ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

Тихоокеанский Государственный университет

Утверждаю

Проректор по учебной работе

С.В. Шалобанов

«_» ноября 2006г.

ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

по кафедре « Литейное производство и технология металлов»

ТЕОРИЯ ЛИТЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Утверждена научно-методическим советом университета для направления подготовки (специальностей) в области металлургии, машиностроения и материалообработки Хабаровск 2006 г.

Программа разработана в соответствии с требованиями государственного стандарта, предъявляемыми к минимуму содержания дисциплины и в соответствии с примерной программой дисциплины, утвержденной департаментом образовательных программ и стандартов профессионального образования с учетом особенностей регионов и условий организации учебного процесса Тихоокеанского государственного университета.

Программу составил Зав. кафедрой «ЛП и ТМ», Ри Хосен профессор, д.т.н.

Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры протокол № _ от 2006 г.

Зав. кафедрой _ «» 2006 г. Ри Хосен Программа рассмотрена и утверждена на заседании УМКС и рекомендована к изданию.

Протокол № от «_» 2006 г.

Председатель УМКС «» 2006 г. доцент Мащенко А.Ф.

Директор института ИИТ _ «» 2006 г. профессор Клепиков С.И.

1. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Цели и задачи изучаемой дисциплины Дисциплина «Теория литейных процессов» является одной из завершающих в формировании специалиста литейщика-металлурга.

Организатор литейного производства черных и цветных сплавов в условиях рынка должен иметь хорошие знания в области теории литейных процессов, основные положения которой излагаются в данной дисциплине.

Цель изучения дисциплины «Теория литейных процессов» - дать систему теоретических знаний и практических навыков по организации литейного производства черных и цветных сплавов с позиций фундаментальных наук, дать будущим инженерам-литейщикам глубокие знания по процессам получения отливки от момента начала плавки металла до поступления затвердевающей отливки на обрубочно-очистные операции.

Таким образом, курс «Теория литейных процессов» закладывает основу специальных знаний по производству литых изделий, предусматривает изучение наиболее общих закономерностей формирования отливок в литейной форме.

Задачи изучения дисциплины «Теория литейных процессов» сформировать знания об основных физических и химических явлениях, происходящих при плавке металлов, при течении металлических расплавов, при затвердевании и охлаждении отливок. Дать представления о причинах возникновения различных дефектов в отливках.

Научить рациональным способам повышения качества отливок.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате освоения дисциплины «Теория литейных процессов» студент должен знать:

- основные понятия и терминологии, касающиеся формирования литых заготовок;

- структуру и свойства жидких металлов и их сплавов;

- основы теории заполнения литейных форм;

- теоретические основы кристаллизации сплавов, тепловые условия затвердевания отливок;

- литейные свойства металлов и сплавов.

Будущий специалист-литейщик должен уметь:

- овладеть основными навыками приготовления металлических расплавов;

- уметь оценить качество отливок.

Иметь представление:

- о теории формирования отливки (кристаллизация, тепловая теория затвердевания);

- об основных принципах повышения качества отливок;

- об устранении дефектов в отливках.

1.3. Объем дисциплины и виды учебной работы Таблица 1 – Объем дисциплины и виды учебной работы Общая трудоемкость дисциплины Вид итогового контроля самостоятельной работы без отчетностей Тема 1. Общие сведения о литейных процессах Введение.

Литейное производство как отрасль машиностроения.

Основные технологические процессы литейного производства. Теоретические основы литейных процессов как научная дисциплина. История развития дисциплины, вклад советских ученых в становление литейного производства.

Материалы литейного производства, их природные ресурсы. Общая классификация литейных сплавов, требования к ним, области применения, объемы производства. Легирующие элементы, ферросплавы, модификаторы и лигатуры.

Тема 2. Общая характеристика металлургических (литейных) расплавов Строение жидких металлов и сплавов, их основные модели. Особенности жидкого состояния. Структура жидких металлов по данным дифракционных исследований.

Тема 3. Структурно-чувствительные свойства металлических расплавов Структурно-чувствительные свойства металлических расплавов. Вязкость, плотность жидких металлов и их аналитические выражения. Поверхностное натяжение жидких металлов. Электросопротивление жидких металлов. Связь между физическими свойствами расплавов, служебными и литейным характеристиками материалов (чугунов и алюминиевых сплавов). Влияние перегрева на свойства сплавов в жидком и твердом состояниях.

Тема 4. Общие закономерности взаимодействия металлических расплавов с газами Общие закономерности взаимодействия металлических расплавов с газами.

Общие сведения о растворимости газов. Происхождение, основные закономерности растворения газов. Влияние азота, кислорода и водорода на свойства стали. Влияние кислорода, водорода и азота на свойства чугуна. Влияние газов на свойства цветных сплавов.

Тема 5. Процессы раскисления Раскисление кремнием и алюминием стали. Раскисление серого чугуна.

Раскисление углеродом. Дегазация стали. Основные задачи раскисления, требования к раскислителям. Раскислительная способность. Важнейшие раскислители. Способы раскисления (осаждающее, экстракционное, вакуумноуглеродное, раскисление в сталеплавильном агрегате, в сталеразливочном ковше, в изложнице).

(гидродинамические процессы), закон гидростатики (закон Паскаля), законы гидродинамики (законы постоянного расхода и Бернулли) процессы). Классификация способов заливки форм. Структура потоков жидких металлов. Движение неметаллических частиц в потоке сплава и их задержание.

Охлаждение металла при разливке. Давление металла на стенки литейной формы.

Расчет истечения металла из ковша и заполнение форм.

Жидкотекучесть и методы ее определения. Заполняемость форм и мероприятия по обеспечению заполнения форм тонкостенных отливок.

Движение жидкости внутри затвердевающих отливок. Ликвация в отливках.

Циркуляция жидкого сплава внутри двухфазной переходной области. Прямая и обратная ликвация по сечению отливки. Внутрикристаллическая ликвация.

Дефекты, возникающие в отливках и меры предосторожности, гарантирующие безопасность работы при заливке форм.

Тема 7. Затвердевание отливок Первичная кристаллизация в зависимости от тепловых условий процесса Некоторые вопросы теории теплообмена затвердевания отливки при постоянной температуре кристаллизации. Затвердевание отливки в интервале температур.

Кинетика и механизм кристаллизации (зарождение и рост кристаллов). Основные законы роста кристаллов. Столбчатая (дендритная) кристаллизация. Форма роста и формы равновесия кристаллов.

Модифицирование. Классификация модификаторов. Легирование и классификация легирующих элементов. Неравновесная кристаллизация и ликвационные явления в сплавах.

Тема 8. Усадочные процессы при затвердевании Физическая природа усадки. Объемная усадка в жидком состоянии, при затвердевании и в твердом состоянии. Коэффициенты объемной и линейной усадки. Свободная и затрудненная усадка отливок. Предусадочное расширение.

Концентрационная усадочная раковина и рассеянная усадочная пористость в отливках.

Конфигурация усадочной раковины в отливках типа цилиндра, конуса, усеченного конуса. Возникновение двухфазной области в затвердевающей отливке и образование усадочной пористости. Влияние интервала кристаллизации сплава, условий отвода тепла от отливки на образование в ней раковины, пористости.

Проявление объемной усадки (раковина и пористость) в отливках из двойных сплавов в системах с непрерывными растворами и с эвтектическим превращением. Особенности образования усадочных пустот в отливках из различных литейных сплавов.

Усадка как одно из важнейших литейных свойств сплава, необходимость учета проявления усадки при разработке технологических процессов изготовления отливок. Кинетические кривые усадки стали, чугунов и цветных металлов.

Влияние технологических факторов на образование усадочных пустот в отливках (направленное затвердевание, способы его осуществления, холодильники, утепление прибылей, давление на металл и др.). Прибыли на отливках. Определение их местоположения. Основы расчета прибылей. Припуски на усадку на моделях; выбор их величины. Предупреждение вредного влияния последствий усадки на конечные размеры отливок.

Инженерные методы расчета величины усадочных раковин в отливках и определения их месторасположения (расчет расположения и конфигурации усадочных раковин в отливках).

Тема 9. Напряжения и трещины в отливках Образование внутренних напряжений как следствие механического и термического торможения усадки отливки или изменение объема при фазовых превращениях. Классификация внутренних напряжений. Литейные (остаточные) напряжения, их влияние на качество отливок. Термические (температурные) напряжения, рассмотрение механизма их возникновения на примере связанной системы (отливки) из двух брусков.

Влияние физических свойств материала отливки (модуля упругости, теплопроводности и пр.), ее конструкции и технологических факторов на величину остаточных напряжений. Методы расчета остаточных напряжений, формула Нехендзи – Гиршовича. Механические (усадочные) напряжения, причины их возникновения: возможность появления и уменьшения остаточных напряжений этого вида, влияние и возможности снижения в чугунных отливках и в отливках из легированных сталей.

Образование горячих трещин в отливках. Процесс образования горячих трещин, его связь с диаграммами состояния сплавов. Температура начала линейной усадки, понятие об «эффективном» интервала затвердевания.

