- •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.
3. Свойства жидких сплавов: вязкость, плотность. Зависимость их от температуры сплава. Расчет плотности и температуры сплавов
Температура плавления и плотность. От температуры плавления металла зависит способ его плавки, материал футеровки плавильной печи или тигля и литейной формы.
Плотность металлов измеряется массой в единице объема. Значение плотности используют в расчетах массы расплава или отливок по геометрическим размерам или их объемы, если известна масса.
Плотности металлов при комнатной температуре также имеют очень широкий промежуток значений. В технике принято выделять группу легких металлов, служащих основой конструкционных металлических материалов. К легким металлам относят те, у которых плотность не превышает 5 г/см3, т.е. в эту группу входят титан, алюминий, магний, бериллий, литий. К наиболее тяжелым металлам относятся вольфрам и золота, имеющие плотность более 19 г/см3. Температура плавления металлов охватывает промежуток от -39 °С у ртути до 3400 °С у вольфрама.
Температуру плавления сплава рассчитывают с учетом концентрации, атомной массы и понижения температуры плавления основного металла: Тспл = ТМе – (%а*Та + %b*Tb + …), где %а, %b и т.д. содержание других компонентов в сплаве, кроме основного; Та, Tb – понижение температуры плавления основного компонента при добавлении 1% компонента в сплав.
С повышением температуры от комнатной до температуры плавления плотность большинства металлов уменьшается на 3-5 % вследствие того, что переход металла в жидкое состояние сопровождается увеличением объема. Исключение составляют гелий, висмут, сурьма, германий и кремния, которые при плавлении уменьшаются в объеме при соответствующем повышении плотности расплава.
Наряду с плотностью (), для описания свойств металлов используется обратная величина – удельный объем V = 1 / см3/г. С повышением температуры плотность всех металлов в твердом состоянии уменьшается, удельный объем, соответственно, увеличивается. Увеличение удельного объема твердого металла, не испытывающего полиморфных превращений, при нагреве на t может быть довольно точно описано линейной зависимостью Vтвt = Vтв20 (1 + твt), где тв – температурный коэффициент объемного расширения.
Плотность зависит от природы вещества (сплава), от комплекса индивидуальных свойств элементов, входящих в его состав, и вида их взаимодействия. Одно и то же вещество (металл) может иметь разную плотность в зависимости от кристаллического строения, типа кристаллической решетки.
Плотность – это отношение массы вещества к занимаемому объему: m / V, где m – масса, г (кг); V – объем, см3 (м3); плотность, г/см3 (кг/м3).
Удельный объем определяется как отношение веса вещества к занимаемому объему: P / V, где Р – вес, г (кг); удельный вес, см3 (м3).
Вес находят по отношению: Р = m*g или Р = к*m*g, где g - ускорение свободного падения; к – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерения, входящих в формулу величин. И, следовательно: g/
В одной и той же системе единиц плотность и удельный вес не совпадают численно. Совпадение численных значений плотности и удельного веса, взятых из разных систем единиц измерения, является иногда причиной замены одной величины другой.
На практике плотность определяют для выявления изменений в конечном металле по сравнению с исходным необработанным. Поэтому имеет значение не сам факт установления плотности, а факт разницы плотностей или, что еще более показательно, отношение плотностей:
.
Вязкость – внутренние сопротивление жидкости воздействию внешних сил. Различные жидкости сопротивляются по разному воздействию внешних сил (рис.1).
: 1 – ньютоновская жидкость; 2 – неньютоновская жидкость; 3 – тело Бингама
Рис.1. Различные виды: реологических моделей
Модель 1 характеризуется наличием линейной связи между касательным сдвиговых напряжением и поперечным градиентом скорости dV/dx скоростью деформации ddl. При этом смещение слоев происходит при любом малом приложенном сдвиговом усилии. Такая реологическая модель отвечает так называемой ньютоновской жидкости и описывается уравнением: .
Реологический коэффициент принято называть динамической вязкостью. Кривая 2 иллюстрирует поведение неньютоновской жидкости, где величина зависит от скорости деформации. Зависимость 3 отвечает реологическому телу Бингама, течение которого начинается только тогда, когда нагрузка превзойдет статическое напряжение сдвига. В этом случае .
Величина, обратная вязкости, является мерой текучести, следовательно, чем меньше вязкость, тем больше текучесть.
Вязкость представляет собой отношение касательного напряжения l, действующего между слоями текущего вещества в направлении его движения, к величине градиента скорости dV/dх, перпендикулярного к потоку. Динамическая вязкость равна: , Па*с. Вспомогательной единицей измерения является пуаз: (П = 0,1 Па*с).
Влияние внутреннего трения на скорость течения расплава лучше выражает кинематическая вязкость, учитывающая плотность расплава: , м2/с.
Вспомогательной единице измерения является стокс: СТ = 10-4 м2с.
Вязкость зависит: 1) от удельной теплоемкости металла, от скрытой теплоты плавления и теплопередачи от металла к форме; 2) от состава сплава (в значительной мере влияют включения, присутствующие в расплаве, при этом влияет как их количество, так и температура плавления).
Динамическая вязкость падает при повышении температуры: чем выше температура, чем меньше вязкость в сплаве, становится меньше кластеров, примесей, сплав – менее структурированный. Зависимость выражается уравнением: , где А – коэффициент, увязывающий все свойства сплава; R – универсальная газовая постоянная; Т – термодинамическая температура, К; Q – энергия активации вязкого течения расплава.
С увеличением давления уменьшается среднее расстояние между частицами и усиливается взаимосвязь между ними. В связи с этим растет сопротивление сдвигу, и, следовательно, вязкость.
Жидкие металлы и сплавы всегда содержат большое количество взвешенных включений.
Количество, форма, состояние (жидкое или твердое) и распределение неметаллических включений влияют на вязкость. Когда в жидком металле образуются твердые включения, его вязкость существенно повышается. Присутствие твердых взвешенных частиц увеличивает вязкость литейного сплава и усложняет заполнение литейных форм.