Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Теория литейных процессов

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

13.11.2023

Размер:

24.53 Mб

Скачать

☆

1 / 581 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет»

ТЕОРИЯ ЛИТЕИНЫХ ПРОЦЕССОВ

Под редакцией доктора технических наук, профессора Ри Хосена

Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области металлургии в качестве учебника

для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Литейное производство черных и цветных металлов»

Хабаровск

2008

УДК 621.745.4:669(075.8) ББК К61

Т 338

Серия «Учебники Тихоокеанского государственного университета»

А в т о р с к и й к о л л е к т и в :

В.Д. Белов, М. А. Иоффе, В. М. Колокольцев, Хосен Pu, Э. X Ри,\Г. И Тимофеев]

Р е ц е н з е н т ы :

кафедра «Физико-химия литейных процессов» Санкт-Петербургской государственной академии (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Г. А. Косников);

завкафедрой «Литейное производство» Южно-Уральского государственного университета д-р техн. наук, проф. Б. А. Кулаков

Теория литейных процессов: учебник / В. Д. Белов [и др.]; Т338 под ред. Хосена Ри. - Хабаровск: Изд-во «РИОТИП» краевой

типографии, 2008. - 580 с. ISBN 978-5-88570-006-0

Изложены современные представления о строении и свойствах жидких металли ческих сплавов и их взаимосвязи в жидком и твердом состояниях. Дано научное обос нование выбора и расчета технологических параметров, обеспечивающих получение отливок заданного сплава при их течении и кристаллизации (затвердевании). Подробно рассмотрены современные методы исследования строения и структурно-чувствитель ных свойств металлических расплавов, основные законы химической термодинамики и их приложения при выплавке, раскислении, рафинировании, дегазации, микролегиро вании и др. Проанализированы условия возникновения химической неоднородности сплава по сечению отливки, развития в отливке усадочных раковин и пор, появления газовых дефектов и трещин.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Литейное производство черных и цветных металлов», аспирантов, преподавателей, научных и практических работников.

		УДК 621.745.4:669(075.8)
		ББК К61
ISBN 978-5-88570-006-0	©	Тихоокеанский государственный
		университет, 2008
	©	Коллектив авторов, 2008

О г л а в л е н и е
ВВЕДЕНИЕ	9
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕОРИИ ЛИТЕЙНЫХ
ПРОЦЕССОВ........................................................................................................	10
1.1. Сущность литейного производства.............................................................	10

1.2.Краткий исторический обзор возникновения теории литейных

	процессов..........................................................................................................	11
Вопросы для самоконтроля знаний		13
Библиографический список..............................................................................................................		13
ГЛАВА 2. СТРОЕНИЕ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ		14
2.1.	Характеристика металлических расплавов	14
2.2.	Общие сведения о жидком состоянии	14

2.3.Методы исследования строения расплавленных металлов и спла

	вов	17
2.4. Основные модели строения жидких металлов..........................................		27
Вопросы для самоконтроля знаний		30
Библиографический список..............................................................................................................		30
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
СТРУКТУРЫ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ		3 1
3.1.	Вязкость	31
3.2.	Плотность...........................................................................................................	40
	3.2.1. Объемные характеристики................................................................	41
	3.2.2. Связь объемных характеристик с координационным числом
	и другими свойствами жидких металлов	42
	3.2.3. Методы измерения плотности	45
3.3.	Электросопротивление....................................................................................	49
3.4.	Поверхностное натяжение	52
	3.4.1. Поверхностное натяжение и смачиваемость	53
	3.4.2. Методы определения поверхностного натяжения	57
3.5. Тепловые свойства жидких металлов		60
3.6.	Диффузия в металлических расплавах........................................................	64
3.7.	Давление пара металлов..................................................................................	64
Вопросы для самоконтроля знаний		66
Библиографический список..............................................................................................................		67
ГЛАВА 4. СТРУКТУРНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ РАСПЛАВОВ		69
4.1.	Железоуглеродистые расплавы типа сталей	69
4.2.	Форма присутствия углерода в расплавах Fe-C	70
4.3.	Диаграмма состояния расплавов F e-C .........................................................	72
4.4.	Железоуглеродистые расплавы типа чугунов...........................................	74

4.5.Модели строения железоуглеродистых расплавов (жидких чугу

нов) .....................................................................................................................	84
Вопросы для самоконтроля знаний	88
Библиографический список..............................................................................................................	89

