Литье по выплавляемым моделям. Последовательность литья

Введение

1- поясните последовательность процессов при литье. Литье по выплавляемым моделям – это процесс, в котором для получения отливки применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, полученные по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Перед заливкой расплава модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием, растворением или испарением. Для удаления остатков модели и упрочнения формы ее нагревают до высоких температур. Прокалкой формы перед заливкой достигается практически полное исключение ее газотворности, улучшается заполняемость формы расплавом. Основные операции технологического процесса показаны на рисунке 1.
Модель или звено моделей 2 изготовляют в разъемной пресс-форме 1, рабочая полость которой имеет конфигурацию и размеры отливки с припусками на усадку модельного состава и материала отливки, а также обработку резанием (рисунок 1, а). Модель изготовляют из материалов, либо имеющих невысокую температуру плавления (воск, стеарин, парафин), либо способных растворяться (карбамид) или сгорать без образования твердых остатков (полистирол).
Готовые модели или звенья моделей собирают в блоки 3 (рисунок 1, б), имеющие модели элементов литниковой системы из того же материала, что и модель отливки. Блок моделей состоит из звеньев, центральная часть которых образует модели питателей и стояка. Модели чаши и нижней части стояка изготавливают отдельно и устанавливают в блок при его сборке.
Рисунок 1 – Последовательность изготовления многослойной оболочковой формы по выплавляемым моделям: а – запрессовка модельного состава в пресс-форму; б – сборка блока; в – нанесение на блок суспензии; г – посыпка огнеупорным зернистым материалом: д – сушка; е – удаление модели; ж – засыпка опорным .материалом; з – прокалка в печи; и – заливка формы расплавом; 1 – пресс-форма; 2 – модель; 3 – блок моделей отливок и литниковой системы; 4 – слой суспензии; 5 – огнеупорный зернистый материал; 6 – пары аммиака; 7 – горячая вода; 8 – опорный материал; 9 – печь; 10 – прокаленная форма; Q – подвод теплоты
Для получения оболочковых форм полученный блок моделей погружают в емкость с жидкой формовочной смесью – суспензией, состоящей из пылевидного огнеупорного материала, например, пылевидного кварца или электрокорунда и связующего (рисунок 1, в). В результате на поверхности модели образуется слой суспензии 4 толщиной менее 1 мм. Для упрочнения этого слоя и увеличения его толщины на него наносят слои огнеупорного зернистого материала 5 (мелкий кварцевый песок, электрокорунд, зернистый шамот) (рисунок 1, г). Операции нанесения суспензии и обсыпки повторяют до получения на модели оболочки требуемой толщины (3 – 10 слоев). При этом каждый слой покрытия высушивают на воздухе или в парах аммиака 6, что зависит от связующего (рисунок 1, д).
После сушки оболочковой формы модель удаляют из нее выплавлением, растворением, выжиганием или испарением. В качестве примера на рисунке 1 показано, как в процессе удаления выплавляемой модели в горячей воде 7 при температуре менее 100оС получают многослойную оболочковую форму (рисунок 1, е).
С целью упрочнения формы перед заливкой ее помещают в металлический контейнер и засыпают огнеупорным материалом 8 (кварцевым песком, мелким боем использованных оболочковых форм) (рисунок 1, ж).
2- Прокатка , волочение , прессованиеПроцессы обработки металлов давлением включают в себя прокатку, волочение, прессование, ковку, объемную и листовую штамповку.
Прокатка — процесс, при котором заготовка под действием сил трения втягивается в зазор между вращающимися валками и пластически деформируется ими. Основными видами прокатки являются продольная, поперечная и поперечно-винтовая.
Рисунок 2 – Схемы прокатки
При продольной прокатке (рис. 2, а) валки 1 вращаются в разные стороны; заготовка 2, получая поступательное движение, обжимается ими с уменьшением площади поперечного сечения и увеличением длины. Этим способом изготовляют около 90% всей катаной продукции — заготовки, сортовой прокат, листы, полосы и ленты.
При поперечной прокатке (рис. 2, б) валки 1 вращаются в одну сторону. Прокатываемая между ними заготовка 2, получая вращательное движение, деформируется в поперечном направлении. Этим способом получают, например, цилиндрические шестерни с накатанными зубьями, фасонные профили и другие изделия.
