 |
Исходные данные для решения задач
|
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник по чугунному литью / Под ред Н.Г.Гиршовича. – Л.: Машиностроение, 1978. – 158 с.
2. Сухарчук Ю.С., Юзкин А.К. Плавка чугуна в вагранках. – М.: Машиностроение, 1989. – 176 с.
3. Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. – М.: Машиностроение, 1988. – 272 с.
4. Бобров А.В. Выплавка чугуна повышенного качества. – Челябинск: Южно-Уральское книжное изд-во, 1964. – 160 с.
5. Ананьин А.А., Чернобровин В.П. Плавка чугуна в вагранке. – М.: Свердловск: Государственное научно-техническое изд-во машиностроительной литературы, 1955. – 66 с.
6. Теоретические основы литейной технологии / Ветишка А., Брадик Й., Мацашек И., Словак С. – Киев: Вища школа, 1981. – 318 с.
7. Шариков В.Н., Сосновская Г.С., Перегудов А.В. Получение отливок из высокопрочного чугуна модифицированием в форме. – Тульский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды. Информационный листок № 605-85.
8. Рыжиков А.А. Технологические основы литейного производства. – М.: Машгиз, 1962. – 527 с.
9. Технология изготовления литейных форм: Учебное пособие к лабораторным и практическим занятиям / В.М.Александров, В.И.Швабауэр, Б.А.Кулаков, Б.Э.Клецкин. – Челябинск: ЧПИ, 1988. – 113 с.
10. Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом / Захарченко Э.В., Левченко Н.Ю., Горенко В.Г., Вареник П.А. – Киев: Наукова думка, 1986. – 248 с.: ил.
11. Шульте Ю.А. Производство отливок из стали. – Киев-Донецк: Вища школа, 1983. – 183 с.
12. Изосимов В.А. Решение на ЭВМ технологических задач по литейному производству. – Челябинск: ЧПИ, 1989. – 72 с.
13. Швецов В.И. Производство отливок из стали: Учебное пособие к лабораторным работам. – Челябинск: ЧПИ, 1988. – 48 с.
14. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки. – М.: Машиностроение, 1979. – 335 с.
|
|
|
15. Швецов В.И., Александров В.М. Производство отливок из стали: Учебное пособие. – Челябинск: ЧПИ, 1986. – 86 с.
16. Василевский П.Ф. Технология стального литья. – М.: Машиностроение, 1974. – 408 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
| ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………….. | |||||||||||
| ЧУГУННОЕ ЛИТЬЕ | |||||||||||
| 1.1. | Расчет химического состава и структуры серого чугуна, заливаемого в сырую песчано-глинистую форму | ||||||||||
| 1.1.1. | Общие сведения …………………………………………………. | ||||||||||
| 1.1.2. | Варианты задания 1.1 ……………………………………………. | ||||||||||
| 1.1.3. | Пример выполнения задания 1.1………………………………… | ||||||||||
| 1.2. | Расчет шихты | ||||||||||
| 1.2.1. | Общие сведения ………………………………………………….. | ||||||||||
| 1.2.2. | Варианты задания 1.2 ……………………………………………. | ||||||||||
| 1.2.3. | Пример выполнения задания 1.2.……………………………….. | ||||||||||
| 1.3. | Определение расхода дутьевого воздуха в коксовых вагранках | ||||||||||
| 1.3.1. | Общие сведения ………………………………………………….. | ||||||||||
| 1.3.2. | Варианты задания 1.3 ……………………………………………. | ||||||||||
| 1.3.3. | Пример выполнения задания 1.3………………………………… | ||||||||||
| 1.4. | Расчет количества модификатора и реакционной камеры для внутриформенного модифицирования отливок из высокопрочного чугуна | ||||||||||
| 1.4.1. | Общие сведения ………………………………………………….. | ||||||||||
| 1.4.2. | Варианты задания 1.4 | ||||||||||
| 1.4.3. | Пример выполнения задания 1.4………………………………. | ||||||||||
