Опишите схему технологического процесса выплавки стали в кислородном конверторе

Опишите схему технологического процесса выплавки стали в кислородном конверторе. Какие стали получают этим способом?

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КОНВЕРТЕРА
        Способ продувки ванны кислородом сверху получил название кислородно-конвертерного. В настоящее время он применяется широко и обладает большой технологической гибкостью. На рисунке 1 приведен общий вид кислородного конвертера. Он состоит из цилиндрической средней части, концентрической горловины (в виде усеченного конуса) и сферического днища.

Рис. 1. – Общий вид кислородного конвертера
        Кожух конвертера сварен из толстолистовой стали с толщиной 40 – 110 мм и футерован основными огнеупорами. Он может поворачиваться на 3600 с помощью электромеханического привода. Верхняя часть горловины служит для заливки чугуна, опускания сверху фурмы и слива конечного шлака после окончания выплавки стали. Вдувание кислорода осуществляется через верхнюю водоохлаждаемую фурму (давление на срезе сопла Р = 0,9 – 1,4МПа). Вместимость конвертеров может быть от 60тонн до 400тонн. На рисунке 2 приведена схема профиля конвертера с садкой 100 тонн.

Рис.2. – Схема профиля конвертера с садкой 100 тонн
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА
        В состав шихты кислородно-конвертерной процесса входят: жидкий чугун, металлический лом, известь, твердые окислители (железная руда, окатыши и агломерат) и плавиковый шпат. На одну тонну выплавляемой стали в кислородном конвертере, приближенно расходуется:
а = (0,75 – 0,8)т чугуна;
b = (0,15 – 0,2)т лома;
с = (0,02 – 0,04)т флюсов;
д = (0,004 – 0,008)т раскислителей.
        Технологический цикл кислородно-конвертерной плавки складывается из следующих операций:
– осмотра конвертера после выпуска предыдущей плавки;
– загрузки лома;
– заливки жидкого чугуна;
– продувки;
– отбора проб металла для контроля его химического состава и температуры;
– выпуск стали (полупродукта, расплава) в сталеразливочный ковш;
– слив конечного шлака.
        Многолетний опыт эксплуатации кислородных конвертеров позволил повсеместно установить следующий порядок загрузки шихты: в освободившийся после предыдущей плавки конвертер загружают лом (лоток с ломом предварительно взвешивают и доставляют к конвертеру заблаговременно, в момент загрузки лоток при помощи крана наклоняют (опрокидывают) и лом ссыпается в конвертер). После загрузки лома в конвертер заливают необходимое количество жидкого чугуна с tчугуна>=13200C. Состав с чугуновозными ковшами заранее подают к конвертеру. После окончания заливки чугуна конвертер устанавливают в вертикальное положение, опускают кислородную фурму и начинают продувку. Температура в реакционной зоне находится на уровне 2200 – 25000C. Изменением положения фурмы и давления кислорода можно в широких пределах управлять процессами расплавления шихты, усвоения кислорода расплавом, окисление фосфора и углерода, шлакообразования.
        Шлакообразующие и добавочные материалы вводят в конвертер в предварительно измельченном (до фракции 20-25мм) виде (эти материалы называют сыпучими). Подачу сыпучих материалов осуществляют тремя способами:
1) все сыпучие загружают в конвертер до заливки чугуна (под чугун) или даже до загрузки лома;
2) сыпучие материалы вводят непрерывно сверху по ходу продувки;
3) часть сыпучих (около половины) присаживают одновременно с началом продувки, остальное количество вводят в течение нескольких минут непрерывно по ходу продувки.
        Чаще всего используют третий способ. Типичная диаграмма конвертерной плавки представлена на рисунке 3, из которой видно, что, начиная с момента начала подачи кислорода в конвертере одновременно идут процессы окисления примесей, нагрева ванны и шлакообразования. Все эти процессы оказывают взаимное влияние, их протекание зависит также от состава и характера шихтовых и шлакообразующих материалов, конструкции фурмы, давления и расхода кислорода и организации продувки.

Рис. 3. – Изменение состава металла в шлаке по ходу плавки в кислородном конвертере
        В конвертерном производстве используют чугуны, по традиции часто называемые мартеновскими (или мартеновского состава). Под этим понимают их отличие от бессемеровских (в которых много кремния) и от томасовских (в которых много фосфора).
        Технология производства должна предусматривать десульфурацию чугуна в ковшах; полное скачивание шлака из заливочного ковша перед сливом чугуна в конвертер; применение непрерывной разливки; применение внепечной обработки стали и, в частности, продувку в ковше перед заливкой аргоном с одновременной корректировкой состава и температуры, а для высококачественных сталей – обработку вакуумом, шлаками и другие способы внепечного рафинирования. Технология выплавки должна базироваться на применении автоматизированных систем управления ходом плавки, что позволяет исключить додувки и другие корректировочные операции. Эффективность кислородно-конвертерного процесса зависит от решения следующего комплекса вопросов: улучшение подготовки лома и ускорение его завалки; сокращение длительности цикла плавки; интенсификация продувки с применением многоструйных фурм; освоение передела низкомарганцовистого чугуна; широкое применение систем автоматического управления плавкой и цехом в целом; усовершенствование газоочистки. К недостаткам способа относится невозмозность увеличения доли металлолома в шихте, большой угар (до 14 – 19%) и дымообразование при продувке.
Качество стали определяется в значительной степени ее химическим составом и содержанием вредных примесей, газов и неметаллических включений. Особое внимание при производстве конвертерной стали уделяется получению металла с низким содержанием газов и, прежде всего, азота.
В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода,  кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.

2.Поясните основы дислокационной теории пластической деформации.
Природа пластической деформации.
 
Металлы и сплавы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение, и характер их деформации зависит от типа кристаллической структуры и от наличия несовершенств в этой структуре.
Рассмотрим пластическую деформацию в монокристалле.
Пластическая деформация может протекать под действием касательных напряжений и может осуществляться двумя способами.
1. Трансляционное скольжение по плоскостям (рис. 4а). Одни слои атомов кристалла скользят по другим слоям, причем они перемещаются на дискретную величину, равную целому числу межатомных расстояний.
В промежутках между полосами скольжения деформация не происходит. Твердое тело не изменяет своего кристаллического строения во время пластической деформации и расположение атомов в элементарных ячейках сохраняется
Плоскостями скольжения является кристаллографические плоскости с наиболее плотной упаковкой атомов.
Это наиболее характерный вид деформации при обработке давлением.
2. Двойникование – поворот одной части кристалла в положение симметричное другой его части. Плоскостью симметрии является плоскость двойникования (рис. 6.5 б).
Двойникование чаще возникает при пластической деформации кристаллов с объемно-центрированной и гексагональной решеткой, причем с повышением скорости деформации и понижением температуры склонность к двойникованию возрастает.
Двойникование может возникать не только в результате действия внешних сил, но и в результате отжига пластически деформированного тела. Это характерно для металлов с гранецентрированной кубической решеткой (медь, латунь). Двойникованием можно достичь незначительной степени деформации.