При поперечно-винтовой прокатке (рис. 2, в) валки 1 расположены под углом друг к другу и вращаются в одну сторону. Прокатываемая между ними заготовка 2, получая одновременно вращательное и поступательное движения, втягивается в зазор между валками и деформируется ими. Этот способ применяют в производстве бесшовных труб, когда заготовка прошивается прошивнем 3 на неподвижной оправке, и периодических профилей, т. е. профилей с меняющимся по длине сечением.
Волочение — процесс протягивания катаного или прессованного прутка (или трубы) через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемом волочильной матрицей. Волочение обеспечивает точные размеры по сечению, высокую чистоту поверхности, увеличивает прочность материала. Этим способом получают проволоку, тонкостенные трубы, фасонные профили и т. п.
Прессование — процесс выдавливания металла заготовки из замкнутой полости контейнера через матрицу, площадь отверстия которой меньше площади поперечного сечения исходной заготовки. Прессованием получают изделия с разнообразными формами поперечного сечения.
3- Кристаллическое строение металлов , типы кристаллических решётокВсе металлы являются кристаллическими телами, имеющими определенный тип кристаллической решетки, состоящей из малоподвижных положительно заряженных ионов, между которыми движутся свободные электроны (так называемый электронный газ). Такой тип структуры называется металлической связью.   
    Тип решетки определяется формой элементарного геометрического тела, многократное повторение которого по трем пространственным осям образует решетку данного кристаллического тела.
кубическая
(1 атом на ячейку)
а) объемно-центрированная кубическая (ОЦК)
(2 атома на ячейку)
б) гранецентрированная кубическая (ГЦК)
(4 атома на ячейку) 
в) гексагональная плотноупакованная (ГП)
(6 атомов на ячейку)
г)
Рисунок 3 – Основные типы кристаллических решеток металлов
    Металлы имеют относительно сложные типы кубических решеток - объемно центрированная (ОЦК) и гранецентрированная (ГЦК) кубические решетки.
    Основу ОЦК-решетки составляет элементарная кубическая ячейка (рис. 3,б), в которой положительно заряженные ионы металла находятся в вершинах куба, и еще один атом в центре его объема, т. е. на пересечении его диагоналей. Такой тип решетки в определенных диапазонах температур имеют железо, хром, ванадий, вольфрам, молибден и др. металлы.
    У ГЦК-решетки (рис. 3, в) элементарной ячейкой служит куб с центрированными гранями. Подобную решетку имеют железо, алюминий, медь, никель, свинец и др. металлы.
    Третьей распространенной разновидностью плотноупакованных решеток является гексагональная плотноупакованная (ГПУ, рис. 3, г). ГПУ-ячейка состоит из отстоящих друг от друга на параметр с параллельных центрированных гексагональных оснований. Три иона (атома) находятся на средней плоскости между основаниями.
    У гексагональных решеток отношение параметра с/а всегда больше единицы. Такую решетку имеют магний, цинк, кадмий, берилий, титан и др.
4- основные методы исследования микроструктуры металла. Макроструктурный анализ состоит в изучении структуры металлов и сплавов невооруженным глазом или с помощью луп, обладающих увеличением до 50 раз. Этот анализ проводят после шлифования и химического травления поверхности металла реактивами. При этом в поле зрения попадает относительно большая поверхность изучаемого металла. Макроструктурный анализ позволяет установить форму и расположение крупных зерен в литом металле, выявить трещины, усадочные пустоты, зональную ликвацию (неоднородность по химическому составу в объеме слитка).
Микроструктурный анализ состоит в изучении структуры металлов и сплавов с помощью световых микроскопов, обладающих увеличением от 50 до 2000 раз и более. Для микроструктурного анализа необходимо изготовить небольшой образец (микрошлиф), имеющий обычно форму цилиндра или призмы. Плоскую поверхность микрошлифа готовят более тщательно, чем при макрострук- турном анализе. После шлифовки и полировки поверхность подвергают химическому травлению специальными реактивами. Так, например, для углеродистых сталей и чугунов применяют спиртовой 2—4%-ный раствор азотной или пикриновой кислоты. В результате действия травителя происходит растворение металлических зерен и их пограничных слоев, причем эти слои растворяются более интенсивно. Это приводит к тому, что отражение вертикально падающих лучей света от поверхности зерен и их границ происходит под разными углами. Поэтому границы зерен выявляются в виде темных линий.