| 1.5. | Расчет и конструирование литниковых систем для отливок из чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ) | ||||||||||
| 1.5.1. | Общие сведения ………………………………………………….. | ||||||||||
| 1.5.2. | Варианты задания 1.5 ……………………………………………. | ||||||||||
| 1.5.3. | Пример выполнения задания 1.5………………………………… | ||||||||||
| 1.6. | Конструирование и расчет прибылей для отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ) | ||||||||||
| 1.6.1. | Общие сведения ………………………………………………….. | ||||||||||
| 1.6.2. | Варианты задания 1.6 | ||||||||||
| 1.6.3. | Пример выполнения задания 1.6………………………………… | ||||||||||
| СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ | |||||||||||
| 2.1. | Отливки из стали | ||||||||||
| 2.1.1. | Общие сведения ………………………………………………….. | ||||||||||
| 2.1.2. | Варианты задания 2.1 ……………………………………………. | ||||||||||
| 2.1.3. | Пример выполнения задания 2.1 | ||||||||||
| 2.2. | Выплавка стали для отливок | ||||||||||
| 2.2.1. | Общие сведения …………………………………………………. | ||||||||||
| 2.2.2. | Варианты задания 2.2. ………………………………………… | ||||||||||
| 2.2.3. | Пример выполнения задания 2.2……………………………….. | ||||||||||
| 2.3. | Температурно-временной режим заливки форм сталью | ||||||||||
| 2.3.1. | Общие сведения ……………………………………………….. | ||||||||||
| 2.3.2. | Варианты задания 2.3 ………………………………………….. | ||||||||||
| 2.3.3. | Пример выполнения задания 2.3……………………………… | ||||||||||
| 2.4. | Неметаллические включения в стальных отливках | ||||||||||
| 2.4.1. | Общие сведения……………………………………………….. | ||||||||||
| 2.4.2. | Варианты задания 2.4 ………………………………………… | ||||||||||
| 2.4.3. | Пример выполнения задания 2.4………………………………. | ||||||||||
| 2.5. | Газовые раковины в стальных отливках | ||||||||||
| 2.5.1. | Общие сведения ……………………………………………….. | ||||||||||
| 2.5.2. | Варианты задания 2.5 …………………………………………. | ||||||||||
| 2.5.3. | Пример выполнения задания 2.5……………………………… | ||||||||||
| 2.6. | Усадка отливок | ||||||||||
| 2.6.1. | Общие сведения ……………………………………………….. | ||||||||||
| 2.6.2. | Варианты задания 2.6 | ||||||||||
| 2.6.3. | Пример выполнения задания 2.6……………………………… | ||||||||||
| ЛИТЕРАТУРА ………………………………………………………………….. | |||||||||||
| ПРИЛОЖЕНИЯ …………………………………………………………………. | |||||||||||
|
|
|
1. ЧУГУННОЕ ЛИТЬЕ
1.1. Расчет химического состава и структуры серого чугуна,
заливаемого в сырую песчано-глинистую форму
1.1.1. Общие сведения
Чугунные отливки в большинстве случаев контролируются по указанным на чертеже размерам и марке чугуна, в которой зашифрован предел прочности при растяжении (кг/мм2).
Размерное соответствие отливок обеспечивается качеством модельной оснастки и формы, а прочность сплава зависит от химического состава и процессов формирования структуры, т.е. металлической матрицы и графита.
|
|
|
Важнейшими химическими элементами, находящимися в чугуне в большом количестве, являются углерод и кремний. Остальные элементы также влияют на структурообразование, но при их сравнительно малых концентрациях это влияние менее значительно.
Взаимосвязь содержания углерода и кремния с пределом прочности на растяжение для стандартного образца диаметром 30 мм можно определить по уравнению [1]:
(1.1)
где s в – предел прочности при растяжении, кг/мм2;
SЭ – степень эвтектичности чугуна,
(1.2)
где С – содержание углерода в рассматриваемом чугуне, %;
Si – содержание кремния в рассматриваемом чугуне, %.
Подобное выражение применимо для определения твердости чугуна [1]:
(1.3)
где НВ – твердость чугуна по Бринелю.