Торможение начальных этапов линейной усадки, как основная причина образования горячих трещин. Зависимость трещеноустойчивости сплавов от химического состава. Влияние состояния межкристаллитной зоны пленки на трещиноустойчивость, роль примесей, газов, поверхностно-активных элементов.

предупреждения. Термическая обработка отливок для снятия в них напряжения.

рационального их конструирования.

Таблица 2 – Разделы дисциплины и виды занятий и работ Строение и свойства металлических расплавов Структурно-чувствительные Взаимодействие металлических Кристаллизация и затвердевание Тема 10. Дефекты отливок поверхности отливки. Газовая среда литейной формы. Газовые раковины экзогенного и эндогенного характера в отливках. Ситовидная пористость.

Влияние технологических факторов на процесс образования газовых раковин в отливках. Мероприятия по предупреждению образования газовых раковин.

Процессы взаимодействия на границе контакта поверхностей отливки и формы.

Пригар отливок, его разновидности. Возможности расчета толщины пригарной корки. Основные направления профилактики пригара.

Занятие 1. Проведение входного контроля и инструктаж по технике безопасности. Расчет шихты.

Задание. Ответы на основные вопросы по дисциплинам (физике, химии и физической химии, материаловедению) предшествующим курсу «Теория литейных процессов». Прохождение инструктажа по технике безопасности.

Ознакомление с методом расчета шихты для сталей, чугунов и цветных сплавов.

Цель. 1. Выявить остаточные знания студентов 2. Инструктаж по технике безопасности 3.Научиться рассчитать шихту для плавки металлических сплавов.

Исполнение. Ответы на вопросы представляются в письменном виде с последующей оценкой преподавателя. Результат расчета шихты для конкретного металлического состава.

Время выполнения работы – 2 часа.

Занятие 2. Расчет шихты отливки в форме.

Задание. Для конкретной отливки из определенного сплава рассчитать шихту.

Цель. Ознакомление с принципом расчета шихта на ЭВМ.

Исполнение. После ознакомления с основными принципами расчета шихты проводить расчет с использованием вычислительной техники.

Время выполнения работы – 2 часа.

Занятие 3. Расчет литниковой системы.

Задание. Ознакомление с основными принципами проектирования литниковой системы для сталей, чугунов и цветных сплавов.

Цель. Конструирование литниковой системы для конкретного сплава.

Исполнение. Произвести расчет литниковой системы для отливки из заданного сплава в соответствии с предварительными размерами отливки.

Время выполнения работы. – 2 часа.

Занятие 4. Расчет величины отбела чугуна.

Задание. Рассчитать величину отбела чугуна в отливке в зависимости от химического состава и толщины отливки.

Цель. Ознакомление с методом расчета величины отбела в зависимости от химического состава и толщины отливки.

Время выполнения работы. – 2 часа.

Занятие 5. Расчет скорости кристаллизации металлов Задание. Рассчитать скорость кристаллизации сплава в отливке.

Цель. Научиться методу расчета скорости кристаллизации в зависимости от химического состава сплава и толщины отливки.

Исполнение. Расчеты проводятся с помощью математических формул с применением вычислительной техники.

Время выполнения работы – 2 часа.

Занятие 6. Расчет формы усадочной раковины Задание. Ознакомление с методами расчета усадочной раковины.

Цель: Рассчитать форму усадочной раковины.

Исполнение. Расчет проводится аналитическим методом.

Время выполнения работы – 2 часа.

Занятие7. Измерение физических свойств расплавов Цель. Ознакомление с методами измерения физических свойств расплавов.

экспериментальным данным.

Время выполнения работ - 4 часа.

Занятие 8. Исследование жидкотекучести сплавов.

Задание. Экспериментально определить жидкотекучести металлических сплавов.

Цель. Ознакомление с методами определения жидкотекучести и экспериментально определить ее для конкретного сплава.

Исполнение. Определение жидкотекучести в пробах.

Время выполнения работы. – 2 часа.

Занятие 9. Исследование влияния технологических факторов (температуры перегрева, рафинирования, модифицирования и др.) на формирование структуры в отливке.

Задание. Исследовать влияние различных технологических факторов на структурообразование сплава.

Цель. Выявление теоретических основ формирования структур в зависимости от воздействия различных технологических факторов.

Исполнение. Проведение экспериментов и анализ полученных результатов.

Время выполнения работы. – 4 часа.

Занятие 10. Определение внутренних (остаточных) напряжений в отливках.

Задание. Ознакомление с методами определения внутренних напряжений в отливках.

Цель. Ознакомление с методами определения внутренних напряжений и экспериментальное определение их в конкретных образцах.

Исполнение. Определить внутреннее напряжение в конкретных образцах.

Время выполнения работы. – 4часа.

Занятие 11. Определение литейной и линейной усадки.

Задание. Ознакомление с методами определения литейной и линейной усадки.

Цель. Выбор метода определения для конкретного сплава.

Исполнение. Экспериментальное определение литейной и линейной усадки для конкретного сплава.

Время выполнения работы. – 4 часа.

Занятие 12 Определение склонности сплавов к образованию трещин при затрудненной усадке.

Задание. Определение склонности сплавов горячих трещин.

Цель. Ознакомление с методами определения горячих трещин.

Исполнение. Экспериментальное определение склонности сплавов к образованию горячих трещин.

Время выполнения работы – 4 часа.

Занятие 13.

Зачет – 2 часа.

Таблица 3 – Лабораторный практикум и его взаимосвязь с содержанием темы 1.6.1. Вопросы входного контроля 1. Основные понятия термодинамических законов растворения, диссоциации и кристаллизации.

2. Диаграммы состояния двойных сплавов и железоуглеродистых сплавов (Fe-C или Fe-Fe3C).

3. Кристаллизация металлов.

4. Основные понятия о неметаллических включениях.

5. Физические свойства металлов, технологические свойства и их методы определения.

1.6.2. Текущий контроль знаний студентов Вопросы текущего контроля знаний студентов приведены в методических указаниях для лабораторных и практических знаний.

1.6.3. Вопросы входного контроля 1. Сущность литейного производства.

2. Характеристика металлических расплавов.

3. Методы исследования строения расплава. Дифракционный метод.

4. Вязкость, электропроводность, поверхностное натяжение, плотность.

Аналитические зависимости для их вычисления.

5. Физические свойства железоуглеродистых расплавов.

6. Модель жидкого металла.

7. Металлургическая наследственность шихтовых материалов при выплавке чугуна.

8. Структурные изменения жидких чугунов и сталей.

9. Выбор оптимальных режимов выплавки сплавов и их легирования на основе анализа некоторых структурно-чувствительных свойств расплавов.

10. Термоскоростная обработка расплава как эффективный способ повышения качества и свойств отливок.

11. Первичная кристаллизация: самопроизвольное и не самопроизвольное зарождение центров кристаллизации.

12. Рост кристаллов и основные законы роста кристаллов.

13. Модификаторы I, II и III родов.

14. Законы гидростатики 15. Классификация способов заливки металлов.

16. Структура потоков жидких металлов.

17. Расчет истечения металла из ковша изначальные формы.

18. Виды местных сопротивлений.

19. Движения неметаллических включений и их задержания.

20. Классификация неметаллических включений.

21. Взаимодействие жидких металлов с газами.

22. Влияние газов на свойства стали и чугуна.

23. Способы раскисления и раскислители.

24. Основные понятия и физическая природа усадочных явлений.

25. Пористость и усадочная раковина.

26. Меры борьбы с усадочной пористостью и раковинами.

27. Инженерные методы расчета усадочных раковин и прибылей.

28. Классификация трещин в отливках. Горячие и холодные трещины.

29. Теория образования горячих трещин.

Выходной контроль проводится по результатам зачета ( допуска к экзаменам) и экзамена.

Контроль самостоятельной работы студентов проводится в процессе проведения учебной работы:

- получение допуска к выполнению лабораторных работ по результатам самостоятельной работы;

- оценивание качества ответов по контрольным вопросам, относящимся к 1.8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины Таблица 4. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 1.9. Материально-техническое обеспечение дисциплины электросопротивление, поверхностное потепление) жидких металлов и сплавов имеются соответствующие экспериментальные установки. Имеется оборудование для определения кристаллизационных параметров «Параболоид-3М». Также имеются в лабораториях кафедры рентгеновский дифектометр, электронные микроскопы (просвечивающий и растровый), микроскопы оптические, твердомеры (включая и ПМТ-2), а также индукционные печи.

1.10. Методические рекомендации по организации На основании ГОС УМО ГОУВПО и программы разработана рабочая учебная программа дисциплины «Теория литейных процессов с учетом фактического числа часов, отведенных на ее изучение. В рабочей программе предусмотрено изучение тех процессов, которые определяются профилем подготовки дипломированных специалистов по специальности 1104005 – художественное и прецезионное литье.

Лабораторные работы нацелены на формирование практических навыков исследования физических свойств металлических расплавов и определения их литейных свойств.

Самостоятельная работа студентов по изучению теоретического курса по литературным источникам (учебникам, пособиям, журналам «Литейное производство» и «Литейщик России) должна обеспечить выработку навыков самостоятельного творческого подхода к решению производственных задач в условиях рынка, приобретение навыков работы со справочной, учебной литературой.