Кроме того, имеются различия в скоростях растворения отдельных фаз и структурных составляющих. После травления микрошлиф промывают в проточной воде, высушивают и размещают на предметном столике металлографического микроскопа. Перемещая столик микрометрическими винтами, можно детально изучить различные относительно малые участки поверхности металла. Чем больше увеличение микроскопа, тем выше локальность анализа.
5- магнитные методы неразрушающего контроля. Это вид неразрушающего контроля, основанный на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. При этом происходит регистрация магнитных полей рассеяния над дефектами или магнитных свойств контролируемого объекта.
Магнитные методы неразрушающего контроля применяют для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов в деталях и полуфабрикатах различной формы, изготовленных из ферромагнитных материалов.
В магнитный вид неразрушающего контроля входят методы: магнитопорошковый, феррозондовый, магнитографический и другие.
Магнитопорошковый метод основан на регистрации магнитных полей рассеяния над дефектами с использованием в качестве индикатора ферромагнитного порошка или суспензии.
Феррозондовый метод контроля основан на измерении напряженности магнитного поля, в том числе и магнитных, полей рассеяния, возникающих в зоне дефектов, феррозондами.
Магнитографический метод неразрушающего контроля заключается в намагничивании зоны контролируемого металла или сварного шва вместе с прижатым к его поверхности эластичным магнитоносителем (магнитной лентой). Фиксации на магнитоносителе возникающих в местах дефектов полей рассеяния и последующим воспроизведении полученной записи. Считывание магнитных отпечатков полей дефектов с магнитной ленты осуществляется в дефектоскопах.
С помощью магнитных методов неразрушающего контроля решают следующие задачи:
- Магнитопорошковый метод применяется для выявления поверхностных и под поверхностных (на глубине до 1,5 ... 2 мм) дефектов типа нарушения сплошности материала изделия: трещины, волосовины, расслоения, флокены, непровары стыковых сварных соединений, закатов и т.д. Используется для контроля изделий любых габаритных размеров и форм, если магнитные свойства материала изделия (относительная максимальная магнитная проницаемость не менее 40) позволяют намагничивать его до степени, достаточной для создания поля рассеяния дефекта, способного притянуть частицы ферромагнитного порошка. Магнитно-порошковый метод нашел широкое применение на заводах в промышленности, ремонтных предприятиях и эксплуатирующих подразделениях.
- Феррозондовый метод контроля применяется для выявления поверхностных и под поверхностных (глубиной до 10 мм) дефектов типа нарушения сплошности материала: волосовины, трещин, раковин, закатов, плен и т.п., а также для выявления дефектов типа нарушения сплошности сварных соединений и для контроля качества структуры и геометрических размеров изделий, используется для определения степени размагниченности изделий после магнитного контроля. Этот метод можно применять на изделиях любых размеров и форм, если отношение их длины к наибольшему размеру в поперечном направлении и их магнитные свойства дают возможность намагничивания до степени, достаточной для создания магнитного поля рассеяния дефекта, обнаруживаемого с помощью преобразователя.
- Магнитографическим методом контроля выявляют дефекты типа нарушения сплошности материала изделий, в основном для контроля сварных стыковых соединений из ферромагнитных материалов при их толщине от 1 до 18 мм.
Список использованной литературы: 1. Адаскин, А.М. Материаловедение (металлообработка): Учебное пособие / А.М. Адаскин. - М.: Академия, 2018. - 240 c.
2. Батышев, А.И. Материаловедение и технология материалов: Учебное пособие / А.И. Батышев, А.А. Смолькин. - М.: Инфра-М, 2012. - 288 c.
3. Бондаренко, Г.Г. Материаловедение: Учебник для бакалавров / Г.Г. Бондаренко, Т.А. Кабанова, В.В. Рыбалко. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 359 c.
4. Гадалов, В.Н. Материаловедение: Учебник / В.Н. Гадалов, Д.Н. Романенко, С.В. Сафонов. - М.: Инфра-М, 2017. - 336 c.
5. Дмитренко, В.П. Материаловедение в машиностроении: Учебное пособие / В.П. Дмитренко, Н.Б. Мануйлова. - М.: Инфра-М, 2017. - 560 c.