Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет»
ТЕОРИЯ ЛИТЕИНЫХ ПРОЦЕССОВ
Под редакцией доктора технических наук, профессора Ри Хосена
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области металлургии в качестве учебника
для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Литейное производство черных и цветных металлов»
Хабаровск
2008
УДК 621.745.4:669(075.8) ББК К61
Т 338
Серия «Учебники Тихоокеанского государственного университета»
А в т о р с к и й к о л л е к т и в :
В.Д. Белов, М. А. Иоффе, В. М. Колокольцев, Хосен Pu, Э. X Ри,\Г. И Тимофеев]
Р е ц е н з е н т ы :
кафедра «Физико-химия литейных процессов» Санкт-Петербургской государственной академии (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Г. А. Косников);
завкафедрой «Литейное производство» Южно-Уральского государственного университета д-р техн. наук, проф. Б. А. Кулаков
Теория литейных процессов: учебник / В. Д. Белов [и др.]; Т338 под ред. Хосена Ри. - Хабаровск: Изд-во «РИОТИП» краевой
типографии, 2008. - 580 с. ISBN 978-5-88570-006-0
Изложены современные представления о строении и свойствах жидких металли ческих сплавов и их взаимосвязи в жидком и твердом состояниях. Дано научное обос нование выбора и расчета технологических параметров, обеспечивающих получение отливок заданного сплава при их течении и кристаллизации (затвердевании). Подробно рассмотрены современные методы исследования строения и структурно-чувствитель ных свойств металлических расплавов, основные законы химической термодинамики и их приложения при выплавке, раскислении, рафинировании, дегазации, микролегиро вании и др. Проанализированы условия возникновения химической неоднородности сплава по сечению отливки, развития в отливке усадочных раковин и пор, появления газовых дефектов и трещин.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Литейное производство черных и цветных металлов», аспирантов, преподавателей, научных и практических работников.
|
|
УДК 621.745.4:669(075.8) |
|
|
ББК К61 |
ISBN 978-5-88570-006-0 |
© |
Тихоокеанский государственный |
|
|
университет, 2008 |
|
© |
Коллектив авторов, 2008 |
О г л а в л е н и е |
|
ВВЕДЕНИЕ |
9 |
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕОРИИ ЛИТЕЙНЫХ |
|
ПРОЦЕССОВ........................................................................................................ |
10 |
1.1. Сущность литейного производства............................................................. |
10 |
1.2.Краткий исторический обзор возникновения теории литейных
|
процессов.......................................................................................................... |
11 |
Вопросы для самоконтроля знаний |
13 |
|
Библиографический список.............................................................................................................. |
13 |
|
ГЛАВА 2. СТРОЕНИЕ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ |
14 |
|
2.1. |
Характеристика металлических расплавов |
14 |
2.2. |
Общие сведения о жидком состоянии |
14 |
2.3.Методы исследования строения расплавленных металлов и спла
|
вов |
17 |
2.4. Основные модели строения жидких металлов.......................................... |
27 |
|
Вопросы для самоконтроля знаний |
30 |
|
Библиографический список.............................................................................................................. |
30 |
|
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ |
|
|
СТРУКТУРЫ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ |
3 1 |
|
3.1. |
Вязкость |
31 |
3.2. |
Плотность........................................................................................................... |
40 |
|
3.2.1. Объемные характеристики................................................................ |
41 |
|
3.2.2. Связь объемных характеристик с координационным числом |
|
|
и другими свойствами жидких металлов |
42 |
|
3.2.3. Методы измерения плотности |
45 |
3.3. |
Электросопротивление.................................................................................... |
49 |
3.4. |
Поверхностное натяжение |
52 |
|
3.4.1. Поверхностное натяжение и смачиваемость |
53 |
|
3.4.2. Методы определения поверхностного натяжения |
57 |
3.5. Тепловые свойства жидких металлов |
60 |
|
3.6. |
Диффузия в металлических расплавах........................................................ |
64 |
3.7. |
Давление пара металлов.................................................................................. |
64 |
Вопросы для самоконтроля знаний |
66 |
|
Библиографический список.............................................................................................................. |
67 |
|
ГЛАВА 4. СТРУКТУРНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА |
|
|
ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ РАСПЛАВОВ |
69 |
|
4.1. |
Железоуглеродистые расплавы типа сталей |
69 |
4.2. |
Форма присутствия углерода в расплавах Fe-C |
70 |
4.3. |
Диаграмма состояния расплавов F e-C ......................................................... |
72 |
4.4. |
Железоуглеродистые расплавы типа чугунов........................................... |
74 |
4.5.Модели строения железоуглеродистых расплавов (жидких чугу
нов) ..................................................................................................................... |
84 |
Вопросы для самоконтроля знаний |
88 |
Библиографический список.............................................................................................................. |
89 |
ГЛАВА 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ |
|
ПЛАВИЛЬНОГО ПРОЦЕССА |
90 |
5.1.Влияние металлургической наследственности шихтовых материалов
|
при выплавке металлических сплавов на их свойства |
90 |
5.2. |
Основные понятия химической термодинамики |
92 |
5.3. |
Плавление и испарение металлов |
98 |
|
5.3.1. Плавление и легирование металлов и сплавов |
98 |
|
5.3.2. Испарение металла при плавке сплавов |
109 |
5.4. |
Состав и свойства шихтовых материалов |