а) б)
Рис.4. Схемы пластической деформации различными способами: а – скольжением; б – двойникованием
 
Дислокационный механизм пластической деформации.
 
Пластическая деформация происходит в результате скольжения или двойникования. Ранее предполагали, что при скольжении одна часть кристалла сдвигается относительно другой части на целое число периодов как единое целое. Необходимое для этого напряжение получается на несколько порядков выше действительного сдвигового напряжения.
Для железа теоретическое значение сдвигового напряжения МПа, .
В основу современной теории пластической деформации взяты следующие положения:
скольжение распространяется по плоскости сдвига последовательно, а не одновременно;
скольжение начинается от мест нарушений кристаллической решетки, которые возникают в кристалле при его нагружении.
Схема механизма деформации представлена на рис.5 а.
В равновесном состоянии дислокация неподвижна. Под действием напряжения экстраплоскость смещается справа налево при незначительном перемещении атомов. Нижняя часть плоскости Р/S (SR) сместится вправо и совместится с нижним краем экстра- плоскости РQ.
QR- остаточная деформация.
При дальнейшем движении дислокация пройдет всю плоскость скольжения и выйдет на поверхность зерна. При этом верхняя часть зерна сдвинута относительно нижней на один межатомный период решетки (рис. 5б).
При каждом перемещении дислокации на один шаг необходимо разорвать связь только между двумя рядами атомов в плоскости Р/S, а не между всеми атомами, расположенными выше и ниже плоскости скольжения. Необходимое сдвиговое напряжение при этом мало, равно практически действительному..

Рис.5. Схема дислокационного механизма пластической деформации а – перемещение атомов при двихении краевой дислокации на одно межатомное расстояние; б – перемещение дислокации через весь кристалл
3.Изобразите диаграмму состояния сплавов системы медь – никель, постройте кривую охлаждения для сплава с 40% никеля и приведите ее анализ

На рис. 6. приведена диаграмма Cu-Ni.
Эта диаграмма с неограниченной растворимостью.
Компоненты: Cu,Ni.
Фазы:
Жидкость L, неограниченный твердый раствор α.
В правой части рис. 6 приведена кривая охлаждения сплава с 40 % Ni.
Охлаждение сплава начинается из жидкого состояния.
По правилу фаз подсчитаем число степеней свободы для этого состояния.
В данном состоянии у нас число компонентов k=2, число фаз f=1 (жидкость).
c=k-f+1=2-1+1=2.

В точке 1 из жидкости начинают выделяться кристаллы α – твердого раствора. Число фаз f=2 (L + α).
Число степеней свободы:
c=k-f+1=2-2+1=1.
Охлаждение сплава ниже т.1 замедлится, т.к часть внутренней энергии сплава, ранее отводимой вовне, теперь расходуется внутри сплава на образование межатомных связей в кристаллах α. Поэтому кривая охлаждения станет более пологой, на ней появится перелом.
Ниже т.2 мы наблюдаем ускоренное охлаждение сплава, т.к вся жидкость превратилась в кристаллы твердого раствора α.
Число степеней свободы:
c=k-f+1=2-1+1=2.

4.Изобразите диаграмму состояния сплавов системы железо – углерод. Укажите на ней наличие фаз, существующих при различных температурах, дайте им определения и укажите значение основных механических свойств

На рис. 7 приведеначасть диаграммы жилезо-углерод до содержания углерода 4,3 %. Вся диаграмма железо-углерод чрезвычайно сложна. Посколькуц практическую значимость имеют сплавы с содержанием углерода 4,3%, мы ограничимся изучением приведенной ра рис.7 ее части, чаще именуемой: «диаграмма железо-цементит».
Компоненты: железо, углерод.
Фазы:
Жидкость
Феррит – твердый раствор углерода в α-железе
Феррит (от лат. ferrum – железо) – это структурная составляющая, фаза железоуглеродистых сплавов (чугун, сталь). При 911-769°C феррит парамагнитен; от 769°C до абсолютного нуля – ферромагнитен. Феррит – твёрдый раствор углерода (до 0,02%) и других элементов в α-железе. Растворимость углерода в α-железе ничтожно мала. В феррите могут быть растворены Si, Mn, P и другие элементы.
Определение феррита как твёрдого раствора углерода в α-железе оправдано лишь при рассмотрении диаграммы Fe-C. Чистейшее железо, содержащее следы углерода, а также различные безуглеродистые сплавы железа с ОЦК решёткой имеют согласно современной терминологии структуру феррита [2].
Феррит образует твёрдый раствор внедрения с углеродом, с легирующими элементами феррит образует твёрдый раствор замещения (как и аустенит).
Структура феррита
Феррит имеет кубическую объёмно-центрированную решётку (ОЦК решетка).
Период ОЦК решётки α-Fe равен 0,2862 нм при 20°C и линейно возрастает до 0,2899 нм при 910°C. При 796°C (точка Кюри) ферромагнитное α-Fe переходит в “немагнитное α-Fe” (точнее, в упорядоченное антиферромагнитное β-Fe). Вследствие малой растворимости углерода в α-Fe [0,02%(по массе)] период решётки и TK феррита практически такие же, как и чистого α-Fe. Атомы углерода в феррите занимают преимущественно октапоры. Выше 1392°C γ-Fe превращается в парамагнитную δ-фазу, существующую при 1392-1536°C. Период ОЦК решётки δ-Fe равен 0,2925 нм при 1392°C и линейно растёт до 0,2935 нм при 1536°C. Температурная зависимость периода решётки для α(β) и γ-Fe различны. Период ОЦК решётки δ-феррита с повышением температуры увеличивается сильнее, чем α(β)-фазы и, по-видимому, растёт с увеличением содержания углерода.
Твердость феррита
Феррит мягок и пластичен. Твёрдость феррита меняется при растворении в нём различных легирующих элементов. Значения твёрдости ферррита могут меняться от 80 до 250 в зависимости от содержания легирующих элементов и способа термической обработки. При этом твёрдость феррита практически не зависит от скорости охлаждения при легировании одними элементами, в то же время быстрое охлаждение при легировании другими элементами приводит к тому, что твёрдость феррита оказывается более высокой. При медленном охлаждении получается полиэдрический феррит, а при быстром охлаждении получается структура игольчатого типа – игольчатый феррит. Игольчатый феррит по внешнему виду похож на бейнит. Твёрдость игольчатого феррита на HB 100-150 выше твёрдости полиэдрического феррита.
Аустенит – твердый раствор углерода в -железе. Предельная растворимость углерода в Fe= 2,14% (т. Е рис.7).
Механические свойства аустенита характеризуются меньшей пластичностью и большей прочность и твердостью (НВ 160-200), чем у феррита.
Цементит (обозначают Ц) – карбид железа (практически постоянного состава) химическое соединение углерода с железом – Fe3С, содержащее углерода 6,67%. Цементит имеет сложную ромбическую peшетку с плотной упаковкой атомов.
Цементит слабо ферромагнитен и теряет ферромагнетизм при температуре 210°С (критическая точка Ао). Температуру плавления цементита трудно, определить в связи с его распадом при нагреве. Она установлена равной 1260°С при нагреве лазерным лучем.
Механические свойства характеризуются высокой твердостью (>НВ800), но чрезвычайно низкой, практически нулевой, пластичностью. Цементит способен образовывать твердые растворы замещения. Атомы углерода могут замещаться атомами неметаллов, а атомы железа – металлами. Такой твердый раствор на базе цементита называется легированным цементитом.