ГЛАВА 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПЛАВИЛЬНОГО ПРОЦЕССА	90

5.1.Влияние металлургической наследственности шихтовых материалов

	при выплавке металлических сплавов на их свойства	90
5.2.	Основные понятия химической термодинамики	92
5.3.	Плавление и испарение металлов	98
	5.3.1. Плавление и легирование металлов и сплавов	98
	5.3.2. Испарение металла при плавке сплавов	109
5.4.	Состав и свойства шихтовых материалов	114
5.5.	Тепловые и физико-механические воздействияна расплавы	122
	5.5.1. Аномальный характер изменения физических свойств
	расплавов и его связь с механическими и литейными
	характеристиками.................................................................................	122
	5.5.2. Влияние температурных режимов плавки и легирования
	алюминия и его сплавов на их механические характеристики	129

5.5.3.Влияние термоскоростной обработки расплавов на структурообразование и механические свойства отливок из

алюминиевых сплавов и чугунов

140

5.6.Обработка сплавов в жидком состоянии методами внешнего

	воздействия	145
Вопросы для самоконтроля знаний		154
Библиографический список.................................................................................................................		155
ГЛАВА 6. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ (ПРОЦЕСС ЗАПОЛНЕНИЯ
ФОРМЫ ЖИДКИМ МЕТАЛЛОМ)		156
6.1.	Законы гидростатики	156
6.2.	Законы гидродинамики	160
6.3.	Классификация способов заливки форм	161
6.4.	Литниковая система	163

6.5.Виды местных сопротивлений и соответствующих потерь

	гидростатического напора...............................................................................	174
6.6.	Физика течения и структура потоков жидких металлов.........................	178
6.7.	Расчет истечения металла из ковша и заполнения формы......................	181
6.8.	Движение неметаллических частиц в потоке расплава и их задержание ...	184

6.9.Конструкция литниковой системы для создания условий задержания

неметаллических част иц	187
6.10. Жидкотекучесть металла и заполняемость форм........................................	191
6.11. Охлаждение металла при разливке	200
Вопросы для самоконтроля знаний	201
Библиографический список..................................................................................................................	201
ГЛАВА 7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ С ГАЗАМИ,
МАТЕРИАЛАМИ ТИГЛЕЙ И ФУТЕРОВКОЙ ПЛАВИЛЬНЫХ
ПЕЧЕЙ	202

7.1.Происхождение, основные закономерности растворения газов и

	взаимодействия металлических расплавов с газами	202
7.2.	Взаимодействие жидких металлов с водородом, кислородом и азотом	212
7.3.	Взаимодействие жидких металлов со сложными газами.........................	220

7.4.Взаимодействие жидких металлов с материалами тиглей и

	футеровкой плавильных печей....................................................................			224
7.5.	Физико-химические взаимодействия расплава с формой......................			227
	7.5.1. Пригар...................................................................................................			227
	7.5.2. Поверхностное расширение и ужимины.......................................			227
	7.5.3. Ситовидная пористость.....................................................................			232
Вопросы для самоконтроля знаний................................................................................................				234
Библиографический список.............................................................................................................				234
ГЛАВА 8. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСКИСЛЕНИЯ
И РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ				235
8.1.	Содержание газов в стали перед раскислением			235
8.2.	Влияние газов на свойства стали			237
8.3.	Влияние газов на свойства чугунов			240
8.4.	Раскислительная способность элементов			242
	8.4.1. Раскисление, рафинирование и дегазация расплавов..................			242
	8.4.2. Важнейшие раскислители			243
	8.4.3. Способы раскисления			244
	8.4.4. Основные задачи раскисления и требования к раскислителям			246
8.5.	Термодинамика раскисления ........................................................................			248
8.6.	Защита расплавов от взаимодействия с атмосферой при плавке.........			255
8.7.	Влияние газов на свойства алюминиевых сплавов			258
	8.7.1. Источники насыщения	алюминиевых сплавов	водородом
	в процессе их приготовления и разливки.....................................			258
	8.7.2. О формах взаимодействия водорода с алюминиевыми
	сплавами			263
	8.7.3. Влияние газов на свойства алюминиевых сплавов.....................			264
8.8.	Основы теории рафинирования и дегазации металлических сплавов			265
	8.8.1. Окислительное рафинирование			266
	8.8.2. Рафинирование металлических расплавов испарительно
	конденсационными мегодами			266
	8.8.3. Рафинирование	металлических	сплавов
	кристаллизационными способами			269
	8.8.4. Рафинирование расплавов от нерастворимых оксидных
	включений и способы их удаления			273
8.9.	Дегазация металлических сплавов...............................................................			277
8.10.	Характеристика продуктов раскисления и их классификация			286
Вопросы для самоконтроля знаний				289
Библиографический список..............................................................................................................				290
ГЛАВА 9. ПЕРВИЧНАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ.
ЛИКВАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ........................................................................				291

