Заказать работу по материаловедению

 

Если у вас нету времени на материаловедение вы всегда можете попросить меня, вам нужно написать мне, и я вам помогу онлайн или в срок 1-3 дня всё зависит что там у вас за работа, вдруг она огромная! Чуть ниже размещён теоретический и практический материал, который вам поможет сделать работу если у вас много свободного времени и желания!

 

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Решение задач по материаловедению с примерами онлайн

 

Пример выполнения заказа 1.

Приведите схему кислородного конвертера и изложите принцип его работы. Опишите особенности процесса плавки стали, укажите основные достоинства и недостатки выплавки стали в конвертерах.

Кислородно-конвертерный процесс представляет собой один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путем продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом, подаваемым через фурму, которая вводится в металл сверху. Количество воздуха необходимого для переработки 1 т чугуна, составляет 350 кубометров.

Кислородный конвертер (рис. 1) представляет собой сосуд 1 грушевидной формы из стального листа, футерованный внутри основным кирпичом 2. Рабочее положение конвертера вертикальное. Кислород подастся в него под давлением 0,8... 1 МПа с помощью водо-охлаждаемой фурмы 3, вводимой в конвертер через горловину 4 и располагаемой над уровнем жидкого металла на расстоянии 0,3...0,8 м.

Конвертеры изготовляют емкостью 100...350 т жидкого чугуна. Общий расход технического кислорода на получение 1 т стали, составляет 50...60 м³.

Материалами для получения стали в кислородном конвертере служат жидкий передельный чугун и стальной лом. Для наводки шлака в конвертер добавляют железную руду и известь, а для его разжижения — боксит и плавиковый шпат.

Перед началом работы конвертер поворачивают на цапфах вокруг горизонтальной оси и с помощью завалочной машины загружают до 30 % металлолома, затем заливают жидкий чугун при температуре 1250... 1400 °С, возвращают конвертер в исходное вертикальное положение, вводят кислородную фурму, подают кислород и добавляют шлакообразующие материалы.

Изменение металла по ходу плавки показано (на рис. 2). При продувке происходит окисление углерода и других примесей как непосредственно кислородом дутья, так и оксидом железа FeO. Одновременно образуется активный шлак с необходимым содержанием СаО, благодаря чему происходит удаление серы и фосфора с образованием устойчивых соединений Р2О5- ЗСаО и CaS в шлаке.

В момент, когда содержание углерода достигает заданного для выплавляемой марки стали, подачу кислорода прекращают, конвертер поворачивают и выливают вначале сталь, а затем — шлак.

Для уменьшения содержания кислорода сталь при выпуске из конвертера раскисляют, т. е. вводят в нее элементы с большим, чем у железа, сродством к. кислороду (Si, Мn, А1). Взаимодействуя с оксидом железа FeO, они образуют нерастворимые оксиды МпО, SiО2, А1203, переходящие в шлак.

Производительность кислородного конвертера емкостью 300т достигает 400...500 т/ч, в то время как производительность мартеновских и электропечей не превышает 80 т/ч. Благодаря высокой производительности и малой металлоемкости кислородно-конвертерный способ становится основным способом производства стали.

Заказать работу по материаловедению

Рисунок. 1. Последовательность технологических операций плавки стали в конвертерных печах:

а - завалка лома, б - заливка чугуна, в - загрузка извести, г - продувка, д -выпуск стали, е - слив шлака, 1 - опорная станина, 2 - корпус конвертера, 3 - механизм поворота конвертера, 4 - выпускное отверстие для стали, 5 - водоохлаждасмая фурма для кислорода, 6 - завалочная машина для металлолома, 7 - ковш для чугуна

Процесс занимает главенствующую роль среди существующих способов массового производства стали. Такой успех кислородно-конвертерного способа заключается в возможности переработки чугуна практически любого состава, использованием металлолома от 10 до 30 %, возможность выплавки широкого сортамента сталей, включая легированные, высокой производительностью, малыми затратами на строительство, большой гибкостью и качеством продукции за небольшой промежуток времени.

При конверторном способе производства, благодаря тому, что окисление фосфора и серы идет одновременно имеется возможность остановить процесс на заданном содержании углерода и получить довольно широкую гамму углеродистых сталей при низком содержании серы и фосфора.