114 |
5.5. |
Тепловые и физико-механические воздействияна расплавы |
122 |
|
5.5.1. Аномальный характер изменения физических свойств |
|
|
расплавов и его связь с механическими и литейными |
|
|
характеристиками................................................................................. |
122 |
|
5.5.2. Влияние температурных режимов плавки и легирования |
|
|
алюминия и его сплавов на их механические характеристики |
129 |
5.5.3.Влияние термоскоростной обработки расплавов на структурообразование и механические свойства отливок из
алюминиевых сплавов и чугунов |
140 |
5.6.Обработка сплавов в жидком состоянии методами внешнего
|
воздействия |
145 |
Вопросы для самоконтроля знаний |
154 |
|
Библиографический список................................................................................................................. |
155 |
|
ГЛАВА 6. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ (ПРОЦЕСС ЗАПОЛНЕНИЯ |
|
|
ФОРМЫ ЖИДКИМ МЕТАЛЛОМ) |
156 |
|
6.1. |
Законы гидростатики |
156 |
6.2. |
Законы гидродинамики |
160 |
6.3. |
Классификация способов заливки форм |
161 |
6.4. |
Литниковая система |
163 |
6.5.Виды местных сопротивлений и соответствующих потерь
|
гидростатического напора............................................................................... |
174 |
6.6. |
Физика течения и структура потоков жидких металлов......................... |
178 |
6.7. |
Расчет истечения металла из ковша и заполнения формы...................... |
181 |
6.8. |
Движение неметаллических частиц в потоке расплава и их задержание ... |
184 |
6.9.Конструкция литниковой системы для создания условий задержания
неметаллических част иц |
187 |
6.10. Жидкотекучесть металла и заполняемость форм........................................ |
191 |
6.11. Охлаждение металла при разливке |
200 |
Вопросы для самоконтроля знаний |
201 |
Библиографический список.................................................................................................................. |
201 |
ГЛАВА 7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ С ГАЗАМИ, |
|
МАТЕРИАЛАМИ ТИГЛЕЙ И ФУТЕРОВКОЙ ПЛАВИЛЬНЫХ |
|
ПЕЧЕЙ |
202 |
7.1.Происхождение, основные закономерности растворения газов и
|
взаимодействия металлических расплавов с газами |
202 |
7.2. |
Взаимодействие жидких металлов с водородом, кислородом и азотом |
212 |
7.3. |
Взаимодействие жидких металлов со сложными газами......................... |
220 |
7.4.Взаимодействие жидких металлов с материалами тиглей и
|
футеровкой плавильных печей.................................................................... |
|
|
224 |
7.5. |
Физико-химические взаимодействия расплава с формой...................... |
|
227 |
|
|
7.5.1. Пригар................................................................................................... |
|
|
227 |
|
7.5.2. Поверхностное расширение и ужимины....................................... |
|
227 |
|
|
7.5.3. Ситовидная пористость..................................................................... |
|
|
232 |
Вопросы для самоконтроля знаний................................................................................................ |
|
|
234 |
|
Библиографический список............................................................................................................. |
|
|
234 |
|
ГЛАВА 8. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСКИСЛЕНИЯ |
|
|
||
И РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ |
|
235 |
||
8.1. |
Содержание газов в стали перед раскислением |
|
235 |
|
8.2. |
Влияние газов на свойства стали |
|
|
237 |
8.3. |
Влияние газов на свойства чугунов |
|
240 |
|
8.4. |
Раскислительная способность элементов |
|
242 |
|
|
8.4.1. Раскисление, рафинирование и дегазация расплавов.................. |
242 |
||
|
8.4.2. Важнейшие раскислители |
|
|
243 |
|
8.4.3. Способы раскисления |
|
|
244 |
|
8.4.4. Основные задачи раскисления и требования к раскислителям |
246 |
||
8.5. |
Термодинамика раскисления ........................................................................ |
|
|
248 |
8.6. |
Защита расплавов от взаимодействия с атмосферой при плавке......... |
255 |
||
8.7. |
Влияние газов на свойства алюминиевых сплавов |
|
258 |
|
|
8.7.1. Источники насыщения |
алюминиевых сплавов |
водородом |
|
|
в процессе их приготовления и разливки..................................... |
|
258 |
|
|
8.7.2. О формах взаимодействия водорода с алюминиевыми |
|
||
|
сплавами |
|
|
263 |
|
8.7.3. Влияние газов на свойства алюминиевых сплавов..................... |
|
264 |
|
8.8. |
Основы теории рафинирования и дегазации металлических сплавов |
265 |
||
|
8.8.1. Окислительное рафинирование |
|
266 |
|
|
8.8.2. Рафинирование металлических расплавов испарительно |
|
||
|
конденсационными мегодами |
|
266 |
|
|
8.8.3. Рафинирование |
металлических |
сплавов |
|
|
кристаллизационными способами |
|
269 |
|
|
8.8.4. Рафинирование расплавов от нерастворимых оксидных |
|
||
|
включений и способы их удаления |
|
273 |
|
8.9. |
Дегазация металлических сплавов............................................................... |
|
277 |
|
8.10. |
Характеристика продуктов раскисления и их классификация |
286 |
||
Вопросы для самоконтроля знаний |
|
|
289 |
|
Библиографический список.............................................................................................................. |
|
|
290 |
|
ГЛАВА 9. ПЕРВИЧНАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ. |
|
|||
ЛИКВАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ........................................................................ |
|
|
291 |
|
9.1.Предкристаллизационное состояние расплавленных металлов и
|
сплавов |
292 |
9.2. |
Термодинамическая теория кристаллизации |
294 |
9.3. |
Кинетика кристаллизации |
296 |
9.4. |
Зарождение центров кристаллизации |
298 |
|
9.4.1. Самопроизвольное зарождение центров кристаллизации |
298 |
|
9.4.2. Несамопроизвольное зарождение центров кристаллизации..... |
302 |