9.1.Предкристаллизационное состояние расплавленных металлов и

	сплавов	292
9.2.	Термодинамическая теория кристаллизации	294
9.3.	Кинетика кристаллизации	296
9.4.	Зарождение центров кристаллизации	298
	9.4.1. Самопроизвольное зарождение центров кристаллизации	298
	9.4.2. Несамопроизвольное зарождение центров кристаллизации.....	302

9.5.	Кинетика роста центров кристаллизации	303
9.6.	Основные законы роста кристаллов..............................................................	305
9.7.	Столбчатая (дендритная) кристаллизация	307
9.8.	Форма роста и форма равновесия кристаллов	311
9.9.	Модифицирование и микролегирование металлов и сплавов................	313
	9.9.1. Классификация модификаторов........................................................	313
	9.9.2. Микролегирование................................................................................	323
9.10.	Движение жидкости при кристаллизации внутри затвердевающих
	отливок	325
9.11. Неравновесная кристаллизация и ликвационные явления в сплавах		328
	9.11.1. Классификация видов ликвации	329
	9 .11.2. Неравновесная кристаллизация	330
Вопросы для самоконтроля знаний		341
Библиографический список.................................................................................................................		341
ГЛАВА 10. ТЕОРИЯ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВОК (ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
И СТРУКТУРНЫЕ ЗОНЫ В ОТЛИВКАХ).......................................................		342
10.1. Основные условные обозначения		342
10.2. Некоторые вопросы теории теплообмена		343
	10.2.1. Законы Ньютона, Стефана - Больцмана и Фурье	343
	10.2.2. Определение коэффициента теплоотдачи соприкосновением.....	346
	10.2.3. Теплопередача через стенку	349
	10.2.4. Стенки малой кривизны	352
	10.2.5. Направляющая точка...........................................................................	353
	10.2.6. Критерий Био.........................................................................................	354
	10.2.7. Классификация условий литья	357
	10.2.8. Анализ температурного поля металла, охлаждающегося	в
	литейной форме.....................................................................................	361
	10.2.9. Частные случаи затвердевания отливки	363
10.3.	Затвердевание отливки при постоянной температуре кристаллиза
	ции	366
	10.3.1. Плоская отливка	366
	10.3.2. Отливка сложной конфигурации......................................................	390
10.4.	Затвердевание отливки в интервале температур.......................................	409
	10.4.1. Теплофизические свойства сплава	409
	10.4.2. Метод эквивалентной отливки	425
	10.4.3. Последовательное и объемное затвердевание металла	432
	10.4.4. Ширина переходной зоны в конце процесса затвердевания
	металла.....................................................................................................	434
10.5.	Границы применимости расчетных формул	436
10.6.	Инженерные методы расчета затвердевания отливок для частных
	условий литья	437
	10.6.1. Тонкостенный кокиль..........................................................................	437
	10.6.2. Массивный кокиль	449
	10.6.3. Двухслойная форма..............................................................................	469
	10.6.4. Способы воздействия на процесс формирования отливки........	474
Вопросы для самоконтроля знаний		484
Библиографический список..................................................................................................................		486

