 – в меди; 5, 6 – в железе; 7, 8 – в никеле; 9, 10 – в магнии
Рис.1. Влияние температуры на растворимость водорода
Азот. Обладает хорошей растворимостью, попадает из атмосферы при высоких температурах. Образует стойкие нитриды с Ni, Mo, Cr и др. Металлы с малой температурой плавления, включая медь, не растворяют азот, находясь в жидком состоянии. Большинство из них вообще не дают с азотом каких-либо соединений, поэтому для них азот является практически нейтральным газом. Исключение составляют Мg и Аl, которые при повышенных температурах могут давать нитриды. Прочие более тугоплавкие металлы, начиная с марганца, растворяют азот, будучи в жидком состоянии. Взаимодействие расплавов с молекулярным азотом при температуре 1700...1800 °С проходит с малой интенсивностью, что объясняется большой прочностью связи атомов в молекуле Ы2 и малой степенью диссоциации (< 0,1% при 2000 °С). Если же по каким-либо причинам над расплавом появляется атомарный азот, переход газа в раствор резко ускоряется. Растворение азота в жидких марганце, никеле и железе является эндотермическим процессом, поэтому с ростом температуры растворимость увеличивается. При понижении температуры и особенно при кристаллизации снижение растворимости может вызвать появление в этих металлах газовой пористости азотного происхождения. Азот, растворенный в расплаве, как уже указывалось, | способен вызвать образование газовой пористости в литом металле. Азот, оставшийся в твердом металле, нередко является причиной резкого снижения пластичности металла, особенно если образует хрупкие нитридные фазы. Это характерно для хрома и сплавов на его основе. В то же время азот оказывается желательным легирующим элементом в некоторых сталях, так как способствует получению аустенитной структуры с ГЦК-решеткой. Кроме того, азот широко используется при химико-термической обработке для азотирования и нитроцементации сталей. Процессы основаны на получении| нитридов железа и хрома, устойчивых лишь в твердом металле
Кислород. Растворимость его в твердых чистых металлах очень мала. Со всеми металлами он образует окислы, которые являются неметаллическими включениями и оценивать его следует с этих позиций.
Меры по снижению газосодержания можно разделить на З группы
1) дегазацию шихтовых материалов, предупреждение поглощения газов во время плавки, при выпуске в ковш, заливке в формы и в процессе затвердевания отливки;
2) дегазацию жидкого металла перед заливкой вакуумирование сплава, фильтрация, продувка инертными газами, ультразвуковая обработка;
3) предупреждение выделения газов из раствора в процессе кристаллизации отливки (например, повышенное до 4-5 атм давление над кристаллизующимся сплавом и аналогично действует ускоренное охлаждение).