Базовыми для изучения дисциплины «Теория литейных процессов»

являются курсы «Общая химия», Физика», «Гидравлика», «Физическая химия», «Материаловедение».

Программа рассчитана на 102 часа.

Ближний порядок - непосредственное окружение рассматриваемого атома, первая координационная сфера, ближние соседние атомы.

Гидродинамические процессы - процессы заполнения формы жидким металлом, основанные на законах гидростатики Паскаля, Архимеда, постоянства расходов, Бернулли.

Дальний порядок - закономерное расположение частиц, выходящий за пределы первой координационной сферы.

Дегазация - обработка после окислительного рафинирования в вакууме или атмосфере нейтрального газа, проводится в ковше.

Жидкотекучесть металла – литейное свойство металла, характеризующее способность заполнять форму:

- практическая жидкотекучесть определяется при одинаковой температуре заливки сплавов данной системы;

- - условная жидкотекучесть определяется при постоянном перегреве под линией ликвидуса сплавов данной системы;

- - истиная жидкотекучесть определяется при постоянном перегреве над линией нулевой жидкотекучести.

Литейные (технологические) свойства сплавов определяют их поведение при формировании или изготовлении отливок, а также качество последних.

Литниковая система – совокупность каналов и резервуаров, через которые жидкий металл заполняет полость литейной формы, соответствующей отливке (литниковая чаша, стояк, шлакоулавитель (коллектор), питатель (литник).

Литейные напряжения в отливках – напряжения, возникающие в процессе первичной кристаллизации и охлаждения отливки в форме.

Литейная усадка - совокупность явлений сокращения размеров и охлаждении.

Литейные процессы - операции изготовления отливок – выплавка металла, изготовление форм, заливка металла и охлаждение отливок материалами готовому чугуну или стали и другим отливам сходства либо в их строении, либо в физико-механических и литейных свойствах.

Методы исследования строения расплавленных металлов и сплавов – термодинамические, дифракционные, физико-химические, теоретические, моделирование на ЭВМ.

Операция изготовления отливок – выплавка металла, изготовление форм, заливка металла в форму и охлаждение отливок, первичная обработка отливок (выбивка, очистка, обрубка, термическая обработка) и контроль качества.

Раскисление – процесс снижения содержания в стали (и других сплавах) вредного влияния на ее свойства кислорода, азота и водорода при помощи какоголибо одного или нескольких элементов – раскислителей, вводимых в металл после окислительного рафинирования.

Рафинирование – удаление избыточных примесей, содержащихся в исходном металле, путем окисления примесей (вводом в металл кислорода).

Радиальная функция распределния атомов (g(r)) определяет вероятность dw(r) обнаружения какой-либо частицы в сферическом слое толщиной dr на расстоянии r от некоторой другой частицы, центр которой выбран за начало координат: g (r ) = радиальная функция распределения атомной плотности.

Способы заливки металла в форму – свободная, принудительная.

Структурные параметры – степень равновесия, межатомные расстояния, числа ближайших соседей (координац. число) и т.д.

электропроводность, пов.натяжение, вязкость, магнитная проницаемость и др.

Способы раскисления – осаждающее, экстракционное, вакуумноуглеродное, раскисление в сталеплавильном агрегате, в сталеразливочном ковше, в изложнице.

химический состав, интервал кристаллизации, скорость охлаждения сплава и др.

Экзогенные неметаллические включения - включения, состоящие из огнеупорных материалов и шлака, механически увлекаемые потоком жидкого металла во время выпуска и разливки и фиксируемые в затвердевшей стали.

Эндогенные немеиаллические включения - включения, образующиеся в результате протекания различных физико-химических процессов в самом металле во время его раскисления, кристаллизации и охлаждения в жидком и твердом состояниях.

Экзоэндогенные неметаллические включения – включения, когда эндогенные включения выделяются на эндогенных, например: на поверхности неметаллических включений, содержащихся в ферросплавах.

Эксплуатационные свойства – в отличие от литейных эксплуатационные свойства сплавов определяют их поведением в условиях эксплуатации литых изделий: прочность, устойчивость против коррозии и окисления, герметичность (гидроплотность), износостойкость, горячеломкость, хладоломкость и т.д.

Усадочная пористость – скопление мелких пустот, образующихся в результате усадки при затвердевании отливки от источников питания жидким металлом.

Усадочная раковина – концентрированная группа пустот (или одну пустоту), образующуюся в результате усадки при затвердевании и охлаждении жидкого металла в отливке.

Фильтрация расплава – пропускание через пористую среду, которая может либо просто отфильтровать неметаллические включения, либо задерживать их вследствие химического взаимодействия с ними.

Фазовые напряжения - напряжения, возникающие при фазовых превращениях (А П, А М, М П и т.д).

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Аббревиатура специальности Рабочая программа составлена в соответствии с содержанием и требованиями Государственных образовательных стандартов и утвержденной программы дисциплины Таблица 1 – Тематический план лекционных занятий 2 Общая характеристика металлургических (литейных) расплавов 3 Структурно-чувствительные свойства металлургических расплавов 4 Общие закономерности взаимодействия металлических расплавов с газами (гидродинамические процессы), закон гидростатики (закон Паскаля), законы гидродинамики (законы постоянного расхода и Бернули).

Таблица 2 – Тематический план лабораторных занятий 1 Проведение входного контроля и инструктаж по технике безопасности 9 Исследование влияния технологических факторов на формирование структуры в отливке 10 Определение внутренних (остаточных) напряжений в отливках 12 Определение склонности сплавов к образованию трещин при затрудненной усадке

САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

по дисциплине «Теория литейных процессов»

ции раторные Прак- тические КП, КР, РГР Лектор _ Ри Хосен по дисциплине «Теория литейных процессов»

Тема лекции № 1: «Строение жидких металлов и сплавов»

1. Под строением металлических расплавов понимают:

1. структуру ближнего порядка.

2. структуру дальнего порядка.

3. межатомное расстояние.

4. межатомное расстояние и координационное число.

2. Жидкое состояние является или отличается:

1. промежуточным между твердым и газообразным состояниями.

2. близким к газообразному состоянию.

3. близким к твердому состоянию.

4. особым состоянием, не похожим на твердое и жидкое состояния.

3. Ближний порядок:

1. непосредственное окружение рассматриваемого атома, первая координационная сфера, количество ближайших соседних атомов.

2. беспорядочное расположение атомов в жидком металле.

3. закономерное расположение атомов во всем объеме жидкого металла.

4. закономерное и беспорядочное расположение атомов.

5. ничем не отличается от дальнего порядка.

4. Дальний порядок:

1. характеризует твердое состояние.

2. закономерное расположение частиц, выходящих за пределы первой 2. беспорядочное расположение атомов в жидком состоянии.

3. закономерное расположение атомов вовсем объеме жидкого металла.

4. закономерное расположение атомов в микрообъеме жидкого металла.

5. При температурах, не слишком отличающихся от температур плавления, жидкая фаза по своим свойствам и структуре существенно ближе к:

3. твердым телам и газам.

4. жидкому состоянию.

5. аморфному состоянию.

6. Объем большинства металлов при плавлении:

1. возрастает на 3-6%.

3. возрастает на 50-60%.

4. возрастает на 100%.

5. уменьшается на 3-6%.

7. Плотность металлов в твердом и жидком состояниях:

1. близки друг к другу из-за смещения атомов на не большие расстояния.

2. резко отличаются.

3. не отличается из-за малого смещения атомов при плавлении;

4. уменьшаются существе6нно из-за увеличения межатомного расстояния в 5. возрастает из-за сближения атомов в жидком состоянии.

8. Из –за смещения атомов на не большие расстояния процесс плавления существенно:

1. влияет на энергию взаимодействия между частицами в жидком и твердом 2. не влияет на энергию взаимодействия между частицами в жидком и твердом 3. мало влияет, на что указывают малые величины теплот плавления Н, которые значительно выше величины теплоты испарения Н исп.

9. О близости строения жидких и твердых металлов говорят:

1. малые энтропии плавления Sпл, которая, согласно правилу Ригардса, приблизительно равна 8,4Дм/(моль·К).

2. большие величины энтропии плавления Sпл, которая равна 88Дм/(моль·К).

3. равенство энтропии плавления Sпл.

10. Малые различия в энергиях взаимодействия и межатомных расстояниях ведут к тому, что:

1. характер теплового движения атомов мало изменяется при плавлении, о чем свидетельствует близость значений теплоемкости Ср твердого и жидко 2. тепловое движение атомов существенно увеличивается при плавлении, о чем свидетельствует большая разница значений теплоемкости Ср твердого и 3. теплоемкость Ср твердого и жидкого состояния ос тается без изменений.

11. Электрическое сопротивление при плавлении металлов увеличивается в 1,5-2,0 раза.

При этом тип проводимости в жидких металлах:

1. не изменяется и обуславливается наличием коллективизированных 2. изменяется из-за увеличения количества коллективизированных 3. уменьшается из-за уменьшения количества коллективизированных 12. Как влияет повышение температур на величину энергии активации и кинетической энергии колеблющихся атомов:

1. не оказывает существенного влияния на величину энергии активации, т. е.

