- •Производство отливок из сплавов цветных металлов (конспект лекций) оглавление
- •6.1.Цинк и цинковые сплавы…………………………………………………… ...73
- •6.2. Олово и оловянные сплавы……………………………………………………..75
- •6.3. Свинец и свинцовые сплавы…………………………………………………....78
- •(Лекция №1) Общие сведения о цветных металлах.
- •1.1. Цель дисциплины.
- •1.2. Основные задачи дисциплины.
- •1.3. Практические умения и навыки
- •1.Введение
- •Глава 1.
- •Глава 2
- •Общие сведения о цветных металлах. Классификация цветных металлов
- •Легкоплавкие металлы
- •Тугоплавкие металлы
- •Рассеянные металлы
- •Глава 3. Сплавы цветных металлов Литература к главе 3.
- •1. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •2. Машиностроение. Энциклопедия. Том 11-3.Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. Москва «Машиностроение» 2001.
- •3.2. Классификация сплавов цветных металлов
- •Глава 4 алюминий и алюминиевые сплавы Литература к главе 4.
- •1. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •2. Машиностроение. Энциклопедия. Том 11-3.Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. Москва «Машиностроение» 2001.
- •4.1.Алюминий, общая характеристика и взаимодействие с другими элементами
- •Влияние основных легирующих элементов
- •4.2. Алюминиевые литейные сплавы
- •4.2.1.Общая характеристика, классификация, назначение.
- •Технологические особенности литейных алюминиевых сплавов 1 группы и области их применения
- •4.2.3.Сплавы 2 группы (медистые силумины)
- •Химический состав алюминиевых сплавов 2-й группы.
- •4.2.4. Алюминиевые сплавы 3-й группы
- •4.2.5. Алюминиевые сплавы 4-й группы. Алюминиево-магниевые сплавы (литейные магналии)
- •Химический состав алюминиевомагниевых сплавов (гост 1583-93)
- •Гарантируемые механические свойства сплавов системы Al-Mg
- •Сплавы 5-й группы сложнолегированные, высокопрочные и жаропрочные самозакаливающиеся алюминиевые сплавы
- •Глава 5 медь и медные сплавы
- •5.1. Медь. Общие сведения.
- •5.2. Медные сплавы
- •Марганцевые бронзы
- •Бериллиевая бронза
- •Вредные примеси латуни
- •Примерное назначение некоторых марок латуней приведено в таблице 5.9
- •Медноникелевые литейные сплавы
- •Глава 6. Легкоплавкие сплавы
- •6.1. Цинк и цинковые сплавы
- •Физико-химические и механические свойства цинка
- •Сплавы на основе цинка
- •Цинковые сплавы для литья под давлением
- •Влияние основных легирующих элементов на свойства цинка
- •Рекомендации по применению цинковых сплавов (гост 25140-93)
- •Олово и оловянные сплавы
- •6.3. Свинец и свинцовые сплавы.
- •Производство отливок из сплавов цветных металлов: Учебник для вузов.
- •Глава 7. Магний и магниевые сплавы
- •7.5. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •Общие сведения.
- •Вредные примеси магния
- •Применение магния в технике.
- •Взаимодействие магния с легирующими элементами и примесями
- •Магниевые сплавы.
- •Особенности литейных магниевых сплавов и области их применения
- •Магниевых сплавов
- •Глава 9. Никель и никелевые сплавы
- •5. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •Применение никеля
- •Взаимодействие никеля с легирующими элементами
- •Никелевые литейные сплавы
- •2. Коррозионностойкие сплавы.
- •Химический состав литейных никелевых сплавов /1,10/
- •3. Жаростойкие сплавы
- •Жаропрочные сплавы
- •Физико-механические и технологические свойства медноникелевых литейных сплавов.
- •Никелевые суперсплавы.