.

5.Предложите марку углеродистой стали для изготовления винтовой цилиндрической пружины сжатия d = 2 мм, D = 25 мм, Hо = 60 мм. Опишите технологию ее термической обработки.
Согласно межгосударственного стандарта пружины винтового цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения ГОСТ 13764-до диамета проволоки 5 мм рекомендутся применять сталь 51ХФА Сталь марки 51ХФА. Повышенная теплоустойчивость. Закаливается на твердость не более 53,5HRCэ. В результате высоких упругих и вязких свойств служит лучшим материалом для пружин I класса.
Пружины класса 1 работают на растяжение и сжатие.
Температура нагрева под закалку 850 градусов Цельсия, закалка в масле, после закалки отпуск 520 градусов Цельсия.
После термической обработки рекомендуется поверхностная обдувка пружин дробью.
Все пружины, закаливаемые на высокую твердость, в зависимости от уровня требований к стабильности размеров и сил, а также с целью контроля дефектов металла рекомендуется подвергать заневоливанию до соприкосновения витков, также копровой или стендовой отбивке.

Химический состав в % материала 51ХФА .
C Si Mn S P Cr V
0.47 – 0.55 0.15 – 0.3 0.3 – 0.6 до 0.025 до 0.025 0.75 – 1 0.15 – 0.25