на величину энергетического барьера. Однако может увеличивать кинетическую энергию атомов, вследствие чего возрастает количество вакансионных узлов и дислоцированных атомов в структуре ближнего 2. оказывая существенное влияние кинетической энергии на величину энергии активации и кинетической энергии, повышение температуры приводит к переходу жидкого состояния к газообразному.

3. не оказывает влияния на величину энергии активации и кинетической Тема лекции № 2: «Методы исследования строения металлических 1. Для исследования строения жидких металлов и сплавов используют следующие 1. термодинамические.

3. физико-химические.

4. теоретические, основанные на квантово-статистическом рассмотрении 5. все вышеуказанные методы.

2. При изучении структуры жидких металлов и сплавов используют какие упругорассеянные частицы:

3. все вышеуказанные частицы, имеющие длину волны порядка межатомных 3. Для исследования металлических жидкостей какие частицы более предпочтительны и почему:

1. рентгеновские фотоны, поскольку время пролета ими расстояний порядка размера атомов (~ 10-18с) мало по сравнению с периодом колебания атомов (10-12-10-13с), предопределяет достаточно высокую разрешающую способность рентгеновского метода.

2. электроны, обладающие малой пропускной способностью в жидкий метал, требуют существенно меньшей экспозиции для получения дифракционной 3. нейтроны меньше, чем рентгеновские лучи, поглощаются металлом, но их энергия при той же длине волны, что и у фотона, примерно в 105 раз 4. Какие дифракционные методы применяют при использовании рентгеновских лучей:

1. метод отражения на открытой поверхности.

5. При дифракционных методах какое излучение фиксируется детектором:

1. рассеянное излучение от поверхности жидкого металла.

2. отраженное излучение от поверхности жидкого металла.

3. рентгеновские лучи, проникая на некоторую глубину в расплав, взаимодействуя с электронами исследуемого жидкого металла и колеблясь с той же частотой, что и первичная волна, электроны порождают вторичное электромагнитное излучение, которое фиксируется детектором.

6. Первичная экспериментальная информация при дифракционном методе исследования жидких металлов:

1. интенсивность рассеянного излучения J(K) на различных углах 2, где К = 2. интенсивность рассеянного излучения J(K) от межатомного расстояния.

3. интенсивность рассеянного излучения J(K) от координационного числа К.

7. Интенсивность рассеянного излучения J(K) позволяет рассчитать и графически 1. парную функцию радиального распределения атомов от начала отсчета R(r).

2. структурный фактор жидкости а (к).

3. относительную парную функцию радиального распределения атомов q(r) = R(r)/Ro, где Ro = Na/V – средняя атомная плотность. Na – число Авогадро.

4. наиболее вероятные расстояния между атомами и координационное число.

5. совокупность вышеуказанных параметров.

8. Что отражает вид функции J = f(sin Q/) и наличие интерференционых максимумов 1. равномерность распределения частиц в расплаве. Максимум J характеризует степень неравномерности распределения атомов в жидком металле.

2. неравномерность распределения частиц в расплаве, а наличие интерференционых максимумов на кривой J свидетельствует о существовании определенного порядка в расположении атомов.

3. неравномерность распределения частиц в расплаве, а максимум J на ее кривой характеризует степень неравномерности распределения атомов в жидком 9. Что характеризует функция радиального распределения частиц q (r) = f (r) / f0, где f – среднее число частиц в единице объема жидкости. f(r) – радиальная функция распределения атомной плотности:

1. функция q (r) определяет вероятность dw(r)обнаружения какой-либо частицы в сферическом слое толщиной dr на расстоянии r от некоторой другой частицы, центр которой выбран за начло координат (см. рис. 1).

2. функция q (r) определяет вероятность dw(r) обнаружения какой-либо частицы 3. функция q (r) определяет межатомное расстояние и координационное число.

10. На рис. 2 приведена интенсивность рентгеновского излучения жидкими медью(а) и никелем(б) и кривые распределения атомов в жидкой меди(в) и никеле(г). Что характеризует плавная кривая и кривая с максимумами:

1. плавная кривая на рис. 2 выражает интенсивность рассеяния рентгеновских лучей J неупорядоченной системы, т. е. нерегулярной и несвязанной структуры. Кривые J и 4r2(J) с максимумами характеризуют функцию радиального распределения и характер распределения атомов в жидкостях.

2. плавная кривая на рис. 2 выражает интенсивность рассеяния рентгеновских лучей J упорядоченной и связанной структуры. Кривые J и q(r) характеризует межатомное расстояние и координационное числа в жидкости.

2. плавная кривая и кривые с максимумами J характеризуют о рассеянии лучей строго фиксируемыми атомами.

Рис. 2. Интенсивность рентгеновского излучения, рассеянного жидкими медью (а) и никелем (б), и кривые радиального распределения атомов в 11. На рис. 3 показана характеристика функции радиального распределения частиц (q(r)) в жидком золоте при 11000С и функция распределения плотности (r), золота в твердом состоянии.

Рис. 3. Функция радиального распределения частиц Что означает наличие максимумов значений q(r) на кривой функции радиального распределения:

1. характер функции q(r) говорит лишь о том, что большую часть времени частицы находятся вблизи расстояния r1max, r2max, r3max.

2. наиболее четко выделяется первый максимум функции q(r), второй и третий максимумы выражены слабо. Это говорит о том, что вероятность встретить частицу на расстояниях, близких r1max, r2max, r3max, больше, чем на расстояниях r1min, r2min, r3min. Это характерное для расположения частиц в жидкости явление получило название структуры «ближнего порядка»

3. наличие максимумов значений q(r) на кривой функции радиального распределения частиц характеризует изменение координационного числа и 12. В чем заключается сходство функций распределения частиц жидкого и кристаллического состояния:

1. обе функции имеют экстремумы. Расстояние до первого максимума функции q(r) примерно совпадает с радиусом первой координационной сферы соответствующего кристалла. Следовательно, наиболее часто реализуемое расстояние в жидкости приблизительно равно расстоянию между ближайшими соседями в кристалле.

2. для кристаллического состояния график J выражается прямыми линиями, что свидетельствует о строго фиксированными атомами. Радиусы координационных сфер (слоев) в жидкостях соответствуют положению первого, второго и третьего максимумов.

3. сходство функций радиального распределения частиц жидкого и твердого состояния заключается в одинаковом числе, форме, ширине, положении и разрешаемости максимумов функции q(r).

13. В чем заключается различие в поведении функций радиального распределения в жидкостях и кристаллах:

1. выражается в различии числа, формы, ширины, положения, разрешаемости максимумов функции q(r).В кристалле все пики этой функции четко выделяются и отделены друг от друга промежутками, где q(r) = 0 (см. рис.

3). В жидкостях ни один из максимумов функции q(r) не доходит до нуля.

Первый максимум функции q(r) в жидкости ассиметричен, и его правая 2. выражается в различии максимумов q(r), межатомных расстояний, 3. выражается в наличии экстремумов, одинаковой формы, ширины, положения, разрешаемости максимумов функции q(r) и др.

14. Как осуществляет расчет первого координационного числа в жидком металле:

1. площадь под первым максимумом определяется из условия, что правый склон пика симметричен левому. Фактически вычисление сводится к определению удвоению площади, расположенной между левым склоном и перпендикуляром, опущенным из вершины пика к оси r (см. рис. 3).

2. правый склон экстраполируется при помощи прямой линии до оси r, и вычисляется вся площадь под кривой, ограниченной левым склоном и 3. координационное число Z = 4Пr2q(r)dr, т. е. наиболее вероятное число атомов, находящихся на минимальном и равном расстоянии вокруг выбранного атома, определяется по величине площади, заключенной под Тема лекции № 3 «Физико – химические методы исследования структуры 1. Вязкость представляет собой:

1. внутреннее сопротивление, оказываемое взаимному перемещению смежных слоев жидкости, поэтому и определять ее можно только при движении 2. при движении потока жидкости, когда скорость течения различных слоев потока неодинакова, в нем самопроизвольно происходят процессы, стремящиеся выровнять скорости течения слоев. Эти процессы называются внутренним трением или вязкостью.

3. сопротивление самой деформации жидкости при растяжении или сдвиге.

2.Как изменяется вязкость при увеличении температуры:

1. вязкость жидких металлов повышается с повышением температуры:

= А·exp (E /RT), где А – постоянная величина, зависящая от природы металла. E – энергия активации вязкого течения. R – газовая постоянная. Т – 2. вязкость жидких металлов снижается с повышением температуры по 3. вязкость не изменяется от температуры.

3.Какова зависимость между динамической и кинематической вязкостью:

1. кинематическая вязкость представляет собой отношение = / d, где – динамическая вязкость, Па ·с (МПа ·с). – кинематическая вязкость, м2/с. d – 4. Какая формула температурной зависимости вязкости верна:

разрыхления, обусловленное температурным изменением плотности.

3. = А-1·exp (E/RT). = А-12·exp (E r/RT).

5. Чем отличается плотность от удельного веса:

1. плотность – это отношение массы вещества к занимаемому объему:

2. Удельный вес определяется как отношение массы вещества к занимаемому Следовательно, = dg или Р = кmg, где g – ускорение свободного падения. к – коэффициент зависимости от выбора единиц измерения.