- •Глава 10. Тугоплавкие металлы и сплавы тугоплавких металлов
- •10.5. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •Общая характеристика и классификация отливок
- •11.1.Технические требования к отливкам
- •11.2. Классификация отливок
- •Глава 11. Технологические возможности различных способов производства отливок из сплавов цветных металлов
- •Глава 12. Теоретические основы плавки сплавов цетных металлов
- •12.1. Общие положения
- •12.2.Основные понятия и определения
- •12.3. Основные физико-химические свойства цветных металлов и сплавов
- •12.3.1.Температура плавления металлов и сплавов.
- •12.3.3.Поверхностная энергия
- •12.3.4. Вязкость жидких металлов
- •12.3.5. Диффузия
- •Размерность коэффициента d, см²/с
- •12.3.6. Конвекция.
- •12.3.7. Давление пара металлов и сплавов
- •Объёмная усадка некоторых цветных сплавов
- •Линейная усадка некоторых медных сплавов
- •Тепловые и электрические свойства металлов и сплавов
- •12.4. О строении металлических расплавов
- •12.5. Взаимодействие металлов с газами и материалами футеровки.
- •Взаимосвязь характера затвердевания с интервалом кристаллизации и скоростью затвердевания
- •Глава 13. Технологические основы плавки сплавов цветных металлов
- •6. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •13.1. Основные задачи разработки технологии плавки.
- •13.2.3. Лигатуры
- •13.2.4. Возврат собственного производства
- •13.3. Подготовка шихтовых материалов к плавке
- •Глава 14. Печи для плавки сплавов цветных металлов
- •Лекция 21 Особенности плавки и получения отливок из сплавов тугоплавких металлов
- •Особенности плавки тугоплавких металлов
- •Особенности получения фасонных отливок из сплавов тугоплавких металлов
- •Глава 22. Производство слитков из сплавов цветных металлов
- •Технологические и организационные методы управления качеством отливок
- •Дефекты отливок из сплавов цветных металлов, причины их образования и меры по их предотвращению
- •Распределение дефектов по нарушениям технологических операций
- •4. Методы выявления дефектов в отливках
- •4.1. Объём и методы контроля
- •4.1.2. Область применения неразрушающих методов контроля.
- •4.2. Исправление дефектов отливок
- •4.2.1. Заварка отливок
- •Литература по теме «производство отливок из сплавов цветных металлов» Основная литература
- •Дополнительная литература
Объёмная усадка некоторых цветных сплавов
№ п/п |
Сплав |
Усадка,% |
№ п/п |
Сплав |
Усадка, % |
1 |
Бронзы алюминиевые |
4,0-5,0(4,5) |
6 |
Магниевые сплавы |
5,2-6,0(5,6) |
2 |
Бронзы кремниевые |
4,0-5,6(4,8) |
|||
3 |
Алюминиевые сплавы |
3,8-6,0 (4,9) |
7 |
Латуни |
4,9-7,1 (6,0) |
4 |
Бронзы бериллиевые |
4,5-6,0(5,25) |
8 |
Бронзы свинцовые |
5,0-7,2(6,1) |
5 |
|
|
9 |
Бронзы оловянные |
6,3-7,4(6,85) |
|
Объёмная усадка влияет на образование усадочных раковин. Величина усадочных раковин, характер их расположения зависит от состава сплава, условий охлаждения, наличия газов, скорости заполнения формы, конфигурации отливки, внешнего давления, температуры заливки и др. факторов. Все эти факторы необходимо учитывать при разработке технологического процесса изготовления отливок.
Линейная усадка.
Линейная усадка сплавов начинается тогда, когда в сплаве образуется прочный металлический каркас. Для чистых металлов, эвтектических сплавов и сплавов, кристаллизующихся с образованием химических соединений, линейная усадка начинается при температуре кристаллизации. Для сплавов, кристаллизующихся в интервале температур, температура начала линейной усадки лежит в интервале начала и конца кристаллизации.
Линейная усадка зависит от сопротивления формы. Различают свободную и затруднённую усадку (таблица 7).