6.Изложите свойства, особенности структуры и сущность технологии изготовления металлокерамических твердых сплавов. Приведите классификацию, маркировку по ГОСТ и область применения этих сплавов.
Марки, состав, свойства и способ изготовления металлокерамических твердых сплавов для режущего инструмента
В настоящее время для производства режущих инструментов широко используются твердые сплавы. Они состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, сцементированных небольшим количеством кобальта. Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью.
Инструменты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию сходящей стружкой и материалом заготовки и не теряют своих режущих свойств при температуре нагрева до 750-1100 °С.
Установлено что твердосплавным инструментом, имеющим в своем составе килограмм вольфрама, можно обработать 5 в раз больше материала, чем инструментом из быстрорежущей стали с тем же содержанием вольфрама.
Недостатком твердых сплавов, по сравнению с быстрорежущей сталью, является их повышенная хрупкость, которая возрастает с уменьшением содержания кобальта в сплаве. Скорости резания инструментами, оснащенными твердыми сплавами, в 3-4 раза превосходят скорости резания инструментами из быстрорежущей стали. Твердосплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей и таких неметаллических материалов, как стекло, фарфор и т. п.
Производство металлокерамических твердых сплавов относится к области порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта. Из этой смеси прессуют изделия требуемой формы и затем подвергают спеканию при температуре, близкой к температуре плавления кобальта. Так изготовляют пластинки твердого сплава различных размеров и форм, которыми оснащаются резцы, фрезы, сверла, зенкеры, развертки и др.
Пластинки твердого сплава крепят к державке или корпусу напайкой или механически при помощи винтов и прижимов. Наряд с этим в машиностроительной промышленности применяют мелкоразмерные, монолитные твердосплавные инструменты, состоящие из твердых сплавов. Их изготовляют из пластифицированных заготовок. В качестве пластификатора в порошок твердого сплава вводят парафин до 7-9 %. Из пластифицированных сплавов прессуют простые по форме заготовки, которые легко обрабатываются обычным режущим инструментом. После механической обработки заготовки спекают, а затем шлифуют и затачивают.
Из пластифицированного сплава заготовки монолитных инструментов могут быть получены путем мундштучного прессования. В этом случае спрессованные твердосплавные брикеты помещают в специальный контейнер с твердосплавным профилированным мундштуком. При продавливании через отверстие мундштука изделие принимает требуемую форму и подвергается спеканию. По такой технологии изготовляют мелкие сверла, зенкеры, развертки и т. п.Монолитный твердосплавный инструмент может также изготовляться из окончательно спеченных твердосплавных цилиндрических заготовок с последующим вышлифовыванием профиля алмазными кругами. В зависимости от химического состава металлокерамические твердые сплавы, применяемые для производства режущего инструмента, разделяются на три основные группы.
Сплавы первой группы изготовляют на основе карбидов вольфрама и кобальта. Они носят название вольфрамокобальтовых. Это сплавы группы ВК.
Ко второй группе относятся сплавы, получаемые на основе карбидов вольфрама и титана и связующего металла кобальта. Это двухкарбидные титано- вольфрамокобальтовые сплавы группы ТК. Третья группа сплавов состоит из карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Это трехкарбидные титано-танталовольфрамокобальтовые сплавы группы ТТК.
К однокарбидным сплавам группы ВК относятся сплавы: ВК3, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15. Эти сплавы состоят из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплавов цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, сплав ВК8содержит в своем составе 92% карбида вольфрама и 8% кобальта.
Рассматриваемые сплавы применяются для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. При выборе марки твердого сплава учитывают содержание кобальта, которое предопределяет его прочность. Из сплавов группы ВК сплавы ВК10, ВК15, ВК8 являются наиболее вязкими и прочными, хорошо противостоят ударам и вибрациям, а сплавы ВК2, ВКЗ обладают наиболее высокой износостойкостью и твердостью при малой вязкости, слабо сопротивляются ударам и вибрациям. Сплав ВК8 применяется для черновой обработки при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, а сплав ВК2- для чистовой отделочной обработки при непрерывном, резании с равномерным сечением среза. Для получистовых работ и черновой обработки с относительно равномерным сечением срезаемого слоя применяются сплавы ВК4, ВК6. Сплавы ВК10 и ВК15 находят применение при обработке резанием специальных труднообрабатываемых сталей.
Режущие свойства и качество твердосплавного инструмента определяются не только химическим составом сплава, но и его структурой, т. е. величиной зерна. С увеличением размера зерен карбида вольфрама прочность сплава возрастает, а износостойкость уменьшается, и наоборот.
В зависимости от размеров зерен карбидной фазы сплавы могут быть мелкозернистые, у которых не менее 50% зерен карбидных фаз имеют размер порядка 1 мкм, среднезернистые – с величиной зерна 1-2 мкм и крупнозернистые, у которых размер зерен колеблется от 2 до 5 мкм.
Для обозначения мелкозернистой структуры в конце марки сплава ставится буква М, а для крупнозернистой структуры – буква К. Буквы ОМ указывают на особо мелкозернистую структуру сплава. Буква В после цифры указывает на то, что изделия из твердого сплава спекаются в атмосфере водорода. Твердосплавные изделия одного и того же химического состава могут иметь различную структуру.
Получены особо мелкозернистые сплавы ВК6ОМ, В10ОМ, ВК150М. Сплав ВК6ОМ дает хорошие результаты при тонкой обработке жаропрочных и нержавеющих сталей, чугунов высокой твердости, алюминиевых сплавов. Сплав ВК10ОМ предназначен червовой и получерновой, а сплав ВК15ОМ – для особо тяжелых случаев обработки нержавеющих сталей, а также сплавов вольфрама, молибдена, титана и никеля.
Мелкозернистые сплавы, такие, как сплав ВК6М, используют для чистовой обработки при тонких сечениях среза стальных, чугунных, пластмассовых и других деталей. Из пластифицированных заготовок мелкозернистых сплавов ВК6М, ВК10М, ВК15М получают цельные инструменты. Крупнозернистые сплавы ВК4В, ВК8В, более прочные, чем обычные сплавы, применяют при резании с ударами для черновой обработки жаропрочных и нержавеющих сталей с большими сечениями среза.
При обработке сталей инструментами, оснащенными вольфрамокобальтовыми сплавами, в особенности при повышенных скоростях резания, происходит быстрое образование лунки на передней поверхности, приводящее к выкрашиванию режущей кромки сравнительно быстрому износу инструмента. Для обработки стальных заготовок применяют более износостойкие твердые сплавы группы ТК.
Сплавы группы ТК (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12) состоят из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. В марке сплава цифра после буквы К показывает процентное содержание кобальта, а после буквы Т – процентное содержание карбидов титана. Буква В в конце марки обозначает, что сплав имеет крупнозернистую структуру.
Сплавы группы ТТК состоят из зерен твердого раствора карбида титана, карбида тантала, карбида вольфрама и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. К сплавам группы ТТК относятся ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б, ТТ20К9. Сплав ТТ7К12 содержит 12% кобальта, 3% карбида тантала, 4% карбида титана и 81% карбида вольфрама. Введение в состав сплава карбидов тантала значительно повышает его прочность, но снижает красностойкость.
Сплав ТТ7К12 рекомендуется для тяжелых условий при обточке по корке и работе с ударами, а также для обработки специальных легированных сталей.Сплав ТТ8К6 применяют для чистовой и получистовой обработки чугуна, для непрерывной обработки с малыми сечениями среза стального литья, высокопрочных нержавеющих сталей, сплавов цветных металлов, некоторых марок титановых сплавов.
Все марки твердых сплавов разбиты по международной классификации (ИСО) на группы: К, М и Р. Сплавы группы К предназначены для обработки чугуна и цветных металлов, дающих стружку надлома. Сплавы группы М – для труднообрабатываемых материалов, сплавы группы Р – для обработки сталей.
С целью экономии дефицитного вольфрама разрабатываются безвольфрамовые металлокерамические твердые сплавы на основе карбидов,а также карбидонитридов переходных металлов, в первую очередь титана, ванадия, ниобия, тантала. Эти сплавы изготовляют на никелемолибденовой связке. Полученные твердые сплавы на основе карбидов по своим характеристикам примерно равноценны стандартным сплавам группы ТК.В настоящее время промышленностью освоены безвольфрамовые сплавы ТН-20, ТМ-3,КНТ-16 и др. Эти сплавы обладают высокой окалиностойкостью, низким коэффициентом трения, меньшим по сравнению с вольфрамсодержащими сплавами удельным весом, но имеют, как правило, более низкую прочность, склонность к разрушению при повышенных температурах. Изучение физико-механических и эксплуатационных свойств безвольфрамовых твердых сплавов показало, что они успешно могут быть использованы для чистовой и получистовой обработки конструкционных сталей и цветных сплавов, но значительно уступают сплавам группы ВК при обработке титановых и нержавеющих сталей.
Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик твердых сплавов является нанесение на режущую часть инструмента тонких износостойких покрытий на основе нитрида титана, карбида титана, нитрида молибдена, окиси алюминия. Толщина наносимого слоя покрытия колеблется от 0,005 до 0,2 мм. Опыты показывают, что тонкие износостойкие покрытия приводят к значительному росту стойкости инструмента.
Более высокой твердостью и красностойкостью, чем наплавочные твердые сплавы, обладают сплавы второй группы — металло – керамические или порошковые твердые сплавы.
Производство изделий из этих сплавов: пластинок для режущего инструмента, фильер для волочения проволоки, коронок для буровых машин, волочильных досок для калибровки стали, цветных металлов и т.п., относится к области порошковой металлургии.
Особенностью этого производства является то, что детали точного химического состава и готовых размеров, т.е. не требующие дополнительной обработки, изготовляют путем смешения, прессовки и последующего спекания металлических порошков.
В частности, пластинки твердых режущих сплавов получают путем прессовки порошков карбидов вольфрама, карбидов титана и кобальта под давлением в 5—7 тыс. атм в специальных стальных пресс-формах.
В процессе последующего спекания при температуре 1400—1600° эти пластинки приобретают необходимую прочность.
Исходными продуктами для получения металлокерамических твердых сплавов являются вольфрамовый ангидрид (WO3), сажа, двуокись титана (TO2) и окись кобальта (СO3О4).
В процессе производства получаются порошки карбидов вольфрама и титана и порошок кобальта, подвергаемые в дальнейшем смешению, прессованию и спеканию.
Рис.8 Схема изготовления металлокерамических твердых сплавов
Общая схема изготовления металлокерамических твердых сплавов представлена на рис. 8.
Пластинки твердых сплавов обладают твердостью 85Rа и более и красностойкостью до 1200°.
Они припаиваются к державке, изготовленной из углеродистой стали, и после заточки на специальных наждачных кругах применяются в качестве режущего инструмента.