6. Как изменяется электросопротивление жидкого металла с увеличением температуры:

7. Как влияют примеси и легирующие элементы на электросопротивление металлов в твердом и жидком состояниях:

8.При взаимодействии расплава с какой-либо поверхностью (материалом формы, шлаком и др.)и в случае сохранения равновесия поверхностных натяжений будет сформирована капля (рис.1 и 2).

Рис. 1. Схема смачивания жидкостью (расплавом) поверхности твердого тела Рис. 2. Проникновение расплава в капилляр При каких значениях краевого угла смачивания происходит смачивание или несмачивание и их влияние на проникновение металла в поры поверхности формы и образование пригара:

жидкость не смачивает твердое тело. Смачивание формы способствует, с одной стороны, проникновению металла в поры поверхности формы и образованию пригара на отливках, с другой – более полному заполнению тонких сечений отливок и получению более точного отпечатка плоскости 2. если Q показывает необратимость процессов, знак = соответствует обратимым процессам. Следовательно, энтропия характеризует количество рассеянной энергии, отнесенное к 1К температуре 298 К. S2980 – значение энтропии при стандартных условиях и Т 2. энтропия характеризует количество теплоты, необходимое для нагревания массы вещества на 1К. Теплоемкость характеризует количество рассеянной энергии, отнесенное к 1К данной температуры.

3. энтропия имеет ту же единицу измерения, что и теплоемкость. Это говорит об аналогии их физического значения.

7. Что характеризует химическое средство элементов и при каких термодинамических условиях образуются соединения:

Химическое средство элементов является причиной образования из них соединений. В изохорно – изотермических процессах сродство определяется по величине изменения свободной энергии F, в изобарно – изотермических – по изменению свободной энтальпии G 8. Что такое «скрытая теплота плавления и кристаллизации»:

1. тепло, необходимое для расплавления, расходуется на преодоление межатомных сил притяжения. Это тепло, которое называют скрытой теплотой плавления. Тепло, которое выделяется при затвердевании металлов называют скрытой теплотой кристаллизации.

3. между этими двумя понятиями существует определенная связь:

Нпл = Lпл М, М – молярная масса данного металла, Нпл – молекулярная скрытая теплота плавления, Lпл – удельная скрытая теплота плавления.

9.При каких условиях происходит испарение расплава:

1. испарение расплава происходит, если давление насыщенного пара достигает больше величины внешнего давления: Рн.п > Рв.д.

10. Для чего при легировании или модифицировании сплавов легкокипящими элементами (Mg, Zr, и др.) используют не чистые металлы, а их сплавы в виде лигатуры:

1. из основного выражения скорости испарения – формулы Дальтона – следует, что основной путь снижения потерь металла при испарении состоит в снижении Р0 равновесного, или давления насыщенных паров и повышении 2. для повышения давления в печной атмосфере.

3. для растворения в жидкой фазе легкокипящих элементов.

11. В чем заключается термовременная обработка расплава для достижения высоких механических свойств алюминиевых сплавов:

1. выбор оптимальных температурных режимов плавки алюминия и его сплавов (силуминов) заключается в нагреве выше критических температур аномального изменения физических свойств (вязкости, электросопротивления и др.) на определенную температуру (700 - 1000) для достижения максимальных значений прочностных свойств.

2. выбор оптимальных температурных режимов плавки алюминиевых сплавов заключается в нагреве расплавов ниже температуры оптимального изменения физических свойств на 700 - 1000С для достижения максимальных значений 3. любой перегрев над линией ликвидуса обеспечивает высокие прочностные свойства алюминиевых сплавов.

12. В чем заключается термовременная обработка расплава для достижения высоких механических свойств чугунов:

1. для достижения высоких прочностных свойств и износостойкости расплавы чугуна должны быть перегреты выше ТПУ (температурного порога статистического разуплотнения) на 30 – 50 0С. При более высоких температурах прочностные свойства чугуна уменьшаются вследствие загрязнения расплава продуктами взаимодействия металла с материалами 2. для достижения высоких прочностных свойств и износостойкости расплавы 3. перегрев выше ликвидуса обеспечивает получение высоких прочностных свойств чугунов вследствие дорастворения графитных включений и удаления неметаллических включений из расплава.

13. В чем заключается сущность термоскоростной обработки силуминов и чугунов (в том числе легированных):

1. фиксация статистически разупорядоченной структуры ближнего порядка путем быстрого охлаждения до температуры заливки металла в литейную форму со 2. фиксация статистически упорядоченной структуры ближнего порядка путем быстрого охлаждения до температуры заливки металла в литейную форму со 3. фиксация любого перегретого расплава путем ускоренного охлаждения расплава в жидком, жидко-твердом и твердом состояниях.

14. Какие методы обработки сплавов в жидком состоянии Вы знаете:

1. вакуумирование.

2. продувка нейтральными газами.

3. физико – механическое воздействие.

4. воздействие облучения расплава наносекундными электромагнитными 5. совокупность всех вышеуказанных методов обработки жидких металлических Тема лекции № 6: «Гидравлические процессы (процесс заполнения формы 1. внешнее давление, приложенное к жидкости, передается равномерно и одинаково по всем направлениям и во все точки жидкости.

2. давление внутри жидкости равно сумме внешнего давления, оказываемого на жидкость, и давления самой жидкости, определяемого произведением на земное ускорение и на глубину рассматриваемой точки от свободной поверхности. Давление в жидкости действует одинаково по всем из этого уравнения вытекает закон Паскаля (ответ №1) 3. внешнее давление, приложенное к жидкости, передается равномерно и равно давлению жидкости Р с вычетом произведения на земное ускорение g и на глубину рассматриваемой точки от свободной поверхности:

4. Совокупность ответов № 1 и 2.

2. Приведите пример применения основного закона Паскаля в литейном производстве:

1. при заливке жидкого металла в литейную форму с горизонтальным разъемом для получения отливки в виде плиты площадью S сила, создаваемая давлением расплава, будет равна Q = PS. Если сила Q превысит массу верхней полуформы G, то неизбежно эта полуформа будет поднята расплавом и металл вытечет по разъему наружу. Поэтому необходимо нагружение формы грузом или полуформы скрепляют между собой скобами.

2. если сила Q меньше массы верхней полуформы G, то неизбежно эта полуформа будет поднята расплавом и металл вытечет по разъему наружу.

3. если сила Q < G, то жидкий металл придавит нижнюю полуформу и разрушит 3. Закон Архимеда:

1. на тело с объемом Vтела, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная по величине массе вытесненной жидкости Q:

2. на тело с объемом Vтела, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила Q, равная по величине массе жидкого металла с вычетом силы тяжести 3. на тело с объемом Vтела, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила Q, равная по величине массе жидкого металла Мж:

4. Согласно рис. 1, когда и при каких условиях всплывает стержень – специальная часть формы, выполняющая внутренние полости в отливке. Материал стержня имеет плотность 1,6 – 1,8 г/см3:

1. при конструкции литейной формы (рис. 1, а), теоретически на стержень не действует выталкивающая сила, поскольку он не охвачен жидкостью с нижней стороны. В случае подтекания расплава под опорную часть стержня (знак стержня), тогда всплывание возможно. В этом случае укрепляют с помощью большого знака (опорной части) или с помощью специальных При конструкции, изображенной на рис. 1,б, произойдет всплывание стержня, если архимедова сила, определяемая объемом выступов 1 на стержне, окажется больше массы всего стержня.

2. при конструкции литейной формы (рис. 1,а), действует выталкивающая сила, так как стержень окружен жидким металлом с большей плотностью.

При конструкции, изображенной на рис. 1,б, не действует выталкивающая сила, так как жидкий металл обладает большей плотностью, чем стержень.

3.в обоих случаях произойдет всплывание стержней, так как он окружен жидким металлом, обладающим большей плотностью, чем стержень.

Рис. 1. Конструкция литейной формы, при которой всплывание стержня в расплаве 5. Законы гидродинамики:

1. закон Архимеда и закон Паскаля.

2. закон Архимеда и закон сохранения постоянства массы.

3. законы постоянства расхода и Бернулли.

6. В чем заключается закон постоянства расхода:

1. при течении расплава по полностью заполненному каналу, площадь поперечного сечения которого переменна и составляет f1, f2, f3… fn, наблюдается постоянство объемного расхода:

g = v1f1 = v2f2 = v3f3 … vnfn, где v – средняя линейная скорость потока на участке канала с соответствующим сечением.

2. при течении расплава по полностью заполненному каналу, площадь поперечного сечения которого переменна и составляет f1, f2, f3… fn, наблюдается постоянство массового расхода М:

3. при течении расплава по полностью заполненному каналу, площадь поперечного сечения которого переменна и составляет f1, f2, f3… fn, скорость течения потока жидкости обратнопропорциональна массы и сечения канала.

7. Классификация способов заливки:

2. принудительная заливка.

3. свободная заливка без ковша.

4. совокупность всех способов заливки.

8. Примеры свободной заливки металла:

1. заливка жидкого металла из поворотных ковшей через носик, центробежная заливка, заливка под низким давлением, заливка без ковша.

