- •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.
28. Состав литейной разовой формы и физико-химические взаимодействия с ней жидких сплавов
Литейная форма представляет собой систему элементов образующих рабочую полость определенной конфигурации. При заливке которой расправленным металлом формируется такой же конфигурации отливка.
По своей природе материалы для изготовления форм можно разделить на сплошные, твердые и дисперсные.
Формы из сплошных материалов – многократные, позволяют получить без разрушения большое количество отливок Типичные представители – металлические сплавы чугун, сталь, молибденовые сплавы для кокильного, центробежного, литья под давлением. К сплошным материалам можно отнести также блочный графит, который используют при изготовлении форм для отливок из тугоплавких сплавов на основе титана, молибдена, а также радиоактивных металлов – урана, плутония.
Для литья мелких художественных изделий из легкоплавких сплавов известно применение резиновых литейных форм.
Подавляющее большинство отливок в настоящее время изготавливается в разовых формах, материалом которых являются дисперсные системы. Основу данных дисперсных систем образуют зерна огнеупорных соединений. Различают исходные формовочные материалы и приготавливаемые из них формовочные смеси, подразделяемые на собственно формовочные смеси и стержневые смеси. В составе формовочных смесей выделяют наполнитель (огнеупорную зерновую основу), связующие материалы (обволакивающие поверхность зерен и обеспечивающие превращёние дисперсной смеси в монолит) и специальные добавки (обеспечивающие требуемый уровень технологических свойств смеси).
Формовочную и стержневую смеси использованные в технологическом процессе получения отливок и освобождаюiф4еся после ее охлаждения называют отработанной смесью. Основной частью смеси обычно более 80 % ее массы является наполнитель – твердый компонент, придающий смеси необходимую прочность при сжатии. Наиболее часто в качестве наполнителя применяется кварцевый песок, названный по главному породообразующему минералу – кварцу (SiO2), имеющему плотность 2,65 г/см3, температуру плавления 1713 °С, твердость по шкале Мооса 6,5-7. Другими наполнителями могут быть естественные или синтетические материалы: оливин, шамот, муллит, магнезит, электрокорунд. Форма и размер зернового состава оказывают существенное влияние на технологические свойства формовочной смеси.
Связующие придают смеси способность принимать форму, соответствующую модели и уплотняться при формовке. В жидком состоянии связующие материалы покрывают поверхность зерен наполнителя пленкой, которая при уплотнении создает вокруг точек контакта между зернами манжеты и, наконец, переходит в твердое состояние, превратив сыпучую или жидкоподвижную смесь в монолитную среду.
Основными классификационными признаками связующих материалов являются их химическая природа, способность растворяться в воде или смачиваться водой, способность сообщить смесям прочность, а также характер затвердевания – обратимый или необратимый. К классу «А» относят органические связующие, нерастворимые и несмачиваемые водой (гидрофобные или неводные); к классу «Б» –органические гидрофильные (водные) связующие, к классу «В» – неорганические водные.
Наиболее широко применяются в литейном производстве связующие класса «В» глина, жидкое стекло.
Литейными формовочными глинами называются горные породы, состоящие из тонкодисперсных частиц водных алюмосиликатов, содержащие бёлее 50 % глинистой составляющей (частиц размером зерен менее 22 мкм). К качественным характеристикам формовочных глин относятся: состав и строение породообразующего минерала, дисперсность. Отличительной особенностью глин является способность набухать в воде: чем больше глина способна удерживать воды, тем выше ее связующие и пластические свойства.
В литейном производстве используются каолиновые и бентонитовые глины. Основным минералом каолиновых глин является каолинит, представляющий водный алюмосиликат Аl2О3*2SiO2*Н2О с температурой плавления 1750-1787 °С..
Основным породообразующим минералом бентонитовых глин является монтмориллонит Аl2О3*4SiO2*nН2О. По своей кристаллической структуре он относится к высокодисперсным минералам с меняющейся разбухающей решеткой, способной поглощать воду. Это обеспечивается большим расстоянием и слабыми силами Ван-дер-Ваальса между ионами, Монтмориллонит в воде способен увеличивать свой объем в 10-12 раз.
Качество глин тем выше, чем выше термохимическая устойчивость и меньше склонность отливок к образованию пригара, чем меньше в них содержится примесей – оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, оксидов железа и сульфида серы.
Жидкое стекло как связующие применяют в жидкостекольных смесях. Оно представляет собой водный раствор силикатов натрия Na2О*nSiO2*mН2О или калия К2О*nSiO2*mН2О. Особенностью жидкого стекла является склонность быстро затвердевать при продувке углекислым газом, введении специальных отвердителей (шлака феррохромового производства) или тепловой обработке. Основной характеристикой жидкого стекла является силикатный модуль. Чем больше модуль жидкого стекла, тем быстрее затвердевает формовочная смесь, выше прочность в сыром состоянии и ниже в сухом. Недостатком жидкого стекла как связующего является затрудненная выбиваемость отливок из форм.
В отличие от неорганических, органические связующие выгорают при заливке расплава в литейную форму, что обеспечивает хорошую податливость и выбиваемость.
К органическим неводным связующим относятся: затвердевающие необратимо – растворы растительных масел, а также маслянистых продуктов нефтеперерабатывающих в органических растворителях; затвердевающие обратимо канифоли, битумы, пеки.
К органическим водным затвердевающим необратимо относятся синтетические смолы. Затвердевание смолы может осуществляться за счет действия тепла, за счет одновременного действия тепла и катализатора, за счет катализатора.
К связующим, затвердевающим обратимо, относятся коллоидные растворы органических веществ и эмульсий в водной среде (лигносульфонаты, декстрин, патока).
Проникновение расплава можно ограничить снижением температуры заливаемого металла и тщательным его раскислением. Полностью предупредить протекание химических процессов можно лишь изменением вида формовочного материала.
Взаимодействие формы с отливкой можно разделить на следующие этапы
1. Взаимодействие формы с жидким металлом.
Продолжительность этого этапа – от долей до двух-трех секунд. На этом этапе металл при своем движении может разрушать и размывать форму, проникать в поры песчаной формы и образовывать механический пригар. Из прогревающегося поверхностного слоя формы выделяются газы, которые, проникая в расплавленный металл, всплывают в верхнюю часть отливки и обычно не образуют газовых раковин.
2. Взаимодействие формы с коркой металла, образующейся в начальной стадии затвердевания. Продолжительность этапа – от нескольких до десятков секунд. Металл на этом этапе образует корку, в которой имеются участки жидкости. Происходит снятие теплоты перегрева. Тепловой поток распространяется в глубь стенки формы. Начинается окисление металла и взаимодействие его окислов с материалом формы. Газы из формы могут воздействовать на корку, искажать ее поверхность и проникать в отливку, прорывая корку.
3. Взаимодействие формы с затвердевающей отливкой. Продолжительность этапа от нескольких минут до десятков часов в зависимости от толщины стенки отливки. Затвердевание последовательно распространяется в глубь отливки. Тепловой поток нагревает стенки формы. Происходит химическое взаимодействие окислов металла и материала формы с образованием химического пригара и обезуглероженного слоя в отливке.
Возникает интенсивное механическое взаимодействие отливки и формы.
4. Взаимодействие формы с твердой отливкой. Продолжительность этапа – от часов до суток. Отливка и форма на этом этапе охлаждаются как единое целое.