книги / Технология металлов
..pdfТак как площадь основания конического отпечатка прямо пропорциональна приложенной силе, то вычисленная твердость не зависит от величины силы. Эта твердость дает устойчивое соотношение с пределом прочности при растяжении
аь = 0У32НК— 16, где аь— предел прочности при растяжении, кг!мм2.
Испытание алмазной пирамидой (способ Виккерса)
Правильная четырехгранная алмазная пирамида с углом между противоположными гранями 136° под действием силы
образует |
отпечаток на испытуе |
|
мом материале. Поверхность от |
X |
|
печатка |
имеет площадь |
|
X
|
|
\ 7 |
|
|
|
7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 |
|
Р и с. 74. И сп ы тан и е т в ер д о ст и |
Р и с. 75. И сп ы тан и е |
||
стальны м к он усом |
|
т в ер д о ст и п а д а ю |
|
|
d* |
щ им |
бой к ом |
F = |
■ммс |
|
|
|
Л . |
а |
|
|
2 sin |
2 |
|
где d — среднее арифметическое |
длин обеих |
диагоналей, мм; |
а — угол между противоположными гранями.
Твердость в данном случае определяется по силе, приходя щейся на единицу площади поверхности отпечатка:
где Р — сила, действующая на пирамиду, кг.
Твердость записывают с указанием действовавшей при испы тании силы (например, tfd50).
Испытание падающим бойком (способ Шора)
При испытании по способу Шора твердость определяется вы сотой обратного подъема бойка, свободно падающего внутри «вертикальной трубки с определенной высоты (рис. 75). Обрат ный подъем бойка возникает вследствие его удара о поверх ность испытуемого материала, от твердости которого зависит высота подъема. Твердость по Шору является условной безраз мерной величиной.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ
При определении вязкости материалы подвергают динамиче ской нагрузке, т. е. их испытывают ударом. Материалы, легко разрушающиеся под действием удара без заметной пластиче ской деформации, называются хрупкими, а материалы, стойкие
§>
!>
5
Р и с. 76. И сп ы тан и е вязкости:
а й— образец; б — испытание
против удара и разрушающиеся после значительной пластиче ской деформации — вязкими. Наиболее распространено испыта ние на -излом и мало распространено испытание на разрыв. Оба 'вида относятся к ударным, или динамическим, испытаниям.
Для ударного испытания на излом служит образец квадрат ного сечения, ослабленный в середине поперечным надрезом (рис. 76, а). Он помещается на опоры маятникового копра так, чтобы удар бойка маятника приходился с противоположной сто роны надреза (рис. 76, б). При ударе в глубине надреза возни кает объемное напряженное состояние, которое затрудняет пла
стическую деформацию материала и увеличивает его склон ность к хрупкому разрушению.
Маятник, падая с некоторой высоты и 'встречая на своем пути образец, разрушает его и проходит дальше с некоторым подъе мом. Работа маятника, затраченная на излом образца состав ляет
А = Q(H — h) кГм,
где Q —вес маятника, кг;
Н — высота подъема маятника до удара, м;
h — высота подъема маятника после удара, м. Так как
Н = г (1 —cos а)
и
h =г(1 — cosp),
где г — радиус маятника, м; а — угол подъема маятника до удара;
Р — угол подъема маятника после удара,
то
А = Qr (cos р —cos а).
Характеристикой вязких свойств материала служит ударная вязкость:
а= 4 кГм/см2
г
где F — площадь поперечного сечения образца |
в |
месте |
над |
||||
реза, см2. |
|
|
|
|
|
||
|
|
4. О П Р Е Д Е Л Е Н И Е ВЫ Н О СЛ ИВ ОС ТИ |
|
|
|
|
|
В ы н о с л и в о с т ь ю н а з ы в а е т с я с п о с о б н о с т ь ма |
|||||||
т е р и а л а с о п р о т и в л я т ь с я |
у с т а л о с т и |
или |
р а з р у |
||||
ше нию |
от |
п е р и о д и ч е с к и |
п о в т о р я ю щ е г о с я |
д е й |
|||
с т в ия |
сил. |
Разрушение материалов при таком |
переменном |
||||
действии |
сил, а следовательно, при переменных деформа |
||||||
циях и |
напряжениях связано |
с образованием |
и |
постепен |
ным развитием трещин, чему способствует также и концентра ция больших местных напряжений. Однако напряжения, вели чина которых меньше определенного значения, не вызывают образования трещин и разрушения материала даже при неогра ниченно большом числе перемен этих напряжений. При испыта
ниях |
число перемен |
достигает |
нескольких |
миллионов. На и |
б о л ь ше е н а п р я ж е н и е , |
к о т о р о е |
при пе.ре мен-^ |
||
ном |
д е й с т в и и |
сил не |
в ы з ы в а е т |
о б р а з о в а н и я |
т ре щин, н а з ы в а е т с я п р е д е л о м в ы н о с л и в о с т и . Предел выносливости определяют на специальных машинах при всех видах деформации, т. е. при растяжении сжатии, кручении
Рис. 77. Предел выносливости при изгибе
и изгибе. Наиболее распространено испытание на выносливость при изгибе. Кривая испытаний устанавливает зависимость меж ду напряжением а и числом перемен напряжений п до разруше ния (рис. 77). Кривая асимптотически приближается к ординате, равной пределу выносливости ок•
Глава V
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Литейным производством называется процесс получения раз нообразных фасонных отливок путем заливки жидкого металла © литейные формы. С этой целью в основном используются разо вые формы, изготовленные из формовочной смеси, и постоян ные— из чугуна, стали и других материалов.