Таблица 7
Линейная усадка некоторых медных сплавов
№ п/п |
Сплав |
Литьё в металлическую форму |
Литьё в песчаную форму |
||
Затруднённая усадка, % |
Свободная усадка, % |
Затруднённая усадка, % |
Свободная усадка, % |
||
1 |
Бронзы оловянные |
1,40 |
1,60 |
1,20 |
1,40 |
2 |
Бронзы алюминиевые |
1,70 |
2,50 |
1,60 |
2,20 |
3 |
Бронзы свинцовые |
1,35 |
1,70 |
1,15 |
1,45 |
4 |
Бронзы кремниевые |
1,15 |
1,80 |
1,10 |
1,60 |
5 |
Бронзы марганцевые |
2,10 |
2,40 |
1,80 |
2,00 |
6 |
Латуни простые |
1,6 |
1,90 |
1,40 |
1,70 |
7 |
Латуни оловянные |
1,45 |
1,65 |
1,3 |
1,55 |
8 |
Латуни свинцовые |
1,60 |
1,85 |
1,40 |
1,75 |
9 |
Латуни алюминиевые |
1,70 |
2,10 |
1,60 |
1,90 |
10 |
Латуни марганцевые |
1,90 |
2,15 |
1,65 |
1,95 |
Тепловые и электрические свойства металлов и сплавов
Главнейшими тепловыми свойствами, имеющими значение для процессов приготовления сплавов и затвердевания отливок, являются теплоёмкость, теплопроводность, теплота плавления, теплота испарения и теплота образования сплавов.
Количество теплоты, затрачиваемое на нагрев 1 г. материала на 1 º С называют удельной теплоёмкостью вещества и измеряется в кал. на г-градус.
Теплотой плавления называют количество теплоты (кал), необходимое для перевода в жидкое состояние (1г.) металла, нагретого до температуры плавления. Теплота плавления зависит от силы связи атомов этого вещества в кристаллической решётке.
В таблице 8 приведены значения удельной теплоёмкости и теплоты плавления некоторых сплавов.
Сравнение теплоты плавления различных металлов (см. таблицу 8) показывает, что для нагрева до температуры плавления и расплавления 1 кг алюминия требуется затратить тепловой энергии больше, чем для нагрева и расплавления 1 кг чугуна, несмотря на то, что температура плавления алюминия значительно ниже, чем чугуна.
По сравнению с теплоёмкостью твердого металла при температуре плавления теплоёмкость жидкого металла выше примерно в 1,1- 1,5 раза.
Теплоёмкость сплавов может считаться аддитивной величиной, определяемой содержанием компонентов в сплаве.
Таблица 8. Удельная теплоёмкость С и теплота плавления q некоторых металлов
Металл |
Удельная теплоёмкость С, кал/г-град |
Теплота плавления, q, кал/г |
Металл |
Удельная теплоёмкость С, кал/г-град |
Теплота плавления, q, Дж/г |
Олово |
0,06 |
- |
Медь |
0,091 |
43,0 |
Висмут |
- |
- |
Бериллий |
- |
323,3 |
Свинец |
0,03 |
5,5 |
Кремний |
0,168 |
127,7 |
Цинк |
0,092 |
25,5 |
Никель |
0,106 |
73,0 |
Магний |
0,288 |
71,4 |
Железо |
1,66 |
62,8 |
Алюминий |
0,243 |
93,96 |
Титан |
0,13 |
81,4 |
Германий |
- |
104,6 |
Молибден |
- |
79,1 |
Чугун |
0,13 |
23,0 |
Бронза БрА10Ж3Л |
0,104 |
- |
Теплопроводность предопределяет скорость прогрева металла. Эти характеристики оказывают решающее влияние на время затвердевания и распределение температуры в отливке.
