Лекция.

Основные понятия и определения, цель и задачи дисциплины. «Технологические основы производства отливок»

План лекции.

1. Цель и задачи дисциплины «Технологические основы производства отливок».

2. Основные понятия и определения, применяемые при изучении дисциплины.

3. Рассмотрение физико-химических процессов, протекающих при изготовлении линейной формы и стержней, при плавке сплавов, процессов формирования макростроения тела отливки, взаимодействие компонентов формы друг с другом и с заливаемым металлом.

4. Рассмотрение направлений улучшений качества отливок – фундаментальной научно-технической проблемы линейного производства.

Цель и задачи преподавания дисциплины.

Цель преподавания дисциплины: «Технологические основы производства отливок» - закрепление знаний в области технологии производства линейных заготовок из различных сплавов и видов литья, материалов, применяемых при производстве литья, по теории металлургических процессов, происходящих при формировании отливок, о способах управления за качеством производства отливок и ознакомлении с правилами техники безопасности и промышленной санитарии в линейном производстве.

Основными задачами дисциплины является рассмотрение:

1. Основных и вспомогательных материалов, применяемых при производстве литья.

2. Способов их подготовки при получении литья заготовок.

3. Процессов формообразования.

4. Знакомство с основами теории металлургических процессов при формировании отливки в форме, формировании структуры сплавов в отливка (кристаллического строения).

5. Знакомство с линейными сплавами, как конструкционными материалами в машиностроении, областью их применения.

6. Приобретение навыков проведения анализа технологичности литых деталей и навыков назначения способов их изготовления.

7. приобретение навыков определение физико-химических, линейных сплавов и материалов для производства отливок.

8. Умение определять дефекты литья, анализировать причины их образования и назначать способы их устранения.

Для изучения дисциплины «Технологические основы производства отливок» не обойтись без знаний физики, физической химии, химии, математики и информатики, материаловедения.

Основные понятия и определения.

Термодинамика – разделы физики, изучающие процессы превращения теплоты в механическую работу или в другие виды энергии, нововведения веществ в состояние равновесия при определенных внешних условиях (объеме, давлении, электрических, магнитных полей и т.д.)

Термодинамика изучает направление и пределы самопроизвольного течения процессов в данных условиях, позволяет устанавливать связь между величинами, определяющими равновесие системы, опираясь на весьма общие электрические законы – начала термодинамики.

Химическая термодинамика изучает тепловые явления, происходящие при химических реакциях, фазовых переходах, адсорбции и других процессах, а так же изучает зависимости термодинамических свойств веществ от их состава.

Под системой в термодинамике понимают тело или группу тел, находящихся во взаимодействии, мысленно выделяемых из окружающей среды.

Термодинамика поверхностных явлений более развита Дж.У.Гиббсом.

В расчетах он принимая поверхностный за новую «поверхностную фазу», толщина которой мала по сравнении с размерами других направлениях. В пределе эта толщина равна молекуле.

С целью определения энергии образования поверхности рассмотрим разрыв образца сечения ∑ при постоянных температуре и давлении. При разрыве площадь образца увеличивается на ∆∑, а затраченная работа будет А_рт = - ∆G, где ∆G – термодинамическая летучесть можно определит как функцию температуры, давления и концентрации всех веществ, характеризующую составление данного компонента в смеси реальных газов

∆G= RT*lnf+const

Величина этой работы, отнесенной к единице новой поверхности, называют поверхностным натяжением

σ=Aрт/ ΔΣ

Таким образом, поверхностное натяжение равно максимально полезной работе изобарно - изотермического процесса, затраченной на образование единицы поверхности, т.е. представляет собой удельный изобарно – изометрический потенциал.

σ=(νΔG/νΣ)

Поверхностное натяжение остается постоянным при постоянных температуре и давлении. С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается.

Адгезия и когезия. Если энергия связи седлу частицами разных фаз преобладает над энергией связи между частицами каждой из фаз, то сближение сопровождается выделением энергии и увеличением термодинамической устойчивости всей системы. Подобная связь между поверхностными слоями двух или более соприкасающихся разнородных фаз называется адгезией. Адгезия измеряется работой отрыва соприкасающихся фаз на единице поверхности контакта. В изометрическом обратимом процессе адгезия равна убыли свободной энтальпии на 1см² поверхности. Адгезия растет с уменьшением поверхностного натяжения на границе конденсированных фаз и с увеличением смачивается. Когда прикасающиеся фазы одинаковы, работа отрыва фаз характеризует их прочность работа отрыва фаз Аког, называется когезией.

Систему называют гомогенной, если она не имеет внутренних поверхностей раздела, отделяющих друг от друга части системы, разные по свойствам. Система, имеющая такие поверхности, является гетерогенной. Система будет однородной, если все участники ее имеют одинаковые свойства (химические, механические, физические, тепловые и др.) фаза представляет собой совокупность гомогенных частей системы одинаковых по свойствам. Если система гомогенна в целом, то она образует одну фазу.

Независимые компоненты являются химически индивидуальными веществами, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз, т. е. Гомогенных частей данной системы. Число независимых компонентов равно общему числу компонентов за вычетом числа возможных реакций между ними.

Все термодинамические признаки характеризующие систему и ее отношение к окружающим телам, называются термодинамическими параметрами (давление, внешние поля, плотность, объем, концентрация и т. д.)

Термодинамические параметры разделяют на внешние (поля, давление, объем и др.) и внутренние (плотность, концентрация, масса и т. д.)

При взаимодействии системы с окружающей средой происходит обмен энергией. При этом возможны два способа передачи энергии от системы к внешней среде: с изменением внешних параметров системы и без этих изменений.

Способ передачи энергии, связанной с изменением внешних параметров, называют работой. Способ передачи энергии без изменения внешних параметров – теплотой, а сам процесс передачи – теплообменом.

Количество энергии, переданное системой с изменением ее внешних параметров, так же называется работой (а не количеством работы), а количество энергии, переданное без изменения внешних параметров — количеством теплоты Q.

Система, лишенная возможности обменятся энергией с внешней средой, называется изолированной.

Первый постулат термодинамики утверждает: изолированная система с течением времени всегда приходит в состояние термодинамического равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может.

Второй постулат термодинамики утверждает: все внутренние параметры при равновесии системы являются функцией внешних параметров и температуры.

Совокупность независимых термодинамических параметров определяет состояние системы. Состояние называют стационарным, если в течение времени внутренние параметры системы не изменяются. Если с течением не изменяются так же и внешние параметры, то стационарное состояние является равновесным.

Всякое превращение происходящее в системе и связанное с изменением соты от одного из термодинамических параметров состояния, называют термодинамическим процессом.

Процесс, при котором термодинамическая система, выйдя их некоторого начального состояния и претерпев ряд изменений, возвращается в то же самое состояние, называют круговым процессом или циклом.

Обратимый термодинамический процесс — процесс, в результате которого система возвращается в исходное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие либо изменения.

Термодинамический процесс, при котором система проходит через непрерывный ряд равновесным состояний, называют равновесным процессом. Равновесный процесс является бесконечно медленным.