 

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Контрольная работа по материаловедению заказать

 

Кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой

Конвертер имеет грушевидную форму с концентрической горловиной. Это обеспечивает лучшие условия для ввода в полость конвертера кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна и завалки лома и шлакообразующих материалов. Кожух конвертера выполняют сварным из стальных листов толщиной от 20 до 100 мм. В центральной части конвертера крепят цапфы, соединяющиеся с устройством для наклона. Механизм поворота конвертера состоит из системы передач, связывающих цапфы с приводом. Конвертер может поворачиваться вокруг горизонтальной оси на З60° со скоростью от 0,01 до 2 об/мин. Для большегрузных конвертеров емкостью от 200 т применяют двухсторонний привод, например, четыре двигателя по два на каждую цапфу

Заказать работу по материаловедению

Рисунок 2. Конвертер емкостью 300 т с двухсторонним приводом механизма поворота

В шлемной части конвертера имеется летка для выпуска стали. Выпуск стали через летку исключает возможность попадания шлака в металл. Летка закрывается огнеупорной глиной, замешанной на воде.

Ход процесса. Процесс производства стали в кислородном конвертере состоит из следующих основных периодов: загрузки металлолома, заливки чугуна, продувки кислородом, загрузки шлакообразующих, слива стали и шлака.

Загрузка конвертера начинается с завалки стального лома. Лом загружают в наклоненный конвертер через горловину при помощи завалочных машин лоткового типа. Затем с помощью заливочных кранов заливают жидкий чугун, конвертер устанавливают в вертикальное положение, вводят фурму и включают подачу кислорода с чистотой не менее 99,5% О2. Одновременно с началом продувки загружают первую порцию шлакообразующих и железной руды (40 - 60 % от общего количества). Остальную часть сыпучих материалов подают в конвертер в процессе продувки одной или несколькими порциями, чаще всего 5 -7 минут после начала продувки.

На процесс рафинирования значительное влияние оказывают положение фурмы (расстояние от конца фурмы до поверхности ванны) и давление подаваемого кислорода. Обычно высота фурмы поддерживается в пределах 1,0 - 3,0 м, давление кислорода 0,9 - 1,4 МПа. Правильно организованный режим продувки обеспечивает хорошую циркуляцию металла и его перемешивание со шлаком. Последнее, в свою очередь, способствует повышению скорости окисления содержащихся в чугуне С, Si, Мn, Р.

 

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Помощь по материаловедению онлайн

 

Важным в технологии кислородно-конвертерного процесса является шлакообразование. Шлакообразование в значительной мерс определяет ход удаления фосфора, серы и других примесей, влияет на качество выплавляемой стали, выход годного и качество футеровки. Основная цель этой стадии плавки заключается в быстром формировании шлака с необходимыми свойствами (основностью, жидкоподвижностью и т. д.). Сложность выполнения этой задачи связана с высокой скоростью процесса (длительность продувки 14-24 минуты). Формирование шлака необходимой основности и заданными свойствами зависит от скорости растворения извести в шлаке. На скорость растворения извести в шлаке влияют такие факторы, как состав шлака, его окисленность, условия смачивания шлаком поверхности извести, перемешивание ванны, температурный режим, состав чугуна и т. д. Раннему формированию основного шлака способствует наличие первичной реакционной зоны (поверхность соприкосновения струи кислорода с металлом) с температурой до 2500°. В этой зоне известь подвергается одновременному воздействию высокой температуры и шлака с повышенным содержанием оксидов железа. Количество вводимой на плавку извести определяется расчетом и зависит от состава чугуна и содержания SiО2 руде, боксите, извести и др. Общий расход извести составляет 5 - 8 % от массы плавки, расход боксита 0,5 - 2,0 %, плавикового штампа 0,15 - 1,0 %. Основность конечного шлака должна быть не менее 2,5.

Окисление всех примесей чугуна начинается с самого начала продувки. При этом наиболее интенсивно в начале продувки окисляется кремний и марганец. Это объясняется высоким сродством этих элементов к кислороду при сравнительно низких температурах (1450 - 1500°С и менее).

Окисление углерода в кислородно-конвертерном процессе имеет важное значение, т. к. влияет на температурный режим плавки, процесс шлакообразования и рафинирования металла от фосфора, серы, газов и неметаллических включений.

Характерной особенностью кислородно-конвертерного производства является неравномерность окисления углерода как по объему ванны, так и в течение продувки.

С первых минут продувки одновременно с окислением углерода начинается процесс дефосфорации - удаление фосфора. Наиболее интенсивное удаление фосфора идет в первой половине продувки при сравнительно низкой температуры металла, высоком содержании в шлаке (FеO); основность шлака и его количество быстро увеличивается. Кислородно-конвертерный процесс позволяет получить < 0,02 % Р в готовой стали.