2. заливка жидкого металла из стопорных ковшей, вакуумная заливка, 3. заливка жидкого металла из поворотных ковшей через носик, через чайниковое устройство с забором металла из нижней части ковша и заливка из ковша со стопорным устройством для сталей.

9. Примеры принудительной заливки металла:

1. заливка жидкого металла из стопорного ковша, вакуумная заливка, заливка на центробежных машинах.

2. заливка жидкого металла на центробежных машинах, вакуумная заливка, заливка жидкого металла под давлением с помощью поршня со вспрыскиванием в полость металлической пресс-формы.

3. заливка жидкого металла без ковша для тугоплавких металлов, центробежное литье, заливка со стопорным ковшом и чайниковым ковшом.

10. Для каких металлических сплавов применяется заливка без ковша:

1. для цветных металлов и сталей.

2. при литье небольших порций тугоплавких расплавов (например, титановых).

3. только для нержавеющих сталей и специальных чугунов.

11. Элементы литниковой системы:

1. литниковая чаша и воронка, питатели.

2. литниковая чаша (воронка), стояк, распределительный канал (шлакоуловитель) и питатель (литник), прибыль.

3. литниковая чаша (воронка), стояк. питатель.

12. Различные варианты подводов расплава в полость литейной формы:

1. нижний и верхний подводы, ярусный и боковой подвод.

2. вертикально – целевой подвод, дождевая литниковая система и др..

3. совокупность всех вышеуказанных способов подвода расплава в полость 13. Когда применяются сужающиеся и расширяющиеся литниковые системы и для каких сплавов:

1. сужающиеся литниковые системы, когда Fст>Fшл>Fпит, лучше улавливает шлак, увеличивают скорость движения металла. Их применяют при литье сплавов, не склонных к окислению, как правило для чугунов и сталей.

Расширяющиеся литниковые системы, когда FстFшл>Fпит).

Более надежно это условие может быть выполнено путем установки на пути движения жидкого металла порога, обеспечивающего заполнение распределительного канала снизу (рис. 3,в).

2. незапертыми литникоывми системами являются схемы на рис. 3, б и в, позволяющие задерживать неметаллические включения, а запертой – схема на рис. 3,а, позволяющая задерживать неметаллические включения. Запертая литниковая система применяется для цветных металлов, а незапертая – для черных сплавов (сталей и чугунов).

3. незапертая литниковая система применяется для алюминиевых и магниевых 17. Какой вид жидкотекучести лучше выражает физико-химическую сущность явления:

1. практическая жидкотекучесть, определяемая при одинаковой температуре 2. условная жидкотекучесть, определяемая при постоянном перегреве над 3. истинная жидкотекучесть, определяемая при постоянном перегреве над 18. Какие составы двойных сплавов обладают максимальной и минимальной жидкотекучестью:

1.эвтектический состав обладает максимальной жидкотекучестью.Минимальная жидкотекучесть соответствует точке (составу) пересечения нулевой жидкотекучести с линией эвтектического превращения.

2. максимальная условная жидкотекучесть наблюдается при концентрации предельной растворимости второго компонента в составе сплавов, где интервал кристаллизации твердого раствора достигает максимального значения, так как гетерофазное состояние расплава находится в более длительное время, а минимальная – соответствует эвтектическому составу в связи с более интенсивной кристаллизацией эвтектики.

3. минимальная жидкотекучесть наблюдается при эвтектическом составе, а максимальная - при концентрации предельной растворимости второго 19. Какие факторы влияют на жидкотекучесть расплава:

1. интервал кристаллизации (tл - tэ), чем больше его, тем ниже 2. физические и химические свойства сплавов.

3. повышение температуры увеличивает жидкотекучесть и уменьшает 4. увеличение поверхностного натяжения способствует ухудшению 5. с повышением содержания в расплаве оксидов, нитридов, сульфидов 6. чем больше теплоемкость, удельная скрытая теплота кристаллизации, тем 7. жидкотекучесть зависит от свойств литейной формы, т.е. от коэффициента теплоаккумулирующей способности литейной формы:

Вф = с L – коэффициент теплоаккумулирующей способности литейной формы. с – теплоемкость, – теплопроводность, – плотность формы.

8. совокупность всех вышеперечисленных ответов.

Тема лекции № 7: «Взаимодействие жидких металлов с газами, материалами тиглей и футеровкой плавильных печей»

1. Состав газовой фазы, в которой осуществляется плавка:

1. воздух, продукты сгорания органического топлива, пары воды, оксиды 2. несгоревшие углеводороды, а также искусственно созданная атмосфера 3. нейтральные газы, вакуум-среда (10-1-10-3 Па), пары самого металла, парциальное давление которых определяется температурой расплава.

4. совокупность всех вышеперечисленных ответов.

2. В обычных условиях выплавки металлов невозможно получить расплавы (стали, чугуны и цветные металлы и сплавы), не содержащие газы, почему?

1. любой шихтовый материал содержит газы.

2. неизбежен контакт расплава с газовой фазой, содержащей N, H, O или 3. загрязнение расплава различными растворами и нерастворимыми 4. совокупность вышеуказанных ответов.

3. Содержание газов в металлах принято выражать:

объемом газа в 1 см3, приходящимся на 100 г металла. При этом весь содержащийся в металле газ считается выделенным в свободном состоянии и приведенным к нормальным условиям (температуре 200С и 4. совокупность всех ответов, кроме 3.

4. Поведение газовой фазы после достижения равновесия:

1. газовая фаза инертна по отношению к жидкому металлу. Так например, инертные газы (Ar, He и др.), водород в сплавах Sn, Pb и др. и азот в 2. образуются насыщенные газами жидкие растворы.

3. взаимодействие жидкого металла с газом и образование химических 4. тип взаимодействия жидкого металла с газами определяется природой металла и газа, температурой и давлением газа над расплавом.

5.Последовательность процесса взаимодействия жидкого металла с газами:

1. I стадия: поступление молекул газа к поверхности жидкого металла путем молекулярной диффузии и конвекционного массапереноса. При давлении 104 Па и более массаперенос осуществляется в основном конвекцией.

II стадия: адсорбция – осаждение молекул газа на поверхность расплава и диссоциациях их на атомы. Адсорбированные атомы газа либо диффундируют в глубь расплава, либо образуют химические соединения III стадия: диффузия атомов газов в жидкий металл с экзотермическим 6. Закон растворения газа в жидком металле:

1. при данной температуре отношение концентрации газа в газовой фазе (С1) к концентрации его в жидкости (С) – величина постоянная:

С1/С = 4 (коэффициент Нернсу, коэффициент распределения).

2. равновесное содержание газа в жидких металлах (закон Сивертса) пропорционально корню квадратному из парциального давления его в газовой фазе, если газы находятся в атомарном состоянии:

жидком металле. Кг2 – коэффициент пропорциональности (константа растворения), численно равный растворимости газа в расплаве при Рг2 = 1 кг/см2 и зависящий от температуры, природы газа и металла.

3. равновесная растворимость [г] двухатомного газа в металле в общем случае теплота растворения газа, отнесенная к к1 молю растворенного газа.R – 4. совокупность всех вышеуказанных ответов.

7. Как влияет температура расплава на растворимость газов в жидком металле:

1. увеличение температуры расплава вызывает рост растворимости газа. При этом происходит поглощение тепла (Н > 0), например, в металлах Mg, Al, 2. увеличение температуры расплава вызывает снижение растворимости газов в жидком металле. При этом происходит выделение тепла (Н < 0), например, в металлах тугоплавких (Ti, V, W, Mo) и редкоземельных 8. Главным источником водорода является влага, появляющаяся в результате сгорания углеводородов, природного газа и нефти, она адсорбируется на поверхности шихты и содержится в шлаках, …, в свежей футеровке печей и ковшей:

При tнпл металл) Твердый металл при tкпл Коэффициент потенциального пересыщения расплава П Как видно из табл. 1, наибольшее содержание растворенного водорода наблюдается в Mg и Ni, а наименьшее в алюминии. С помощью Коэффициента потенциального пересыщения расплава где [н]меж и [н]меТВ – содержание растворенного водорода в жидком и твердом металлах. Обосновать поражение металлов газовой пористостью водородного происхождения:

1. в алюминиевых сплавах не наблюдается поражение их водородной пористостью, так как водород плохо растворяется в жидком и твердом состояниях алюминия, несмотря на большое значение коэффициента 2. в других металлах (Mg, Ni, Fe) водород хорошо растворяется и коэффициент П весьма мал, поэтому происходит поражение сплавов 3. из-за ничтожно малой растворимости водорода в алюминии в твердом состоянии (0,05 см3/г) по сравнению с его растворимостью в жидком состоянии (0,07см3/г) коэффициент потенциального пересыщения П = 13. Поэтому возможно поражение отливки водородной пористостью, 9. Анализируя диаграммы состояния Ag – O, Cu – O и Ti – O, сделать выводы о появлении газовой пористости в отливке:

Рис. 1. Диаграммы состояния систем Ag – O2 (а), Cu – O2 (б) и Ti – O2 (в) 1. особенность поведения металлических жидкостей Cu и Ti, содержащих растворенный кислород, заключается в том, что при охлаждении и кристаллизации кислород никогда не выделяется из раствора в свободном виде, а переходит, либо целиком в твердый раствор (система Ti – O), либо в твердые соединения – оксиды, в результате перитектического и эвтектического превращения (системы Cu – O). Это значит, что кислород в подобных системах не вызывает газовой пористости.