ГЛАВА И . УСАДОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ
ОТЛИВОК...................................................................................................................										487
11.1.	Основные понятия и физическая природа усадочных явлений									487
11.2.	Усадочная пористость....................................................................................									488
	11.2.1. Рассеянная пористость									489
	11.2.2. Осевая пористость.............................................................................									489
	11.2.3. Меры борьбы с усадочной пористостью......................................									493
11.3.	Усадочные раковины									493
11.4.	Определение	величины		и	конфигурации		усадочной	раковины	в
	рамках тепловой теории затвердевания отливки									498
11.5.	Влияние технологических факторов и состава сплава на процессы
	усадки									504
	11.5.1. Температура заливки.........................................................................									504
	11.5.2. Интервал температур кристаллизации..........................................									505
	11.5.3. Скорость охлаждения сплава..........................................................									509
11.6.	Выбор прибыли									510
11.7. Инженерные методы расчета усадочных раковин и прибылей										511
11.8.	Организация	процесса		питания		путем	регулирования работы
	прибылей									530
11.9.	Усадочные деформации и литейные напряжения в отливках									533
	11.9.1. Усадочные деформации									533
	11.9.2. Предусадочное расширение									535
	11.9.3. Литейные напряжения в отливках									536
	11.9.4. Коробление отливок..........................................................................									545
Вопросы для самоконтроля знаний										546
Библиографический список..............................................................................................................										547
ГЛАВА 12. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ОБРАЗОВАНИЯ ГОРЯЧИХ ТРЕЩИН В ОТЛИВКАХ										548
12.1.	Классификация трещин в отливках									548
12.2.	Технологические		пробы	для		оценки	склонности	сплавов	к
	образованию горячих трещин									549
12.3.	Горячие трещины в отливках и предупреждение их образования.......									550
	12.3.1. Физическая сущность образования горячих трещин									550
	12.3.2. Теория образования горячих трещин в отливках.........................									552
12.4.	Влияние различных факторов на горячеломкость сплавов									564
	12.4.1. Связь горячеломкости с диаграммой состояния сплавов									564
	12.4.2. Влияние состава сплава на горячеломкость сплавов двойных
	систем эвтектического состава.........................................................									564
	12.4.3. Влияние		количества		эвтектики на горячеломкость спла
	вов .........................................................................................................									565

12.4.4.Горячеломкость в системах, компоненты которых образуют непрерывный ряд твердых растворов в твердом и жидком

состояниях.............................................................................................	566
12.4.5. Горячеломкость в системах, компоненты которых образуют
перитектику	566
12.4.6. Влияние формы и размера зерна на горячеломкость	567
12.5. Способы предохранения отливок от образования в них	горячих
трещин	569

Вопросы для самоконтроля знаний...................................................................................................		570
Библиографический список.................................................................................................................		571
ПРИЛОЖЕНИЕ	1	573
ПРИЛОЖЕНИЕ	2	574
ПРИЛОЖЕНИЕ	3	574
ПРИЛОЖЕНИЕ	4	575
ПРИЛОЖЕНИЕ	5 ..............................................................................................................................	575
ПРИЛОЖЕНИЕ	6 ..............................................................................................................................	575
ПРИЛОЖЕНИЕ	7	576
ПРИЛОЖЕНИЕ	8 ...............................................................................................................................	576
ПРИЛОЖЕНИЕ	9	576
ПРИЛОЖЕНИЕ 10		577
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 1 ...............................................................................................................................		577
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 2 ...............................................................................................................................		577

Введение

Предлагаемый учебник предназначен для студентов вузов, специализирующихся по литейному производству. Описание формовочных материалов, процессов и технологий получения отливок из сталей, чугунов и цветных сплавов в него не включено, так как они рассматриваются в курсах «Технология литейного производства», «Производство отливок из стали и чугуна» и «Производство отливок из цветных металлов».

Теория литейных процессов должна подготовить студентов к изучению закономерностей, относящихся ко всем видам литья, независимо от состава сплавов, типа форм и методов их заполнения.

Изложение данного курса соответствует технологической схеме операций и процессов формирования отливки и дается в следующей последовательности:

1. Технология подготовки расплава к заливке литейной формы (главы 2-5). В этих главах использованы результаты работ советских и российских ученых Я. И. Френкеля, Н. А. Ватолина, Э. А. Пастухова, Б. А. Баума, Г. В. Тягунова, В. А. Кудрина, Г. Н. Еланского, П. П. Арсеньева,

Л.Н. Коледова, В. К. Григоровича, А. А. Жукова и др.

2.Гидравлические процессы (глава 6). При написании этой главы использованы труды профессоров М. В. Пикунова, Б. Б. Гуляева,

И.Б. Куманина, А. А. Рыжикова и др.

3.Химические взаимодействия жидких металлов с газами, материалами тиглей и футеровкой плавильных печей (глава 7). При рассмотрении данных

вопросов использовались труды А. В. Курдюмова, М. В. Пикунова,

В.М. Чурсина, Е. Л. Бибикова и др.