 

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Курсовая работа по материаловедению заказать готовую онлайн

 

Условия для удаления серы при кислородно-конвертерном процессе нельзя считать таким же благоприятным, как для удаления фосфора. Причина заключается в том, что шлак содержит значительное количество (FеO) и высокая основность шлака (> 2,5) достигается лишь во второй половине продувки. Степень десульфурации при кислородно-конвертерном процессе находится в пределах 30 - 50 % и содержание серы в готовой стали составляет 0,02 - 0,04 %.

По достижении заданного содержания углерода дутые отключают, фурму поднимают, конвертер наклоняют и металл через летку (для уменьшения перемешивания металла и шлака) выливают в ковш.

Полученный металл содержит повышенное содержание кислорода, поэтому заключительной операцией плавки является раскисление металла, которое проводят в сталераз-ливном ковше. Для этой цели одновременно со сливом стали по специальному поворотному желобу в ковш попадают раскислители и легирующие добавки.

Шлак из конвертера сливают через горловину в шлаковый ковш, установленный на шлаковозе под конвертером.

Течение кислородно-конвертерного процесса обусловливается температурным режимом и регулируется изменением количества дутья и введением в конвертер охладителей

- металлолома, железной руды, известняка. Температура металла при выпуске из конвертера около 1600°С.

Во время продувки чугуна в конвертере образуется значительное количество отходящих газов. Для использования тепла отходящих газов и отчистки их от пыли за каждым конвертером оборудованы котел-утилизатор и установка для очистки газов.

Управление конвертерным процессом осуществляется с помощью современных мощных компьютеров, в которые вводится информации об исходных материалах (состав и количество чугуна, лома, извести), а также о показателях процесса (количество и состав кислорода, отходящих газов, температура и т. п.).

 

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

РГР по материаловедению расчетно графическая работа

 

Кислородно-конвертерный процесс с донной продувкой

В середине 60-х годов опытами по вдуванию струи кислорода, окруженной слоем углеводородов, была показана возможность через днище без разрушения огнеупоров. В настоящее время в мире работают несколько десятков конвертеров с донной продувкой садкой до 250 т. Каждая десятая тонна конвертерной стали, выплавленной в мире, приходится на этот процесс.

Основное отличие конвертеров с донной продувкой от конвертеров с верхним дутьем заключается в том, что они имеют меньший удельный объем, т. е. объем приходящийся на тонну продуваемого чугуна. В днище устанавливают от 7 до 21 фурм в зависимости от емкости конвертера. Размещение фурм в днище может быть различным. Обычно их располагают в одной половине днища так, чтобы при наклоне конвертера они были выше уровня жидкого металла. Перед установкой конвертера в вертикальное положение через фурмы пускается дутье.

В условиях донной продувки улучшаются условия перемешивания ванны, увеличивается поверхность металл-зарождения и выделения пузырьков СО. Таким образом, скорость обезуглероживания при донной продувке выше по сравнению с верхней. Получение металла с содержанием углерода менее 0,05 % не представляет затруднений.

Условия удаления серы при донной продувке более благоприятны, чем при верхней. Это также связанно с меньшей окисленностью шлака и увеличением поверхности контакта газ - металл. Последнее обстоятельство способствует удалению части серы в газовую фазу в виде SО2.

Преимущества процесса с донной продувкой состоят в повышении выхода годного металла на 1 - 2 %, сокращении длительности продувки, ускорении плавления лома, меньшей высоте здания цеха и т. д. Это представляет определенный интерес, прежде всего, для возможной замены мартеновских печей без коренной реконструкции зданий мартеновских цехов.

 

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

Задачи по материаловедению с решением

 

Конвертерный процесс с комбинированной продувкой

Тщательный анализ преимуществ и недостатков способов выплавки стали в конвертерах с верхней и нижней продувкой привел к созданию процесса, в котором металл продувается сверху кислородом и снизу - кислородом в защитной рубашке или аргоном (азотом). Использование конвертера с комбинированной продувкой по сравнению с продувкой только сверху позволяет повысить выход металла, увеличить долю лома, снизить расход ферросплавов, уменьшить расход кислорода, повысить качество стали за счет снижения содержания газов при продувке инертным газом в конце операции.

Преимущества и недостатка получения стали в кислородном конвертере

Преимущества:

1) В кислородном конвертере можно останавливать процесс на заданном содержании углерода и получать сталь самых различных марок (за исключением высоколегированных).