Рис.9. Инструменты с напаянными пластинками из твердых сплавов (по ГОСТ2209-49)Виды некоторых инструментов с напаянными пластинками и разные фасонные изделия из твердых сплавов представлены на рис. 9 и 10.
Рис.10. Фасонные изделя из твердых сплавов
Металлокерамические твердые сплавы
Металлокерамические твердые сплавы являются наиболее высококачественным материалом для изготовления режущего инструмента в настоящее время. Современное скоростное резание металлов основано на применении этих сплавов.
При обработке металлов резанием осваиваются в настоящее время и минералокерамические сплавы, т.е. пластинки из корунда, алунда и других минеральных соединений после прессовки и обжига.
При чистовой обработке стали скорость резания при применении твердых сплавов доходит до 2000 м/мин.

Применение металлокерамических твердых сплавов приведено в таблице. Применение этих пластинок в отдельных случаях обеспечивает высокую производительность.
left0
7.Опишите технологию термической обработки деформируемых алюминиевых сплавов и их применение в машиностроении.
Деформируемые алюминиевые сплавы  разделяют на неупрочняемые термической обработкой и упрочняемые. Кнеупрочняемым алюминиевым сплавам относят сплавы марки АМц2, АМг2, АМгЗ, имеющие невысокую прочность и высокую пластичность; их применяют для изделий, получаемых глубокой вытяжкой, упрочняют холодной обработкой давлением (нагартовкой).
 
Наиболее распространены сплавы, упрочняемые термической обработкой. К ним относят дюралюминий марок Д1, Д16, Д3П, в состав которых входят алюминий, медь, магний и марганец. Основными видами термического упрочнения дюралюминия являются закалка и старение. Закалку проводят при 505—515° С с последующим охлаждением в холодной воде. Старение применяют как естественное, так и искусственное. При естественном старении сплав выдерживают в течение 4—5 сут, при искусственном — 0,8—2,0 ч; температура старения — не ниже 100—150°С; прочность после обработки σΒ = 490 МПа, 6=14%. Сплавы Д1 и Д16 применяют для изготовления деталей и элементов строительных конструкций, а также изделий для летательных аппаратов.
Авиаль (АВ, АВТ, АВТ1)—это деформируемый сплав, обладающий более высокой пластичностью, свариваемостью и коррозионной стойкостью, чем дюралюминиевые; подвергают закалке в воде при 515—525° С и старению: сплавы АВ и АВТ — естественному, сплав АВТ1 — искусственному при 160° С с выдержкой 12—18 ч. Применяют авиаль для производства листов, труб, лопастей винтов вертолетов и т. п.
Высокопрочные (σв=550-700 МПа) алюминиевые сплавы В95 и В96 имеют меньшую пластичность, чем дюралюминий. Термическая обработка этих сплавов заключается в закалке при 465—475° С с охлаждением в холодной или горячей воде и искусственном старении при 135—145° С в течение 14—16 ч. Применяют сплавы в самолетостроении для нагруженных конструкций, работающих длительное время при 100—200° С.
Ковочные алюминиевые сплавы марок АК1, АК6, АК8 подвергают закалке при 500—575° С с охлаждением в проточной воде и искусственному старению при 150—165° С с выдержкой 6—15 ч; прочность сплава σΒ = 380-460 МПа, относительное удлинение δ = 7-10%.
8.Опишите технологию получения отливок с кристаллизацией под давлением. Как выбираются технологические параметры процесса.

Литье под давлениемСуть процесса. Основные операции и область использования
Принцип процесса литья под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической пресс-формы расплавом и формировании отливки под действием давления пресс-поршня, перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом. В отличие от кокиля рабочие поверхности пресс-формы, контактирующие с отливкой, не имеют огнеупорного покрытия. Это приводит к необходимости кратковременного заполнения пресс-формы расплавом и действия на кристаллизующуюся отливку избыточного давления, в сотни раз превосходящего гравитационное. Современный процесс, реализуемый на специальных гидравлических машинах, обеспечивает получение oт не-скольких десятков до нескольких тысяч отливок разного назначения в час с высокими механическими свойствами, низкой шероховатостью поверхности и размерами, соответствующими или максимально приближенными к размерам готовой детали. Толщина стенки отливок может быть менее I ,0 мм, а масса – от нескольких граммов до десятков килограммов.
В зависимости от конструкции камеры прессования различают машины с холодной (рис. 11) и горячей (рис. 12) камерами прессования.

Рис.11. – Схема технологического процесса литья под давлением на машине с холодной камерой прессования: а – подача расплава в камеру прессования; б – запрессовка; в – раскрытие пресс-формы; г – выталкивание отливки; 1 – пресс-форма; 2 – пресс-поршень; 3 – камера прессования; 4 – стержень; 5 – толкатель

