Контрольные вопросы

1. Укажите основные причины возникновения пригара на поверхности отливок: механического, химического, термического.

2. Почему механический пригар является трудноотделяемым?

3. Какие меры препятствуют образованию механического , химического, термического пригара?

4. При каких условиях пригарный слой легко удаляется с поверхности отливок?

5. Приведите уравнения, характеризующие а) глубину проникновения жидкого металла в поры песчаной формы; б) количество металла, заполнившего поры поверхностного слоя песчаной формы.

6. Поясните, какие технологические факторы определяют толщину пригарного слоя на поверхности отливки?

7. Влияет ли температура заливаемого металла и теплоаккумулирующая способность формы на пригарообразование?

8. Почему при добавлении в смесь высших окислов железа удается улучшить качество поверхности чугунных и стальных отливок?

9. Почему отливки из высокомарганцовистых и аустенитных сталей склонны к образованию выраженного пригара? Почему стальной расплав перед заливкой в форму необходимо раскислять?

7. Основы приготовления литейных сплавов

7.1. Характеристика процессов плавления сплавов

Литые детали определяют надежность и ресурс работы всего изделия в условиях его эксплуатации. ропрочность и др. Для этого необходимо детали изготавливать из сплавов с высокими литейными свойствами, определяющими плавку, заливку, а также затвердевание (кристаллизацию) металла. Чистые металлы и сплавы эвтектического состава переходят из твердого в жидкое состояние (процесс плавления) при определенной температуре, Т_пл которая является постоянной во время плавления для каждого металла,рис.7.1

Рис.7.1. Кинетика процессов: нагрева (1), плавления (2) и кипения (3), характерная для чистых металлов и эвтектик (а), для сплавов, плавящихся в интервале температур T_L-T_S (б)

Эта характеристическая температура называется температурой плавления (Т_пл); она зависит от внешнего давления.

Сплавы, в отличие от чистых металлов, в большинстве случаев плавятся в некотором интервале температур, зависящем от состава сплава и внешнего давления, рис.7.2 .

Тепло, затраченное на расплавление металла (скрытая теплота плавления), расходуется на преодоление межатомных связей и увеличение объема; при кристаллизации эта теплота выделяется.

Различают молярную скрытую теплоту плавления ∆H_пл и удельную скрытую теплоту плавления ∆L_пл , ∆H_пл имеет размерность Дж/моль, ∆L_пл Дж/кг.

Взаимосвязь между ∆H_пл и ∆L_пл определяется соотношением:

∆H_пл=∆L_пл∙M, (7.1)

где M – мольная масса данного металла.

Скрытая теплота плавления ∆H_пл зависит как от внешнего давления, так и присутствия в составе сплава других элементов. Зависимость ∆H_пл от внешнего давления выражается уравнением Клаузиуса:

, (7.2)

где – разность молярных объемов в жидком ) и твердом ( ) состояниях;

– показатель изменения температуры от давления.

Из уравнения (7.2) находим ∆H_пл

, (7.3)

Зависимость молярной теплоты плавления от давления и температуры плавления прямая, т.е. чем они выше, тем больше необходимо теплоты для плавления.

Влияние присутствия в сплаве примесей на теплоту плавления зависит от концентрации примесей и их атомной массы. Температуру плавления сплава можно рассчитать по уравнению:

, (7.4)

где – температура плавления чистого металла (металлоосновы);

, , – численное значение понижения температуры плавления чистого металла, приходящееся на один массовый процент элементов A; B; i;

a; b; i – массовая доля элементов A, B, i в составе сплава ( в процентах).

Влияние некоторых легирующих элементов на понижение температуры плавления сплава на основе чистого железа, вызванное присутствием 1 масс % растворенного элемента, отражено в табл. 7.1

Плавление связано с изменением энтропии ∆S, при изотермическом процессе справедливо равенство

(7.5)

Таблица 7.1

Показатели понижения температуры ∆T

Элемент	∆T, °C
Хром (Cr)	1
Ванадий (V), Молибден (Mo), Марганец (Mn)	2
Алюминий (Al)	3
Никель (Ni)	3,5
Кремний (Si)	12
Титан (Ti)	18
Фосфор (P)	28
Сера (S)	30
Углерод (C)	73
Бор (B)	90

При плавлении ∆S возрастает, при затвердевании понижается.

Образование жидких сплавов сопровождается взаимным растворением элементов; для этого расходуется теплота образования, которая определяется энергией, поглощенной или выделившейся при взаимном растворении двух или более элементов, взятых при одинаковой температуре. Энергию, поглощенную системой, считают положительной, а выделившуюся – отрицательной. Способность к образованию жидких сплавов характеризуют молярной теплотой смешения ∆H.

В системе двухкомпонентных сплавов (A-B) ∆H изменяется в зависимости от соотношения A/B по кривой, близкой к параболе, рис.7.2, точки экстремумов приходятся на сплавы с соотношением A:B, примерно равным 1.

Рис.7.2. Зависимости теплоты смешения в двухкомпонентных сплавах A-B и C-D

Характер изменения ∆H как по величине, так и по знаку зависит от того, какие фазы образуются при смешении компонентов.

Для системы типа непрерывных твердых растворов от A до B ∆H~0, но положительна; пример систем Au-Cu, Bi-Sb.

Если в сплавах системы A-B при кристаллизации образуются два ограниченных твердых раствора с эвтектическим превращением, то ∆H>0; пример систем: Ag-Cu, Bi-Sn, Pb-Sn.

Если при введении в жидкий металл “С” твердой компоненты “D” переохлаждения расплава не возникает, то ∆H<0; пример систем Cu-Al; Ag-Li; Mg-Sn; Fe-Si: Ni-Si и др., в которых наблюдается даже повышение температуры расплава.