2) Качество получаемой стали, которое определяется количеством наиболее вредных примесей - серы и фосфора - аналогично качеству мартеновской стали.

3) Коэффициент использования топлива, равный 70%, при конвертерном способе значительно больший по сравнению с другими способами, в виду чего отпадает необходимость наличия миксеров (хранилищ жидкого чугуна).

4) Основное преимущество конвертерного способа выплавки стали прежде всего связано с высокой производительностью. Производительность кислородного конвертера составляет 400 тонн стали в час, производительность мартеновской печи - 80 - 100 т/ч.

К недостаткам данного способа следует отнести:

1) большой угар металла (до 10%);

2) невозможность переработки только железного лома;

3) трудность в получении стали заданного химического состава;

4) невозможность получения высоколегированных сталей; (Кислородно-конвертерным способом выплавляют только углеродистые стали и некоторые марки низколегированных сталей. Это связано со скоротечностью процесса плавки, при которой нельзя эффективно произвести анализ проб стали.)

5) необходимость сооружения сложных дорогостоящих пылеочистительных установок, так как процесс плавки сопровождается выбросом большого количества вредной пыли. Объем выплавляемой в России кислородно-конвертерной стали составляет около 35 % от общего объема ее производства

 

 

Пример выполнения заказа 2.

По эскизу детали (рисунок 3) разработать эскизы элементов литейной формы, модельных плит, стержневого ящика и собранной литейной формы. Опишите последовательность изготовления формы одним из методов машинной формовки.

Исходные данные

Заказать работу по материаловедению

Заказать работу по материаловедению Заказать работу по материаловедению

Рисунок 3. Эскиз детали Материал детали - чугун СЧ-20

Разработка технологии изготовления литой заготовки

Применяем способ литья - литье в песчано-глинистые формы. Так как деталь имеет простую форму, согласно рекомендациям, принимаем класс точности отливки - 8-8, 4-5 ряд припусков. В соответствии с ГОСТ 26645-85 это означает, что отливка 8-го класса точности размеров, 8-го класса точности массы.

Оценка технологичности конструкции детали

Заданная деталь имеет небольшие размеры и простое устройство. Это позволяет выполнить ее цельнолитой. Внешнее очертание детали простое и не требует изменений. Замкнутые внутренние полости отсутствуют. Имеющееся сквозное ступенчатое отверстие, выполняется при помощи стержня, имеет достаточные выходы для знаковых частей и стержень надежно фиксируется в форме.

Минимальная толщина стенки 10 мм. Эта толщина вполне обеспечивает благополучное заполнение формы жидким металлом.

Разработка модельно - литейных указаний

Определение положения отливки в форме

Для данной конструкции детали наиболее целесообразно принять положение отливки в форме, как показано на рисунке 4.

Заказать работу по материаловедению
Рисунок 4. Положение отливки в форме

При этом варианте цилиндрическая часть отливки будет расположена вертикально, вся отливка располагается в одной нижней полуформе, легко устанавливается стержень.

Определение данных для модельно-литейных указаний и чертежа отливки

Назначаем припуски на механическую обработку, допускаемые отклонения на размеры отливки, припуски на усадку. Допуски на размеры отливки, припуски на механическую обработку выбраны по ГОСТ 26645-85 по 8-му классу точности размеров и 4-му ряду припусков на механическую обработку и литья в песчаные формы отливок, максимальный размер которых менее 630 мм.

Припуски назначаются на поверхности, подвергаемые механической обработке, и отмеченные на чертеже значком Заказать работу по материаловедению. Значение линейной усадки металла принимаем 1,0%. Результаты определения размеров отливки, модели, стержня сведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты определения размеров отливки, модели, стержня

Заказать работу по материаловедению

Формовочные уклоны и галтели

Формовочные уклоны на моделях выполняются согласно ГОСТ 3212 -80.

Для размера модели 24 мм - уклон 3°03'. Для размера деревянной модели 83,8 мм уклон 1°03'. Этот уклон выполняется в сторону увеличения размера отливки. Определение радиуса закругления (галтели) у фланца

Толщина сопрягаемых стенок а=20мм, b= 10 мм. При этом радиус галтели засчитываем по соотношению:

Заказать работу по материаловедениюЗаказать работу по материаловедению

Принимаем радиус галтелей из стандартного ряда. По ГОСТ 2716-44 R= 5,0 мм.