Фасонные отливки (заготовки, детали машин и изделия) от ливают из чугуна, стали, медных, алюминиевых, магниевых и других сплавов. Вес отливок может быть самым разнообраз ным: от нескольких граммов до сотен тонн. Методом литья можно получить фасонные отливки такой сложной конфигурации, кото рые с помощью других видов производсгва (ковки, штамповки, сварки, механической обработки) изготовить невозможно.
Литейное производство имеет большую историю. Установле но, что оно существовало еще за 5000 лет до нашей эры. Русский, народ славился литейными мастерами. В 1554 г. были отлиты пушки калибром 650 мм. В 1594 г. литейщик Андрей Чохов отлил
из бронзы царь-пушку калибром 730 |
мм, |
весом |
2400 |
пудов |
(39 400 кг). В 1735 г. Иван Моторин |
вместе |
со |
своим |
сыном |
Михаилом отлил величайший в мире царь-колокол весом 1200 пу дов (19 200 кг). Царь-колокол является образцом литейного ис кусства по изяществу формы и отливки, а также по всей величи не. В 1782 г- в Петербурге была отлита статуя «Медного всадника» весом 1300 пудов (21 200 кг) и высотой 10 м.
Но несмотря на это, литейное производство еще до недавнего времени являлось ремеслом, основанным на опыте, интуиции и секретах, передававшихся по наследству.
Современное литейное производство из ремесла превратилось в науку. В нашей стране оно получило широкое распространение только после Октябрьской революции© связи с развитием маши ностроения. В современном машиностроении более60% (повесу) всех деталей изготовляют методом литья.
За прошедшие годы построены новые цехи и новые заводы с полной механизацией процессов производства и автоматиза цией отдельных участков. Разработаны и внедрены новые мето
ды получения литых деталей: в постоянные формы, центробеж ным литьем, литьем под давлением, непрерывным литьем, литьем в оболочковые формы и др., .которые позволяют полу чать отливки высокого качества и с повышенной точностью.
1. ПРОИЗВОДСТВО о т л и в о к в РАЗОВЫХ ФОРМАХ
В литейном производстве около 95% всех отливок изготов ляют в разовых формах.
Рис. 78. Схема технологического процесса производства отливок
Разовая форма служит только один раз и разрушается при извлечении из нее отливки.
Схема технологического процесса производства отливок в ра зовых формах приведена на рис. 78.
Изготовление моделей, стержневых ящиков и опок
Модель по внешнему виду соответствует форме отливки. По модели изготовляют литейные формы из формовочных смесей. В стержневых ящиках изготовляют стержни из стержневых сме сей и устанавливают их в форму. Они образуют внутри отливки полости, отверстия, выемки и выступы.
На моделях изготовляют стержневые знаки. Это выступаю щие части модели, образующие углубления в форме для уста новки стержней при сборке ее.
Для индивидуального и мелкосерийного производства отливок модели и стержневые ящики изготовляют из дерева, а для мас сового производства — из металла. Иногда модели изготовляют из гипса или цемента.
Деревянные модели и стержневые ящики изготовляют из пиломатериалов (брусок, доски) следующих пород дерева: ольхи, клена, бука, сосны и липы. Дерево предварительно под сушивают при температуре 60—70° С. В досках и брусках не должно быть гнили, косослоя, трещин и других пороков. Нали чие влаги в древесине после высушивания не должно превышать
8— 10%.
Металлические модели изготовляют из чугуна, алюминиевых сплавов, бронзы, латуни и стали. Наибольшее распространение получили алюминиевокремниевые и алюминиевомедные сплавы, имеющие малый удельный вес, легко поддающиеся механической обработке и устойчивые в эксплуатации.
Опоки изготовляют из дерева, чугуна, стали и алюминиевых сплавов.
Формовочные материалы и смеси и требования, предъявляемые к ним
Формовочные материалы. Для изготовления форм и стерж ней применяют формовочные и стержневые смеси, состоящие из различных формовочных материалов (пески, глины, связующие
и противопригарные |
добавки, |
древесные |
опилки, асбестовая |
крошка, торф и др.). |
пе с ок |
состоит из |
зерен кварца (SiC^) |
Фо р м о в о ч н ы й |
различной величины, глинистой составляющей и небольшого ко личества примесей. В зависимости от содержания этих компонен тов формовочные пески по ГОСТ 2138—56 подразделяются на классы.
Зерна песка имеют различную форму и величину. По форме зерен пески подразделяются на округлые, полуокруглые, остро угольные и осколочные.
Крупность песка определяется величиной зерен в основной фракции. Основной фракцией песка считается наибольшая сум ма остатков иа трех смежных ситах. В зависимости от величины зерен основной фракции формовочные пески подразделяются на группы (табл. 12).