Рис. 12. – Схема технологического процесса литья под давлением на машине с горячей камерой прессования: а – заполнение камеры прессования расплавом; б – запрессовка; в – раскрытие пресс-формы и выталкивание отливки; 1 – камера прессования; 2 – заливочное отверстие; 3 – тигель с расплавом; 4 – обогреваемый канал; 5 – пресс-форма; 6 – пресс-поршень; 7 – отливка; 8 – толкатели
Основные операции технологического процесса зависят от конструктивного решения камер прессования.
На машинах с холодной камерой прессования после подготовки пресс-формы 1 (рис. 11, а) к очередному циклу, ее сборки и запирания с помощью запирающего механизма литейной машины в камеру прессования 3 подается доза расплава. Затем под действием пресс-поршня 2, перемещающегося в этой камере посредством механизма прессования, через каналы литниковой системы расплав заполняет рабочую полость пресс-формы (рис.11, б). После затвердевания и охлаждения отливки до определенной температуры извлекают стержни 4 и раскрывают пресс-форму (рис. 11, в), а затем механизмом выталкивания и толкателями 5 отливку удаляют из пресс-формы (рис. 11, г). Механизмы машины приходят в исходное состояние. Литники и заливы отделяются, от отливки, как правило, с помощью обрезного пресса, расположенного около литейной машины, либо механизмами пресс-формы. На этом рабочий цикл завершается.
На машинах с горячей камерой прессования особенность технологического процесса заключается в том, что камера прессования 1 (рис. 12, а) располагается в тигле 3 и сообщается с ним заливочным отверстием 2. Через это отверстие при исходном положении пресс-поршня 6 расплав самотеком поступает из тигля в камеру прессования. После перекрытия пресс-поршнем заливочного отверстия расплав по обогреваемому каналу 4 поступает в рабочую полость пресс-формы 5 (рис. 12, б). Рабочий цикл завершается после возврата пресс-поршня в исходное положение и слива остатков расплава из канала 4 в камеру прессования, раскрытия пресс-формы и удаления из нее отливки 7 толкателями 8 (рис. 12, в).
Таким образом, процесс литья под давлением реализуется только на специальных машинах, что обеспечивает возможность комплексной автоматизации технологического процесса, способствует существенному улучшению санитарно-гигиенических условий труда, уменьшению вредного воздействия литейного производства на окружающую среду.
Особенности формирования отливок и их качество. При литье под давлением основные показатели качества отливки – точность размеров, шероховатость поверхности, механические свойства, плотность и герметичность – определяются следующими особенностями ее формирования:
1. Кратковременность заполнения полости пресс-формы расплавом. Скорость поступления расплава в пресс-форму для разных отливок и сплавов колеблется от 0,3 до 140 м/с, продолжительность ее заполнения 0,02 – 0,3 с, а конечное давление на расплав может достигать 500 МПа. Это позволяет, несмотря на высокую скорость охлаждения расплава в форме, изготавливать весьма сложные корпусные отливки с толщиной стенки менее 1 мм из сплавов с низкой и даже близкой к нулю жидкотекучестью (таким свойством обладают, например, сплавы, находящиеся в твердожидком состоянии). Высокая кинетическая энергия движущегося расплава и давление, передаваемое на него в момент окончания заполнения формы, способствуют получению отливок с низкой шероховатостью поверхности.
2. Газонепроницаемость материала пресс-формы. Вентиляция рабочей по-лости происходит посредством специальных вентиляционных каналов. При высоких скоростях поступления расплава в полость пресс-формы воздух, а также газообразные продукты разложения смазочного материала, образующиеся при его взаимодействии с расплавом, не успевают полностью удалиться из пресс-формы за время заполнения ее расплавом. Они препятствуют заполнению пресс-формы и попадают в расплав, приводя к образованию неслитин, неспаев, раковин и газовоздушной пористости в отливках. Газовоздушная пористость приводит к уменьшению плотности отливок, снижению их герметичности и пластических свойств. Воздух, газы, продукты разложения смазочного материала, находящиеся в порах отливки под высоким давлением, затрудняют ее термическую обработку: при нагреве прочность отливки снижается, а давление газов в порах повышается, что вызывает коробление отливки, на ее поверхности появляются пузыри.
Для снижения газовоздушной пористости в отливках используют ряд технологических приемов, а также специальные способы литья под давлением .
3. Высокая интенсивность теплового взаимодействия между материалом отливки и пресс-формой, обусловленная ее высокими теплопроводностью и теплоемкостью, малым термическим сопротивлением слоя смазочного материала и продуктов его разложения, значительным давлением расплава и отливки на стенки пресс-формы, улучшающим контакт между ними. Это способствует получению мелкозернистой структуры, особенно в поверхностных слоях отливки, повышению ее прочности и высокой производительности процесса.
4. Передача в момент окончания заполнения металлом пресс-формы давления, развиваемого пресс-поршнем в камере прессования, на расплав в полости формы. Это улучшает питание отливки, способствует уменьшению усадочной пористости, сжатию газовоздушных включений. В результате воз-растают плотность, герметичность и механические свойства отливки. Однако эффективность действия подпрессовки ограничена, так как это давление на расплав в пресс-форме действует только до тех пор, пока питатель не затвердеет.
5. Использование металлической пресс-формы с точными размерами и низкой шероховатостью рабочих поверхностей. Это способствует получению высокоточных отливок по массе, геометрии и размерам. Высокая точность размеров отливок (классы 1 – 4 по ГОСТ 26645—85 (изм. № 1,1998)) позволяет уменьшить припуски на обработку до 0,3 – 0,8 мм, а в некоторых случаях полностью исключить обработку резанием. Остается только зачистка мест удаления питателей, соединительных каналов промывников и облоя. Коэффициент точности отливок по массе (КТМ) при литье под давлением достигает 0,95 – 0,98. Шероховатость поверхности отливок, полученных под давлением, зависит в основном от шероховатости поверхности пресс-формы и технологических режимов литья. Обычно эти отливки имеют шероховатость от Rz = 160 – 80 мкм (сплавы на основе меди) до Rz = 1,00 – 0,32 мкм (цинковые сплавы).
Эффективность производства отливок и область их применения. Учитывая опыт производства отливок под давлением, можно отметить следующие его преимущества:
1. Возможность изготовления отливок значительной площади с малой толщиной стенок (менее 1 мм).
2. Возможность повышения качества отливок: отливка получается с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности; практически не требует обработки резанием; механические свойства отливок получаются достаточно высокими.
3. Возможность многократного использования металлической пресс-формы. При этом сборка формы и извлечение из нее готовой отливки выполняются машиной, а процесс получения отливки является малооперационным. Указанные обстоятельства и высокая скорость затвердевания отливки в пресс-форме делают процесс литья под давлением одним из самых высокопроизводительных литейных процессов и создают предпосылки для полной автоматизации данного производства.
4. Значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда вследствие устранения из литейного цеха формовочных материалов, меньшее загрязнение окружающей среды.
Наряду с указанными преимуществами литье под давлением имеет и ряд недостатков, в том числе следующие:
1. Габаритные размеры и масса отливок ограниченны мощностью машины (усилием, развиваемым механизмом запирания).
2. Высокая стоимость пресс-формы, сложность и трудоемкость ее изго-товления, ограниченная стойкость, особенно при литье сплавов черных металлов и медных сплавов, что снижает эффективность процесса и ограничивает область его использования. Повышение стойкости пресс-форм является одной из важных проблем, особенно при литье сплавов, имеющих высокую температуру плавления. Удлинение срока службы пресс-форм повышает эффективность производства, позволяет расширить номенклатуру сплавов, из которых могут быть получены отливки под давлением.
3. Трудности изготовления отливок со сложными полостями, поднутрениями, карманами.
4. Наличие в отливках газовоздушной и усадочной пористости, которая снижает механические свойства материала отливок, их герметичность, ограничивает возможности изготовления отливок из сплавов, упрочняемых термической обработкой. Устранение газовоздушной и усадочной пористости отливок является одной из важных проблем, решение которой позволяет расширить область применения этого перспективного технологического процесса, повысить эффективность его использования.
5. Наличие напряжений в отливках при усадке из-за неподатливости пресс-формы также ограничивает номенклатуру сплавов, из которых могут быть изготовлены отливки данным способом.
С учетом преимуществ и недостатков способа литья под давлением определяется рациональная область его использования. Вследствие высокой стоимости пресс-форм, сложности оборудования, высокой производительности литье под давлением экономически целесообразно применять в массовом и крупносерийном производстве точных отливок с минимальными припусками на обработку резанием из алюминиевых, цинковых, магниевых и медных сплавов, а в некоторых случаях специальных сплавов и сталей.
Этот процесс с полным основанием может быть отнесен к малооперационным и практически безотходным технологиям, так как литники и облой подвергают переплавке, а отходы в стружку малы. Наивысшие экономические показатели достигаются при изготовлении отливок под давлением на машинах с горячей камерой прессования.