Определение количества стержней, стержневых знаков и их конфигурации

Имеющаяся внутренняя полость отливки может быть выполнена при помощи одного стержня, по положению в форме он будет вертикальным. Он должен иметь два знака - нижний и верхний. Размеры и уклоны знаковых частей стержней определяем по ГОСТ 3606-80.

Размеры D = 46 мм, D = 69,2 мм и L = 107,8 мм являются исходными для выбора высоты знака.

В соответствии с ГОСТ3606-80 Заказать работу по материаловедению = 35 мм. Формовочный уклон знака составит Заказать работу по материаловедениюЗаказать работу по материаловедению.

Боковой зазор между знаком формы и стержнем для модельного комплекта II класса точности из дерева согласно рекомендациям Заказать работу по материаловедению = 0,8мм.

Высоту верхнего знака стержня принимаем равной 0,5 высоты нижнего знака, то есть Заказать работу по материаловедению = 17 мм.

Боковой зазор на сторону у этого знака Заказать работу по материаловедению = 0,6мм; Заказать работу по материаловедению = 1,5 S =0,9 мм;

Зазор по высоте согласно этой же таблице Заказать работу по материаловедению = 0,9 мм.

Формовочный уклон знака Заказать работу по материаловедению=10°.

Таким образом, высота нижнего знака модели равна 35 мм, верхнего знака модели 17,0 + 0,9= 17,9 мм.

Эскиз стержня с расчетными размерами показан на рис. 5

Заказать работу по материаловедению

Рисунок 5 эскиз стержня

Эскиз стержневого ящика представим на рисунке 6.

На основании расчетов и данных, выбранных по таблицам, выполняем эскиз втулки с модельно-литейными указаниями (рис.7) и на его основе составляем эскиз отливки, который изображен на рис. 8.

Заказать работу по материаловедению

Рисунок 6. Эскиз стержневого ящика

Заказать работу по материаловедению

Рисунок 7. Втулка с модельно-линейными указаниями

Заказать работу по материаловедению

Рисунок 8. Эскиз отливки

Заказать работу по материаловедению

Рисунок 9. Эскиз модели

Модельные плиты представим на рисунке 10

Заказать работу по материаловедению

Рисунок 10. Модельные плиты: а - верхняя, б - нижняя

Расчет элементов литниковой системы.

Для расчета литниковой системы необходимо определить массу жидкого металла, заливаемого в форму.

Объем полости формы определяем по размеру модели и стержня. Для упрощения расчета принимаем, что полость формы состоит из двух пустотелых цилиндров. На рис. 11 дан упрощенный эскиз полости формы

Заказать работу по материаловедению

Рисунок 11. Определение объема

Заказать работу по материаловедению

где Заказать работу по материаловедению - общий объем полости формы; Заказать работу по материаловедению - объемы пустотелых цилиндров.

Объем первого пустотелого цилиндра

Заказать работу по материаловедению.

Объем второго пустотелого цилиндра

Заказать работу по материаловедению.

Объем третьего пустотелого цилиндра

Заказать работу по материаловедению

Таким образом,

Заказать работу по материаловедению.

Принимая удельную массу жидкой стали 7,8 г/см³, вычисляем массу жидкого металла в форме:

717,11•7,8 = 5,6 кг.

Определим суммарное сечение питателей:

Заказать работу по материаловедению

где G1 - масса заливаемого в форму металла, кг; Заказать работу по материаловедению - коэффициент рас-хода (общее гидравлическое сопротивление формы движущемуся рас-плаву); Заказать работу по материаловедению - объемная масса жидкого металла, г/см³; Заказать работу по материаловедению - ускорение свободного падения (980 см/с²); Заказать работу по материаловедению - расчетный напор, см.

Заказать работу по материаловедению

Согласно рекомендациям, принимаем количество питателей: 1

Руководствуясь ориентировочными соотношениями частей литниковой системы

Заказать работу по материаловедению

Площадь поперечного сечения стояка

Заказать работу по материаловедению

Площадь поперечного сечения шлакоуловителя,

Заказать работу по материаловедению

Определим диаметры элементов литниковой системы.

Площадь поперечного сечения питателя принимаем трапециевидной формы.

Параметры питателя: а=15мм; b=20мм; h=16мм

Площадь поперечного сечения шлакоуловителя принимаем трапециевидной формы. Принимаем параметры шлакоуловителя. Так как площадь поперечного сечения шлакоуловителя равна 3,36см², тогда

Заказать работу по материаловедению

а=18мм; b=22мм; h=17мм

Принимаем поперечное сечение стояка - круглое.