В системе Ag – O соединение Ag2O устойчиво лишь ниже 190 C.

Поэтому при кристаллизации серебра, содержащего растворенный кислород, этот газ выделяется в свободном виде при 9400С по так называемой газоэвтектической реакции: Ж кристалл +газовая пористость кислородного происхождения.

2. в системе Ag – O и Cu – O не наблюдается выделение кислорода, он находится в виде оксидов CuO и Ag2O.

3. в системе Ti – O кислород выделяется из –твердого раствора, так его растворимость по мере охлаждения в нем уменьшается. Происходит поражение отливки кислородом.

Тема лекции № 8: «Физико – химические основы раскисления и 1. Дать определение терминов раскисления, рафинирования и дегазации:

1. под раскислением следует понимать процесс снижения содержания в стали вредного влияния на ее свойства кислорода, азота и сера при помощи какого-либо одного или нескольких элементов – раскислителей;

под дегазацией стали понимают снижения содержания водорода, кислорода и азота, а также их химических соединений в расплаве путем вакуумирования и продувкой нейтральным газом.

рафинирование – удаление избыточных примесей, содержащихся в исходном металле, также неметаллических включений путем окисления примесей продувкой кислородом.

2. под раскислением следует понимать процесс снижение содержания в стали газов при помощи активных элементов – раскислителей.

под дегазацией стали обычно понимают снижение содержания водорода и азота и она сводится к приведению металла в контакт с газовой фазой, имеющей парциальное давление удаляемого газа значительно меньше, чем давление выделения его в металле (вакуумирования, продувкой нейтральным газом, обработка электрическим током и др.).

рафинирование – удаление избыточных примесей, содержащихся в металле 3. совокупность ответов 1 и 2.

2. Основные задачи раскисления:

1. понижение содержания растворенного в металле газов до пределов, при которых обеспечивается получение качественного слитка и отливки. При этом в металл вводят элементы – раскислители, образующие при данных термодинамических условиях (составе, температуре, давлении) оксиды, нитриды более прочные, чем FeO и нерастворимые в стали.

2. раскислению подвергают лишь расплавы, где кислород присутствует в свободном состоянии или в связанном состоянии с кислородом. Остальные 3. совокупность ответов 1 и 2.

3. По принципу удаления кислорода из металла, различают осаждающее, экстракционное, (дифузионное) и вакуумно – углеродное раскисление. Чем отличаются все эти способы раскисления:

1. осаждающее раскисление – перевод растворенного кислорода в нерастворимые оксиды с меньшей плотностью, чем жидкая сталь, путем ввода активных элементов (Al, Si, Mu, P3M в сталях).

экстракционное раскисление сводится к приведению металла в контакт со шлаком, имеющим окисленность (содержание оксидов железа) во много раз меньшую, чем шлак периода окислительного рафинирования. При этом в соответствии с законом распределения концентрация кислорода в металле уменьшается, стремясь к равновесию с новым раскислительным шлаком:

содержание оксида железа в шлаке, %. L0 – коэффициент распределения Вакуумно – углеродное раскисление состоит в существенном смещении реакции [С] + [0] = {СО} вправо, снижении парциального давления СО в газовой фазе путем воздействия на металл вакуумом или инертным газом:

[0] = РСО/ КС [С]. Из этого выражения видно, как существенно возрастает раскислительная способность углерода при снижении РСО.

В обычных условиях плавки стали металл во время вакуумирования и продувки нейтральным газом постоянно контактирует с материалом футеровки печи или ковша и шлаком, состоящим из различных оксидов.

В этих условиях возможно восстановление компонентов оксидных фаз, например, смещение реакции [Si] + 2[0] = (SiО2) влево, в результате повышается содержание [0] при углеродном раскислении. Поэтому на остаточное содержание кислорода [0] начинает влиять реакция восстановления кислорода из оксидных фаз. В результате степень раскисления снижается. Поэтому вместо шамотного кирпича (SiО2) используют в качестве футеровки доломитовую или магнезитовую 3. совокупность перечисленных ответов.

4. Свойства неметаллических включений, необходимых для их удаления из расплава:

1. температура плавления и плотность: температура плавления продуктов раскисления может быть выше или ниже температуры жидкой стали.

Продукты раскисления, содержащие большое количество закиси железа и силикатов марганца, имеют температуру плавления ниже температуры стали. Для удаления неметаллических включений необходимо, чтобы их плотность была ниже плотности жидкой стали.

2. температура плавления неметаллических включений не влияет на скорость 3. совокупность двух предыдущих ответов.

5.По источникам образования неметаллических включений (по происхождению) неметаллические включения классифицируются на:

1. экзогенные, эндогенные и экзоэндогенные.

2. экзогенные, микроскопические и макроскопические.

3. экзогенные, экзоэндогенные и остроугольные.

6. Экзогенные:

1. включения, состоящие из огнеупорных материалов и шлака, механически увлекаемые потоком жидкого металла во время выпуска и разливки и фиксируемые в затвердевшей стали.

2. включения, образующиеся в результате раскисления вследствие протекания 3. совокупность вышеуказанных ответов.

7. Эндогенные:

1. включения, образующиеся в результате протекания различных физико – химических процессов в самом металле во время его раскисления, кристаллизации и охлаждения в жидком и твердом состояниях.

2. включения, образующиеся на готовых поверхностях экзогенных включений.

3. включения, образующиеся на шлаковых включениях.

8. Экзоэндогенные:

1. включения, когда эндогенные включения выделяются на экзогенных, например, на поверхности неметаллических частиц, содержащихся в 2. включения, когда экзогенные включения кристаллизируются совместно с эндогенными, образуя эвтектику с низкой температурой кристаллизации.

3. включения, когда экзогенные включения кристаллизируются на включениях эндогенных, как центры кристаллизации.

9. По моменту (времени) образования эндогенные включения принято делить на первичные, вторичные, третичные и четвертичные (по В. И. Явойскому). Когда и при каких условиях кристаллизируются эти включения:

1. первичные эндогенные включения образуются в момент раскисления, когда создаются благоприятные условия протекания химических реакций с образованием неметаллических включений (оксидов, нитридов, карбидов и вторичные включения выделяются во время охлаждения жидкого металла от температуры раскисления до температуры кристаллизации.

третичные включения возникают при кристаллизации стали вследствие снижения растворимости в металле как кислорода, серы и других вредных примесей, так и продуктов их реакции с другими компонентами стали.

четвертичные включения выделяются во время охлаждения затвердевшей стали в результате снижения растворимости химических соединений (или газов, примесей и др.) при фазовых превращениях ( – Fe - Fe - Fe).

2. первичные эндогенные включения кристаллизируются из жидкой фазы при раскислении, вторичные – из аустенита, третичные – из феррита, а четвертичные – при комнатной температуре.

3. первичные эндогенные включения образуются в жидком состоянии поле раскисления, вторичные – при кристаллизации аустенита, третичные – при взаимодействии раскислителей суглеродом, а четвертичные – из феррита.

10.По размерам неметаллические включения делят на макро– и микроскопические. Эта классификация условная, так как размеры неметаллических включений колеблются от 10-5 до 10-1 мм. Макроскопическими называют те включения, которые можно обнаружить невооруженным глазом или при увеличении на 30.

Какие включения по форме и характеру расположения в объеме металла самые вредные для механических свойств сталей:

1. самыми опасными являются включения в виде тонкой пленки, расположенные по границам зерен. Такими включениями являются оксиды и сульфиды железа, особенно их расплавы (эвтектики), смачивающие металл. По этой причине проявляется красноломкость (при наличии серы), когда при высоких температурах расплавленные включения вызывают расслабление междендритных связей.

Включения, имеющие острые грани, представляют собой большую опасность, так как служат местом концентрации напряжений и начала разрушения изделия. Как правило, они имеют температуру кристаллизации значительно выше температуры начала кристаллизации аустенита.

Включения округлой формы, имеющие относительно крупные размеры, приносят меньший вред, так как могут служить местом прекращения разрушения изделия, начавшемся на ближайшем участке. Они образуются в том случае, если имеют температуру плавления ниже температуры затвердевания металла и смачивают или плохо смачивают твердое железо.

Такими включениями являются силикаты.

И, наконец, субмикроскопические включения, расположенные равномерно по всему объему металла, приносят наименьший вред, а в ряде случаев являются очень полезными для получения мелкозернистого аустенита при производстве термоупрочняемой стали. Для этой цели стали легируют азотом для зарождения центров кристаллизации аустенита – субмикроскопических нитридов и карбонитридов ([N] = 0,015 – 0,03 и 2. любые неметаллические включения отрицательно влияют на механические свойства Тема лекции № 9: «Усадочные процессы в затвердевающей отливке»

Усадочной пористостью называют скопление мелких пустот, образующихся в результате усадки при затвердевании небольших объемов жидкого металла, изолированных в процессе формирования отливки от источников питания жидким металлом.