Основные характеристики процесса
При литье под давлением основными факторами, определяющими формирование отливки, являются давление в камере прессования и пресс-форме, скорости движения поршня и впуска жидкого металла в форму, параметры литниково-вентиляционной системы, температуры заливаемого металла и формы, режимы смазывания и охлаждения рабочей полости формы и камеры прессования.
Совокупность таких параметров, как давление в потоке металла, скорость движения металла, противодавление, возникающее вследствие затрудненного удаления воздуха и газообразных продуктов сгорания смазочного материала, образует гидродинамический режим формирования отливки. Температуры заливаемого сплава и формы, продолжительность заполнения и подпрессовки, а также темп работы определяют тепловой режим процесса.
От правильного выбора технологических режимов заполнения и подпрессовки, определяющих конструкцию пресс-формы, тип и мощность машины для литья под давлением, зависит качество отливок.
Гидродинамический режим формирования отливки.
Создает кинетику заполнения, газовый режим формы, характер распределения газовых включений в отливке и качество рельефа её поверхности. Давление в потоке металла возникает в результате сопротивления движению металла при прохождении его через тонкие сечения полости пресс-формы и обтекании стержней, при поворотах, сужениях и расширениях потока. В случае отсутствия сопротивления величина гидродинамического давления в потоке определяется противодавлением воздуха и газов, удаление которых затруднено из-за невозможности выполнения вентиляционных каналов большого сечения.
Чёткость оформления рельефа и шероховатость поверхности отливки зависят от кинетической энергии потока. В момент окончания его движения создается гидродинамическое давление на стенки пресс-формы:
Рф = pм Vф
где pм — плотность жидкого металла;
Vф — скорость потока в пресс-форме.
Высокая скорость впускаемого потока (скорость впуска) соответствует получению тонкостенных крупногабаритных отливок сложных очертаний. Высокие скорости впуска и потока в пресс-форме создаются в результате быстрого перемещения прессующего поршня. Для преодоления сопротивления затвердевающей массы металла в тонких сечениях оформляющей полости, а также сопротивления газов, остающихся в отливке, необходимо высокое гидростатическое давление. Оно передается от прессующего поршня через литниковый питающий канал. Чем позже затвердеет питатель, тем продолжительнее действие давления. Процесс передачи гидростатического давления в полость пресс-формы называется подпрессовкой. Использование утолщенных питателей позволяет осуществить подпрессовку и питание отливки жидким металлом в период кристаллизации и тем самым устранить усадочные раковины.
Максимальное усилие подпрессовки должно развиваться прессующим механизмом машины не в момент начала затвердевания отливки, а почти сразу после окончания заполнения пресс-формы.
Характер движения металла в оформляющей полости зависит от скорости выпуска, соотношения толщины питателя и отливки, вязкости и поверхностного натяжения заливаемого сплава, тепловых условий его взаимодействия со стенками пресс-формы. На основе скоростных киносъёмок процесса движения металла в прозрачной пресс-форме установлено, что при литье с малыми скоростями выпуска возможно заполнение даже ламинарным потоком, со средними скоростями – сплошное турбулентное заполнение. При высоких скоростях выпуска поток разбивается, заполнение становится дисперсным. Однако заполнение полости форм ламинарным, турбулентным или дисперсным потоком возможно лишь при получении образцов или отливки простой формы.
Большая часть отливок, используемых в машиностроении и приборостроении, имеет сложную конфигурацию с утолщениями, бобышками, приливами и переходами, поэтому даже дисперсное заполнение в чистом виде наблюдается редко. Реальное заполнение отливок сложной конфигурации – последовательное превращение дисперсного потока, образовавшегося в месте удара струи о стенку форы, в сплошной турбулентной подпор.
Таким образом, часть полости формы заполняется дисперсным потоком, а удаленные от питателя сечения полости заполняются сплошным турбулентным потоком. Соотношение дисперсных и турбулентных потоков зависит от скорости впуска, толщины отливки и сложности конфигурации, главным образом от числа поворотов в полости формы.
Тепловой режим процесса формирования отливки при литье под давлением.
Обеспечивает подвижность сплава как в период заполнения формы, так и в процессе подпрессовки. Он связан с высокой интенсивностью теплового взаимодействия жидкого металла со стенками массивной пресс-формы.
Процесс охлаждения металла можно разделить на 2 периода. 1 – охлаждение жидкого металла при движении его в литниковой системе и оформляющей жидкости. На этом этапе важно правильно выбрать продолжительность заполнения, чтобы предупредить образование неслитин, пористости и оксидных плен. 2 период – затвердевание металла после заполнения пресс-формы. На этом этапе необходимо создать условия направленного затвердевания металла отливки. Соблюдение принципов направленного затвердевания зависит от технологичности конструкции отливки, температуры заливаемого сплава и температуры пресс-формы.
Тепловой режим определяет не только качество отливок, но и стойкость формы. Одна из основных причин разрушения поверхностных слоёв матриц и пуансонов и появление на отливках так называемых следов разгара формы — это возникновение температурных напряжений во вкладыше. Долговечность пресс-формы, как показали результаты исследований В. Т. Рождественского, зависит от величины максимальных температурных напряжений и коэффициента линейного температурного расширения материала пресс-формы. Кроме того, она снижается из-за активного силового взаимодействия между охлаждающимся сплавом и нагревающимися рабочими частями формы.
Тепловой режим, определяющий условия формирования отливки, связан с высокой скоростью затвердевания жидкого металла, которая возрастает при охлаждении формы водой или терморегулирующей жидкостью. Терморегулирование рабочей полости пресс-формы необходимо для стабилизации и выравнивания тепловых условий в различных по толщине сечениях отливки.
Для обеспечения свариваемости отдельных потоков металла до его затвердевания с целью предупреждения неслитин, пористости и оксидных плен продолжительность заполнения не должна превышать доли секунды. При разработке теплового режима большое значение имеет расчет продолжительности заполнения формы. Как отмечалось выше, отливки сложной конфигурации заполняются последовательно дисперсно-турбулентным потоком. В этом случае продолжительность заполнения Тзап определяется при условии, что дисперсный характер движения соответствует первому периоду заполнения, а турбулентный — второму. По продолжительности заполнения, определенной на основании рассмотрения тепловых условий в форме, подсчитывают технологическую скорость прессования:
Vпр = mотл/(рм Fпр тзап)
где mотл — масса отливки;
Fпр — площадь поперечного сечения камеры прессования.
При создании благоприятных тепловых условий, обеспечивающих сохранение жидкотекучести металла в литниковых каналах и полости формы, особенно в наиболее тонких её сечениях, возможно осуществить подпрессовку. Наиболее эффективно она используется на машинах с горизонтальной камерой прессования. Подпрессовка в процессе кристаллизации сплава сжимает газовые включения, уменьшает усадочную пористость и улучшает структуру металла.
Эффективность подпрессовки зависит от продолжительности достижения максимального значения давления в процессе кристаллизации сплава. Чем меньше это время, тем выше её эффект. Современные гидравлические схемы машин литья под давлением позволяют добиться снижения времени подпрессовки до 0,016 с. На основании расчёта гидродинамического и теплового режимов процесса определяют параметры прессующего механизма машины литья под давлением. Машины для литья под давлением должны иметь механизм или систему подачи рабочей жидкости в прессующий цилиндр, обеспечивающую заданное конечное давление при подпрессовке. Чаще всего для этого используют мультиплицирующие механизмы, которые позволяют не только повысить давление, но и уменьшить пиковое давление гидравлического удара.
Раскрытие и закрытие пресс-формы осуществляются запирающим механизмом, который одновременно используется и для выталкивания отливки. В современных конструкциях машин литья под давлением применяют запирающие механизмы четырех типов: гидравлические, гидрорычажные, гидроклиновые и комбинированные (гидроклинорычажные).
Наиболее широко распространены гидрорычажные запирающие механизмы.
9.Изобразите схемы машин для центробежного литья с вертикальной и горизонтальной осями вращения. Опишите работу этих машин и область их применения. Определите число оборотов кокиля машины с горизонтальной осью вращения при отливке трубы из серого чугуна, наружный диаметр которой равен 160 мм, а внутренний 150 мм.
Центробежное  литье
применяют для изготовления HYPERLINK “http://www.markmet.ru/slovar/chugun” чугунных HYPERLINK “http://www.markmet.ru/slovar/truby” труб и других изделий, имеющих HYPERLINK “http://www.markmet.ru/slovar/forma” форму тел вращения.
При этом HYPERLINK “http://www.markmet.ru/slovar/sposob” способе центробежные силы оттесняют жидкий HYPERLINK “http://www.markmet.ru/slovar/splavy” сплав к внутренней HYPERLINK “http://www.markmet.ru/slovar/poverkhnost” поверхности формы, где он застывает ровным слоем. При затвердевании сплавов под действием центробежных сил они уплотняются, и их механические HYPERLINK “http://www.markmet.ru/slovar/svoistva” свойства улучшаются. Это объясняется тем, что все легкие HYPERLINK “http://www.markmet.ru/slovar/primesi” примеси в сплаве, а также газы оттесняются к внутренней поверхности отливки, как более легкие.
Вращение форм может быть по вертикальной или по горизонтальной оси. В зависимости от этого применяют два типа машин.
На рис. 20 показаны HYPERLINK “http://www.markmet.ru/slovar/skhemy” Схемы центробежных HYPERLINK “http://www.markmet.ru/slovar/mashina” машин с горизонтальной и вертикальной осью вращения. На горизонтальных центробежных машинах (рис. 13, а) отливают водопроводные и канализационные трубы и т. п. На машинах с вертикальной осью вращения (рис. 13, б) отливают детали с малой высотой и большого диаметра: колеса, шкивы, зубчатые колеса и т. п.