Определим диаметр стояка в нижнем сечении

Заказать работу по материаловедению

Диаметр верхнего сечения стояка:

Заказать работу по материаловедению

Принимаем 30мм.

 

Возможно, вас также заинтересует эта ссылка:

 

Выбор размеров опок, составление эскиза формы

Для изготовления формы выбираем опоки прямоугольного сечения. На рис. 12 показана схема расположения отливки в форме, где L - длина, В - ширина опоки.

Определяем длину опоки. Согласно рекомендациям [1] Заказать работу по материаловедению =30 мм; Заказать работу по материаловедению =141,4 мм; Заказать работу по материаловедению =30 мм; Заказать работу по материаловедению =50 мм; Заказать работу по материаловедению=60мм.

L=30+141,4+30+30 =231,4 мм.

Ширина опоки В = d+2a= 141,4 +2•30 = 201,4 мм.

Выбираем стандартные длину и ширину: L= 300 мм, В= 250 мм.

Высота нижней опоки Заказать работу по материаловедению= 142,8 + b= 142,8+60=202,8 мм.

Высота верхней опоки Заказать работу по материаловедению = 17,9 + 50 = 67,9 мм.

Ближайшая стандартная высота 75 мм. Согласно ГОСТ 2133-75 принимаем нижнюю опоку высотой 250 мм, но для этой высоты опока должна быть длиной не менее 500мм

Таким образом, для производства литой заготовки - втулка должны быть использованы опоки следующих стандартных размеров: верхняя опока 500x250x75 мм и нижняя опока 500x250x250 мм.

Процесс изготовления форм в парных опоках на машинах идет следующим образом.

Формовочная смесь транспортным средством (ленточным конвейером, электротельфером с бадьей) подастся в бункер, установленный над машиной.

Пустые верхние и нижние опоки с места выбивки форм подаются к машинам по рольгангам. Как правило, нижнюю полуформу изготовляют на одной машине, а верхнюю на другой. На модель с модельной плитой, закрепленную на столе машины, устанавливают опоку. С помощью дозатора опоку заполняют смесью из бункера. Смесь уплотняют. Готовую полуформу снимают с машины и подают на приемное устройство (рольганг), где полуформу отделывают (устраняют дефекты, делают вентиляционные каналы, наносят покрытие) и транспортируют на сборку.

Если форма должна быть высушена, то ее помещают в сушило, после остывания отправляют на сборку.

В массовом производстве легких отливок иногда применяют безопочную формовку, а точнее безопочную заливку, т.к. формовку осуществляют в специальных опоках, которые после изготовления формы снимают. Способ позволяет значительно сократить парк опок и облегчить выбивку отливок.

Заказать работу по материаловедению

 

Заказать работу по материаловедению

Рисунок 12. Эскиз формы

 

 

Пример выполнения заказа 3.

Изложите технологическую последовательность изготовления отливок по выплавляемым моделям. Отметьте, какие технологические особенности процесса обеспечивают высокую точность размеров и высокий класс шероховатости поверхностей отливок.

Литьем по выплавляемым моделям называется способ получения литых деталей по разовым (выплавляемым, выжигаемым или растворяемым) моделям в многослойных неразъемных огнеупорных формах, подвергнутых прокаливанию и заливаемых в горячем или охлажденном состоянии.

Последовательность подготовительных и основных производственных операций при различных вариантах современного промышленного процесса литья по выплавляемым моделям представлена на схеме рис. 13. Сущность наиболее распространенного варианта процесса состоит в следующем.

Заказать работу по материаловедению
Рисунок 13. Схема технологического процесса изготовления отливок по

выплавляемым моделям в условиях крупносерийного и массового производства

В специальной, преимущественно металлической пресс-форме изготовляют модели будущих отливок. Для изготовления моделей используют воскообразные сплавы, в состав которых могут входить парафин, церезин, синтетические полиэтиленовые воски, торфяной, буроугольный воск и другие воскоподобные материалы; реже применяют модели из компактного или вспененного полистирола (выжигаемые) или из карбамида с добавкой поливинилового спирта, калийной селитры и других солей (растворяемые в воде). Воскообразные модельные составы запрессовывают в полость пресс-формы в жидком или полужидком (пастообразном) состоянии; модели из полистирола или пенополистирола изготовляют на специальных машинах запрессовкой размягченного нагревом материала под высоким давлением; модели из составов на основе карбамида ввиду небольшой усадки этого материала можно получать свободной заливкой расплава.