1. Когда и где образуется рассеянная пористость и меры борьбы с ней:

1. рассеянная пористость образуется во всем объеме. Каждая пора возникает в результате сокращения объема при затвердевании микроскопического объема жидкого металла, обособленного от зоны локальных перемещений вследствие неравномерного роста кристаллов. Чем дисперснее структура дендритов, тем меньше радиус усадочной пористости.

При полном отсутствии газовыделения при кристаллизации усадочной пористость формируется в условиях вакуума. Если при кристаллизации выделяются газы, то они могут вытеснять жидкий металл из района поры, поэтому реальная пористость всегда имеет смешанный газоусадочный Для повышения плотности (уменьшения пористости) и улучшения свойств сплавов, кристаллизирующихся в широком интервале температур, применяется обработка давлением в автоклаве (5 – 10 ат под газом). Кроме влияния собственного давления на пропитку отливки, повышение давления способствует растворению газов в металле, тем самым формирует развитие 2. тоже самое. Для повышения плотности (уменьшения пористости) необходимо раскисление стали для связывания газов в оксидную фазу.

3. для повышения плотности лучше легировать стали химическими элементами, обладающими более высокой плотностью, чем железо.

2. Где образуется зональная пористость:

1. в осевых частях плоских и призматических элементах отливки.

2. в утолщениях и сопряжениях стенок.

3. в зонах местных разогревов при подводе литников.

4. в зонах усадочной раковины.

5. совокупность всех ответов, кроме ответа под №4.

3. Меры борьбы с усадочной пористостью:

1. кристаллизация под повышенным газовым давлением.

2. создание направленного затвердевания от отдельных частей отливки к 3. предварительный нагрев формы при помощи графитовых нагревателей, установленных в форме при ее изготовлении (применяется для получения лопаток газовых турбин из никелевых сплавов).

4. совокупность всех трех ответов с дополнением:

- уменьшение ширины двухфазной зоны (А + Ж) в сечении затвердевающей - увеличение объема сосредоточенной усадочной раковины.

4. Как влияет состав сплава на процессы усадки (рис. 1) на диаграмме состояния:

1. в чистых металлах и эвтектическом сплаве (составы 1 и 4) формируются усадочные раковины и пористость почти не имеет развития. При увеличении интервала кристаллизации (составы 2 и 3) большая часть усадочных пустот представлена порами. Пористость получает максимальное, а усадочная раковина минимальное развитие для состава 3, соответствующего концентрации в точке пересечения линии температур на границе выливаемости 2. максимальная усадка и пористость наблюдаются у чистых металлов и эвтектического сплава (составы 1 и 4), а минимальная усадочная раковина и пористость – в доэвтектических сплавах (состав 3).

3.пористость и усадочная раковина минимальны у доэвтектических сплавов (состав 3), а в эвтектическом (состав 4) наблюдается максимальная пористость и усадка.

Рис. 1. Связь развития усадочных пустот с диаграммой состояния 5.Как влияет критерий К для оценки характера затвердевания и распределения усадочных раковин и пористости:

Характер затвердевания реальной отливки может быть различным – последовательным, объемным и двухфазным. Все зависит от интервала температур кристаллизации сплава (от состава) и скорости охлаждения отливки, определяемой теплофизическими характеристиками формы Рис. 2. Стадии затвердевания отливки: 1 – твердожидкая 1 – изосолида; 2 – граница выливаемости; 3 – изоликвида В качестве критерия для оценки характера затвердевания можно использовать отношение К = Ткр /Т, где Ткр – интервал кристаллизации. Т – препад температур в сечении отливки.

При каких значениях К происходят объемное, последовательное и двухфазное затвердевание и как влияют значения К на усадочные процессы:

1. при Ткр< Т, т. е. при малом значении Ткр по сравнению с перепадом температур Т, затвердевание является последовательным (К < 1).

Последовательное затвердевание протекает при одной и той же температуре без интервала затвердевания (рис.2, а), т. е. при эвтектической кристаллизации и кристаллизации чистых металлов. При этом в тепловом центре или тепловых узлах отливки формируется сосредоточенная усадочная раковина (рис. 1, При Ткр > Т, т. е. при большом значении Ткр по сравнению с Т, затвердевание является объемным (К > 1, рис. 2, в).

Затвердевание, протекающее с образованием двухфазной зоны разной ширины, называют двухфазным затвердеванием (рис. 2,б). Наблюдается пористость и небольшая усадочная раковина (рис. 1, сечения № 2-3).

2. при Ткр< Т, т. е. при К < 1 – объемное затвердевание. Наблюдается рассеянная При Ткр > Т, т. е. при К > 1 – последовательное затвердевание. Наблюдается усадочная раковина без пористости.

В двухфазной зоне большой ширины всегда наблюдается усадочная раковина и усадочная пористость.

3. в доэвтектических сплавах всегда наблюдается усадочная раковина и усадочная пористость независимо от характера затвердевания.

6. Прибыль и место ее установки на отливках:

1. прибыль является основным средством устранения усадочной раковины и представляет собой технологический элемент, в котором должна быть сосредоточена область усадочной раковины и который отделяется от отливки в процессе обработки (резки). А также является средством ослабления зональной пористости и сборником загрязнений, всплывающих из жидкого металла в процессе затвердевания.

Прибыль должна устанавливаться на более массивном элементе каждого Расстояние между прибылями зависит от толщины стенок отливки: при 60 мм 2. прибыль является источником питания для устранения усадочной пористости в тонких частях отливки. Прибыль должна устанавливаться на наиболее тонких частях отливки для лучшего его питания.

3. прибыль устанавливается равномерно по всей длине отливки для улучшения питания во всем объеме отливки.

7. Какие напряжения вредны для отливок:

1. если в отливке в процессе охлаждения в результате фазовых, структурных превращений и большего градиента температуры возникают растягивающее напряжения, превышающие прочность материала, то металл разрушается.

Сжимающие напряжения не вредны для отливок.

2. сжимающие напряжения всегда вредны для прочности, чем растягивающие.

3. все напряжения разрушают отливки.

Тема № 10: «Теоретические и технологические основы образования Горячие трещины появляются тогда, когда деформация растяжения, развивающаяся в затвердевшей отливке при торможении ее свободной усадки в результате сопротивления части формы между поперечными ребрами, исчерпывает деформационную способность сплава.

Условимся, что о – предельная относительная деформация растяжения сплава в момент времени затвердевания отливки, когда в ней образуется горячая трещина. Пусть – относительная деформация растяжения отливки в тот же момент времени ее затвердевания, численно равная величине относительной затрудненной усадки отливки:

у – относительная свободная линейная усадка сплава в момент времени образования горячих трещин в затвердеваемой отливке.

п – относительная податливость формы, равная абсолютной деформации части формы между ребрами во время усадки, отнесенной к расстоянию между ребрами.

р – относительное расширение формы в результате ее нагревания во время затвердевания отливки, равное абсолютному расширению части формы между ребрами, отнесенному к той же длине.

о – предел прочности на разрыв сплава в тот момент времени затвердевания отливки, когда в ней образуется горячая трещина.

- действующее в отливке напряжение в тот же момент времени ее затвердевания, возникающее при торможении свободной линейной усадки.

1. Укажите при каких соотношениях вышеуказанных деформаций и пределах прочности возникают горячие трещины:

1. горячей трещины в отливках не будет, если 2. горячие трещины в отливках возникают, если 3. в любых случаях в отливках возникают горячие трещины, если 2. Укажите пути устранения горячих трещин в отливках:

1. создание конструкции отливки с минимальным затруднением свободной линейной усадки, лучше без элементов торможения усадки.

2. увеличение податливости п формы и стержней ( = у – п – р). Например, оболочковые формы из специальной податливой смеси для форм и стержней.

3. увеличение деформационной способности о (предела прочности о и уменьшение свободной линейной усадки у сплавов ( у), т. е. создание специальных литейных сплавов.

4. совокупность всех вышеперечисленных ответов.

3. Для гарантированного предотвращения образования горячих трещин в отливках при литье в металлические формы необходимо, чтобы:

у – растягивающее напряжение в отливке, вызванное полным торможением свободной линейной усадки.

р - растягивающее напряжение в отливке, соответствующее ее деформации на р, которое возникает в результате термического расширения формы и стержней во время затвердевания.

4.Связь горячеломкости с диаграммой состояния:

1. максимальной горячеломкостью обладает сплав, практически совпадающий по составу с концентрационной границей появления эвтектики в равновесных и неравновесных условиях кристаллизации, где наблюдается максимальный эффективный интервал кристаллизации (t = tл - tэ). Снижение горячеломкости при повышении содержания эвтектики происходит вследствие увеличения относительного удлинения в интервале хрупкости и уменьшения линейной усадки в интервале кристаллизации.

2. максимальная горячеломкость наблюдается в эвтектическом сплаве, так как при этом составе фиксируется максимальное количество горячей эвтектики.

3. горячеломкость постоянно уменьшается по мере повышения второго компонента в двойной диаграмме состояния.