Теплопроводность показывает, какое количество тепла проходит через 1 см² поверхности материала толщиной в 1 см при разности температур в 1ºС. Теплопроводность характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, который измеряется в кал.на см.•сек•ºС. Чем выше теплопроводность материала, загружаемого в печь, тем быстрее он нагревается и нагревает другие составляющие шихты, с которыми он соприкасается. Теплопроводность жидких металлов определяет явление теплообмена. Наиболее теплопроводными металлами являются серебро, золото, медь, алюминий, магний, цинк.
Теплопроводность λ жидких металлов составляет примерно 0,5-0,6 от теплопроводности твёрдых металлов вблизи точки плавления. Теплообмен в жидких металлах осуществляется не только теплопроводностью, но и посредством свободной конвекции, которая определяется зависимостью плотности жидкого металла от температуры, вязкостью металла, его теплопроводностью и земным ускорениемТеплота образования жидких сплавов определяется той энергией, которая поглощается или выделяется при взаимном растворении двух жидких металлов, взятых при одинаковой температуре. В термодинамике принято считать положительной энергию, поглощённую системой, и приписывать ей знак «+». Энергия, выделившаяся из системы, считается отрицательной и обозначается знаком « - «.
Теплота образования сплавов близка к нулю, если в системе наблюдаются непрерывные твёрдые растворы, например, Au – Cu, Bi – Sb.
Если в системе при переходе в твёрдое состояние образуются химические соединения, то теплота образования жидких сплавов всегда отрицательная. К таким сплавам относятся
Необходимо помнить, что отрицательный знак теплоты образования свидетельствует о выделении теплоты при сплавлении. Так, при введении в жидкую медь твёрдого алюминия или в жидкий никель твёрдого кремния в количестве 10-20% теплота выделяется и отмечается повышение температуры расплава на 100-200 ºС.
Al-Cu, Al-Si, Al-Ni и
д
Система сплавов |
Температура, ºС |
∆Н max, кДж/моль |
Тип системы |
Pb – Sn |
500 |
+1,3 |
Простая эвтектическая система |
Al – Si |
1450 |
-3,8 |
То же |
Mg-Sn |
800 |
-14 |
Система с промежуточными фазами |
Al-Cu |
1150 |
-19 |
То же |
Fe- Si |
1600 |
-38 |
То же |
Al-Ỵ |
1600 |
- 50 |
То же |
Ni – Si |
1600 |
- 59 |
То же |
Электрическое сопротивление металлов и сплавов принимается во внимание при плавке в индукционных печах, где тепловая энергия выделяется в самом расплаве при прохождении электрического тока. Электрическое сопротивление вещества характеризуется удельным электросопротивлнием ρ (табл.10).
Таблица 10. Удельное электрическое сопротивление некоторых металлов мкОм•см.
Металл |
20 º С |
t пл тв. мет. |
t пл жидк. мет |
Металл |
20 º С |
t пл тв. мет. |
t пл жидк. мет |
Олово |
11 |
23 |
50 |
Серебро |
1,6 |
8 |
17 |
Висмут |
110 |
500 |
150 |
Медь |
1,7 |
10 |
21 |
Свинец |
19 |
50 |
100 |
Кремний |
10³-106 |
10²-10³ |
80 |
Цинк |
6 |
17 |
40 |
Никель |
8 |
65 |
85 |
Сурьма |
40 |
185 |
115 |
Железо |
10 |
130 |
140 |
Магний |
4 |
15 |
27 |
Титан |
40 |
80 |
175 |
Алюминий |
2,6 |
11 |
24 |
Молибден |
5 |
85 |
- |
Германий |
108 |
10³ |
70 |
Вольфрам |
5 |
100 |
130 |
Повышение температуры у всех металлов вызывает увеличение электросопротивления (кроме германия и кремния). Плавление металлов сопровождается значительным увеличением электросопротивления (в 1,2-2,2 раза).
Чем больше электросопротивление металла, тем быстрее он нагревается в индукционной печи.