Размеры рабочих полостей пресс-форм выполняют с учетом литейной усадки, в которой учитывают усадку модельного состава, расширение керамики формы при прокаливании и усадку самого литейного сплава. В зависимости от масштабов производства и размеров получаемых моделей их изготовляют в многоместных или одноместных пресс-формах заодно с питателями или другими элементами литниковых систем. На рис. 5, а, показана запрессовка модельного состава в четырехместную пресс-форму 1. Полученное в ней звено 2 состоит из четырех моделей, объединенных общим элементом литниковой системы, представляющим собой часть цилиндрического стояка.

Модели отливок собирают в блок, соединяя их с моделью литниковой системы, сделанной также из модельного состава. В условиях массового производства обычно применяют высокопроизводительный метод механического соединения звеньев в блок (рис. 5, б) нанизыванием на металлический стояк-каркас и скреплением их пружинным прижимным устройством в верхней части стояка. На стояк с рукояткой 3 и опорным фланцем 4 сначала надевают модель литниковой воронки 5, затем нанизывают звенья 2 моделей 4 и скрепляют пружинным прижимным устройством 6 с гайкой 7, после чего на нее навинчивают или напаивают колпачок 8 из модельного состава. Широко используют в различных условиях производства сборки моделей в блоки припаиванием. В ряде случаев, при сборке сложных блоков применяют специальные кондукторы, в которых модели деталей и литниковой системы соединяют заливкой расплавленного модельного состава.

Отсутствие разъема формы, использование для изготовления моделей материалов, позволяющих не разбирать форму для их удаления, высокая огнеупорность материалов формы, а также нагрев ее до высоких температур перед заливкой способствуют улучшению заполняемости, дает возможность получать отливки сложнейшей конфигурации, максимально приближенной или соответствующей конфигурации готовой детали, из практически всех известных сплавов. Достигаемый коэффициент точности отливок по массе (КТМ = 0,85 - 0,95) способствует резкому сокращению объемов обработки резанием и отходов металла в стружку. Точность отливок может соответствовать классам точности 2 - 5 по ГОСТ 26645—85 (изм. № 1,1989), припуски на обработку резанием для отливок размером до 50 мм обычно не превышают 1 мм, а для отливок размером до 500 мм - около 3 мм. Поэтому литье по выплавляемым моделям относится к прогрессивным материало- и трудосберегающим технологическим процессам обработки металлов.

Особенности формирования отливок и их качество. Получение отливок в оболочковой форме сопряжено с рядом особенностей, в частности, перед заливкой форму нагревают до сравнительно высоких температур. Это определяет следующие технологические моменты.

Небольшие теплопроводность, теплоемкость и плотность материалов оболочковой формы и повышенная температура формы снижают скорость отвода теплоты от расплава, что способствует улучшению заполняемости формы. Благодаря этому возможно получение сложных стальных отливок с толщиной стенки 0,8 - 2 мм со значительной площадью поверхности. Улучшению заполняемости формы способствуют также и малая шероховатость ее стенок, возможность использования внешних воздействий на расплав, таких, как поле центробежных или электромагнитных сил, заливка с использованием вакуума и др.

Невысокая интенсивность охлаждения расплава в нагретой оболочковой форме приводит к снижению скорости затвердевания отливок, укрупнению кристаллического строения, возможности появления в центральной части массивных узлов и толстых (6-8 мм) стенок усадочных дефектов - раковин и пористости. Тонкие же стенки (1,5-3 мм) затвердевают достаточно быстро, и осевая пористость в них не образуется. Для уменьшения усадочных дефектов необходимо создавать условия для направленного затвердевания и питания отливок. Для улучшения кристаллического строения отливок используют термическую обработку.

Повышенная температура формы при заливке способствует развитию на поверхности контакта отливки с формой физико-химических процессов, результатом которых может быть как желательное изменение структуры поверхностного слоя отливки, так и нежелательное, т. е. приводящее к появлению дефектов поверхности.

Например, на отливках из углеродистых сталей характерным дефектом является окисленный и обезуглероженный поверхностный слой глубиной до 0,5 мм. Причина окисления и обезуглероживания отливок заключается во взаимодействии кислорода воздуха с металлом отливки при ее затвердевании и охлаждении. Основные факторы, влияющие на процесс обезуглероживания, - это состав газовой среды, окружающей отливку, температура отливки и формы, содержание углерода в отливке.