4.Физико-химические процессы раскисления, рафинирования и дегазации металлических расплавов (глава 8).

5.Кристаллизация металла и затвердевание отливок (главы 9, 10). В этой

области большая заслуга принадлежит Д. К. Чернову, В. Д. Кузнецову, П. А. Ребиндеру, П. А. Данкову, И. Б. Куманину, Б. Б. Гуляеву, А. И. Вейнику, Г. А. Анисовичу, Г. Ф. Баландину и др.


6.	Усадочные процессы (глава 11). При написании этого раздела авторы
заимствовали		результаты		работ	профессоров		И.	Б.	Куманина,
В. М. Воздвиженского, В. В. Спасского, Б. Б. Гуляева и др.
7.	Теоретические		и	технологические		основы	образования			горячих
трещин	в отливках (глава 12). Здесь использованы							результаты работ
Г. Ф.	Баландина, H.		Н.	Прохорова,	А.	А. Бочвара,		А.	И.	Вейника,

И. Б. Куманина и др.

Как и всякая теоретическая дисциплина, теория литейных процессов должна содействовать научно обоснованному назначению параметров конкретных технологических процессов и прогнозированию результатов этих процессов.

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕОРИИ ЛИТЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

1.1.Сущность литейного производства

Сущность метода литья заключается в том, что расплавленный металл заливают в литейную форму, внутренняя полость которой соответствует очертанию будущего изделия. Металл, охлаждаясь и затвердеваясь в форме, принимает заданную конфигурацию. После извлечения из формы литое изделие, если необходимо, подвергают термической обработке.

Таким образом, сущность литейного производства заключается в получении металлического сплава в жидком состоянии и в заливке его в заранее приготовленные литейные формы.

При изготовлении отливок применяют самые различные сплавы на основе железа, меди, алюминия, магния, титана, цинка и других металлов.

Масса изготовляемых промышленностью отливок колеблется от нескольких граммов до сотен тонн.

В курсе «Теория литейных процессов» рассматривают общие закономерности, относящиеся ко всем видам литья, независимо от состава сплава, типа форм и методов их заполнения. Специфические особенности конкретных технологических процессов изучают в курсах «Технология литейных форм», «Технология чугунного и стального литья» и др.

Операция изготовления отливок делится на пять основных групп: выплавка металла, изготовление форм и стержней, заливка металла и охлаждение отливок, первичная обработка отливок (выбивка, очистка, обрубка, термическая обработка) (рис. 1.1) и контроль качества.

Операции изготовления форм, плавки, заливки, затвердевания, охлаждения отливок и явления, протекающие в этих процессах, называются литейными процессами.

Характеристики литейных сплавов, определяющие их поведение при формировании или изготовлении отливок, а также качество последних, называются литейными, или технологическими, свойствами.

Вряде случаев литейные свойства могут совпадать с физическими (температура плавления) или химическими (склонность к окислению при высоких температурах).

Вотличие от литейных эксплуатационные свойства сплавов определяют их поведение в условиях эксплуатации литых изделий. К таким свойствам относятся прочность, устойчивость против коррозии, герметичность, износостойкость и др.

Как и всякая теоретическая дисциплина, формирующая научнотехнические законы материального производства, теория литейных процессов должна содействовать научно обоснованному назначению параметров

1 / 581 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги

#
12.11.202315.46 Mб0Теория ленточных конвейеров для крупнокусковых горных пород..pdf
#
12.11.2023610.78 Кб1Теория лидерства лидерство в организации..pdf
#
12.11.20231.63 Mб5Теория линейных электрических цепей. Переходные процессы.pdf
#
12.11.20233.18 Mб50Теория линейных электрических цепей. Ч. 1.pdf
#
12.11.20231.54 Mб2Теория линейных электрических цепей. Ч. 2.pdf
#
13.11.202324.53 Mб10Теория литейных процессов..pdf
#
12.11.202313.07 Mб5Теория механизмов и машин задания, упражнения и задачи к курсовому проекту..pdf
#
12.11.202316.79 Mб5Теория механизмов и машин курсовое проектирование..pdf
#
12.11.20239.05 Mб33Теория механизмов и машин сборник задач и тестов..pdf
#
12.11.20237.74 Mб3Теория механизмов и машин. Ч. 1.pdf
#
12.11.20235.9 Mб3Теория механизмов и машин..pdf