В зависимости от величины остатка на крайних ситах основ ной фракции формовочные пески разделяются на две категории:
А (когда остаток на крайнем верхнем сите основной фракции больше, чем на крайнем нижнем сите) и Б (когда остаток на крайнем нижнем сите больше, чем на крайнем верхнем сите).
|
Группы формовочных песков |
Т а б л и ца |
12 |
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Номера сит смежных |
||||
|
Наименование песка |
Группа |
размеров, на которых |
||||
|
остаются |
зерна |
|||||
|
|
|
основной фракции |
||||
Грубый |
. . |
003 |
1, 0,63, 04 |
|
|||
Очень грубый |
04 |
063, |
04, 0315 |
||||
Крупный |
|
0315 |
04, |
0315, |
025 |
||
Средний |
|
025 |
0315, |
025, |
016 |
||
Мелкий . . . |
016 |
025, |
016, |
01 |
|||
Очень мелкий |
01 |
016, |
01, |
063 |
|||
Тонкий |
|
0063 |
01, |
0063, 005 |
|||
Пылевидный............................................. |
005 |
0063, |
005, |
тазик |
Согласно ГОСТ 2138—56, формовочные пески по характеру распределения зерен делятся на следующие группы:
1)пески с концентрированной зерновой структурой, у кото рых преобладающая масса зерен сосредоточена на трех смежных ситах;
2)пески с рассредоточенной зерновой структурой, у которых
главная масса зерен распределена более, чем на трех ситах.
К ним относятся пески:
а) крупные КРК —сумма остатков на ситах 04, 0315 и 025
не менее 60%; б) средние КРС —сумма остатков на ситах 0315, 025 и 016
не менее 60%; в) мелкие КРМ — сумма остатков на ситах 025, 016 и 01
не менее 60%; г) с общей рассредоточенностью КРО — в основной фрак
ции на трех любых смежных оитах не менее 60%.
При маркировке формовочного песка на первом месте ста вится обозначение класса, на втором — обозначение группы и на •последнем — обозначение категории (например, песо,к марки К02А). Марку песка устанавливают после определения содер жания глинистой составляющей, зернового состава и содержания
примесей в песке.
Глинистой составляющей условно считают зерна величиной менее 22 мк независимо от их химического состава. Испытания проводят IB лабораторных условиях. Этим путем устанавливают вес исходной навески и высушенного песка. Разность в весе дает содержание в песке глинистой составляющей, которое должно быть выражено в процентах.
14 Н. А. Баринов и ДР-
Безглинистый песок исследуют дальше, определяя его зерно вой состав при помощи ситового анализа. С этой целью навеску песка просеивают на ситах, характеристика которых следующая:
Номер |
сита............................. |
2,5 |
1,6 |
1 |
063 |
04 0315 |
02 |
016 |
01 |
0063 005 |
|
Размер |
стороны |
ячейки по |
2,50 |
1,60 |
1,00 063 |
04 0315 |
025 |
0166 |
01 |
0063 005 |
|
ГОСТ |
3584—53, |
мм |
Оита в наборе располагаются в порядке уменьшения разме ров. Навеску песка помещают на верхнее крупное сито (№ 2,5), которое сверху закрывают крыш,кой. Снизу под сито № 005 под ставляют металлический тазик. Набор сит устанавливают на специальный прибор, который совершает около 33 колебаний в минуту. Во время работы прибора по крышке верхнего сита ударяет колотушка со скоростью 180 ударов в минуту. Навеска песка просеивается на приборе в течение 15 мин., после чего набор сит снимают с прибора и взвешивают песок, оставшийся на каждом сите. Результаты взвешивания выражают в процен тах от веса первоначальной навески -(50 г) с учетом количества глины, определенного отмучиванием.
Для определения содержания примесей проводится химиче ский анализ песка по специальным методикам.
Ф о р м о в о ч н ы е г л и н ы состоят главным образом из одного или нескольких глинистых минералов и примеси других минералов.
Согласно ГОСТ 3226—57, формовочные глины в зависимости от минералогического состава разделяются на два вида: фор мовочную обыкновенную (Ф), содержащую каолинит, гидрослю дистые минералы, и формовочную бентонитовую, содержащую монтмориллонит, бейделлит и ферримонтмориллонит.
Формовочные обыкновенные глины в зависимости от их свя зующих свойств, определяемых пределом прочности на сжатие технологической пробы глины, делятся на следующие группы:
Обозначение |
Наименование группы |
группы |
|
м |
Малосвязующая |
с . |
Среднесвязующая |
ПС |
Прочносвязующая в сухом состоя |
пв |
нии |
Прочносвязующая во влажном |
|
|
состоянии |
вВысокопрочная
ООсобопрочная
Взависимости от термохимической устойчивости формовоч ные обыкновенные глины делятся на три сорта (табл. 13).
Обозначение марки обыкновенной глины составлено из букв
ицифр, указывающих вид, группу и сорт глины, например глина марки ФС-1 (обыкновенная среднесвязующая первого сорта).