С увеличением содержания в окружающей отливку среде газов-окислителей (О2, СО2 и паров Н2О) при высоких температурах отливки и формы процессы обезуглероживания интенсифицируются. Поэтому небольшая скорость охлаждения отливки в нагретой оболочковой форме способствует увеличению глубины обезуглероженного слоя. Увеличение содержания углерода в стали повышает интенсивность обезуглероживания поверхностного слоя отливки. Для уменьшения глубины обезуглероженного слоя используют специальные технологические приемы, основанные на предотвращении или уменьшении контакта кислорода воздуха с затвердевающей отливкой, на создании вокруг отливки восстановительной газовой среды и на быстром охлаждении, т.е. сокращении длительности реакции. На отливках из легированных сталей следствием физико-химического взаимодействия материалов формы и отливки при высоких температурах появляются точечные дефекты (питтинги), приводящие к снижению коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочности отливок и их браку.

Предупредить появление этого дефекта можно созданием восстановительной газовой среды в форме; проведением заливки форм в вакууме, в нейтральной или защитной среде; уменьшением или устранением взаимодействия оксидов отливки и формы; заменой ее огнеупорного материала, например, кремнезема, основными огнеупорами (магнезитовыми, хромомагнезитовыми).

Наконец, стремление получить отливки с чистой гладкой поверхностью вызывает необходимость использования огнеупорных материалов с малыми размерами зерна основной фракции (менее 0,03 мм). Это снижает газопроницаемость оболочковой формы, создает опасность образования воздушных «мешков» в форме при ее заполнении, приводит к снижению заполняемость формы и образованию дефектов отливок из-за незаполнения форм. Эффективность производства и область применения. Исходя из производственного опыта, можно выделить следующие преимущества способа литья в оболочковые формы по выплавляемым моделям:

1. возможность изготовления из практически любых сплавов отливок сложной конфигурации, тонкостенных, с малой шероховатостью поверхности, высоким коэффициентом точности по массе, минимальными припусками на обработку резанием, с резким сокращением отходов металла в стружку;

2. возможность создания сложных конструкций, объединяющих несколько деталей в один узел, что упрощает технологию изготовления машин и приборов;

3. возможность экономически выгодного осуществления процесса в единичном (опытном) и серийном производствах, что важно при создании новых машин и приборов;

4. уменьшение расхода формовочных материалов для изготовления отливок, снижение материалоемкости производства;

5. улучшение условий труда и уменьшение вредного воздействия литейного процесса на окружающую среду.

Наряду с преимуществами данный способ обладает и следующими недостатками:

1. процесс изготовления литейной формы является многооперационным, трудоемким и длительным;

2. большое число технологических факторов, влияющих на качество формы и отливки, и соответственно связанная с этим сложность управления их качеством;

3. большая номенклатура материалов, используемых для получения формы (материалы для моделей, суспензии, обсыпки блоков, опорные материалы);

4. сложность манипуляторных операций изготовления моделей и форм, сложность автоматизации этих операций;

5. повышенный расход металла на литники и поэтому невысокий технологический выход годного (ТВГ).

Указанные преимущества и недостатки определяют эффективную область использования литья в оболочковые формы по выплавляемым моделям, а именно:

1. изготовление отливок, максимально приближающихся по конфигурации к готовой детали, с целью снизить трудоемкость обработки труднообрабатываемых металлов и сплавов резанием, сократить использование обработки давлением труднодеформируемых металлов и сплавов, заменить трудоемкие операции сварки или пайки для повышения жесткости, герметичности, надежности конструкций деталей и узлов;

2. изготовление тонкостенных крупногабаритных отливок повышенной точности с целью уменьшить массу конструкции при повышении ее прочности, герметичности и других эксплуатационных свойств;

3. изготовление отливок повышенной точности из сплавов с особыми свойствами и структурой.

Производство отливок по выплавляемым моделям находит широкое применение в разных отраслях машиностроения и в приборостроении. Использование литья в оболочковые формы для получения заготовок деталей машин взамен изготовления их из кованых заготовок или проката приводит к снижению в среднем на 34 - 90% отходов металла в стружку. При этом трудоемкость обработки резанием уменьшается на 25 - 85%, а себестоимость изготовления деталей - на 20 - 80%. Однако следует учитывать, что экономическая эффективность существенно зависит от выбора номенклатуры отливок, изготавливаемых этим способом. Только при правильном выборе номенклатуры деталей достигается высокая экономическая эффективность данного производства.