Рис. 13. Схемы машин для центробежного литья:
а — при  горизонтальной  оси  вращения,    б — при вертикальной   оси   вращения:     1 — вращающаяся форма. 2 – ковш. .3— сменный желоб, 4 — электродвигатель
 
Технологический параметр центробежного литья – частота или скорость вращения формы – число оборотов в минуту n=60ω2π.
Выбор скорости вращения формы. Одним из наиболее важных вопросов в центробежном литье является расчет необходимого числа оборотов формы. При недостаточной угловой скорости вращения форм нередко не удается получить отливку требуемой конфигурации, расплав плохо очищается от неметаллических включений. Чрезмерно высокая скорость вращения также может ухудшить качество отливок и условия работы машины. В результате роста давления расплава повышается вероятность образования в отливках трещин; пригара (в случае использования песчаных или футерованных форм); ликвации компонентов сплава по плотности. При высокой скорости вращения повышаются требования к точности деталей и узлов машин, выполнению статической и динамической балансировки вращающихся частей для уменьшения вибрации.
Поэтому при разработке технологического процесса и при конструировании машин следует стремиться к тому, чтобы обеспечить получение отливок требуемого качества при минимальной скорости вращения формы.
Расчетные зависимости для определения требуемого числа оборотов литейной формы наиболее полно разработаны для случая получения полых цилиндрических отливок. Наиболее известны зависимости, предложенные  Кэмменом и Л. С. Константиновым.
Формула Кэммена:
n=Cr(1)
где n;—число оборотов формы, об/мин; C—коэффициент, зависящий от типа сплава, для стали C= 1350, для серого чугуна и бронзы C==1675, для алюминия C=2250; r- радиус внутренней поверхности отливки, см.
Формула Л. С. Константинова:
n=5520yr (2)
где y -плотность сплава, г/см3; r — радиус внутренней поверхности отливки, см; 5520 — опытный числовой коэффициент.
Формула (5.8) получена из условия обеспечения минимальной величины эффективной плотности, необходимой для получения качественной отливки со свободной поверхностью. Опытный числовой коэффициент показывает, что эти условия создаются, если плотность вращающегося расплава на свободной поверхности достигает величины rц =340 г/см3.
Формулы (1) и (2) дают удовлетворительные результаты только в определенном диапазоне толщин стенок отливок, когда радиус наружной стенки отливки превышает радиус внутренней стенки не более чем в 2 раза, т. е. для относительно тонкостенных.отливок, когда радиус наружной стенки отливки превышает радиус внутренней стенки не более чем в 2 раза, т. е. для относительно тонкостенных, т.е для нашего случая, когда отношение внутреннего и наружного радиусов трубы равно
1, 06, эти формулы можно применять.
Тогда по формуле (1):
n=16757,5=611,3 1мин.
По формуле (2):
n=55207,8•7,5=7221мин..
Выбираем результат, полученный по формуле (2).

На странице представлен фрагмент работы. Его можно использовать, как базу для подготовки.

Заказать полное решение

Часть выполненной работы