Выражения (1.1) и (1.3) можно использовать для предварительной оценки механических свойств чугуна по результатам экспресс-анализа химического состава чугуна.
Для чугунных отливок с толщиной стенок больше или меньше диаметра стандартного образца ориентировочно оценивать механические свойства можно по типу структуры. Количественная характеристика типа структуры (К) рассчитывается по формуле [1]:
(1.4)
где Rпр – приведенная толщина отливки, равная отношению охлаждаемого объема к охлаждаемой поверхности, мм (при расчете Rпр для теплового узла отливки площадь сопрягаемых поверхностей с остальной частью отливки не учитывается);
К – константа, значение которой для перлитной структуры £ 4,5, для перлито-графитной 4,5…6,0; перлито-феррито-графитной 10…14; графито-ферритной ³ 14.
Эта формула позволяет учитывать через Rпр влияние скорости охлаждения на формирование структуры, а следовательно, и механических свойств чугуна
1.1.2. Варианты задания 1.1
Задание. Рассчитать три из перечисленных величин: К – численную характеристику структуры, s в – предел прочности при растяжении, НВ – твердость, С – содержание углерода в чугуне, Si – содержание кремния в чугуне, соответственно вариантам табл. 1.1. По окончании расчетов сделать вывод о предполагаемой структуре, если рассчитаны s в или НВ, или о предполагаемых s в и НВ, если рассчитаны К, Si и С.
|
|
|
Таблица 1.1
Исходные данные для решения задач
| № варианта | Содержа-ние элемента в чугуне, % | Размеры отливки, мм | s в, кг/мм3 | Твердость, НВ | К | Искомые величины | |||||||
| Брус | Плита | ||||||||||||
| Шири-на, а | Высо-та, в | Длина, с | Высо-та, а | Шири-на, в | Длина, с | ||||||||
| Пример | 3,6 | 2,2 | s в, НВ, К | ||||||||||
| 3,5 | 2,4 | s в, НВ, К | |||||||||||
| - | 2,3 | С, s в, НВ | |||||||||||
| 3,5 | - | Si, s в, НВ | |||||||||||
| - | 2,2 | С, s в, НВ | |||||||||||
| 3,5 | - | Si, НВ, К | |||||||||||
| - | 2,0 | С, НВ, К | |||||||||||
| 3,4 | 2,1 | s в, НВ, К | |||||||||||
| 3,4 | 1,8 | s в, НВ, К | |||||||||||
| 3,4 | 1,6 | s в, НВ, К | |||||||||||
| 3,4 | 1,4 | s в, НВ, К | |||||||||||
| 3,4 | 1,2 | s в, НВ, К | |||||||||||
| 3,3 | 1,7 | s в, НВ, К | |||||||||||
| Окончание табл. 1.1 | |||||||||||||
| 3,3 | s в, НВ, Si | ||||||||||||
| 3,3 | s в, НВ, Si | ||||||||||||
| 3,3 | s в, НВ, Si | ||||||||||||
| 3,2 | 1,5 | s в, НВ, Si | |||||||||||
| 3,2 | 1,4 | s в, НВ, Si | |||||||||||
| 3,2 | 1,2 | s в, НВ, Si | |||||||||||
| 3,1 | Si, НВ, К | ||||||||||||
| 3,2 | Si, НВ, К | ||||||||||||
| 3,1 | Si, НВ, К | ||||||||||||
| 3,0 | Si, НВ, К | ||||||||||||
| 1,3 | С, s в, К | ||||||||||||
| 1,2 | С, s в, К | ||||||||||||
| 1,1 | С, s в, К |
1.1.3. Пример выполнения задания 1.1
В песчано-глинистой форме затвердевает отливка из чугуна (СЧ15) с содержанием углерода 3,6 %, кремния – 2,2 %. Определить тип структуры, предел прочности при растяжении и твердость фрагмента отливки, представляющего собой плиту с размерами 30х120х200, если поверхность охлаждения не включает площади двух наименьших торцов (полубесконечное тело).
|
|
|
Решение:
Предел прочности при растяжении определяется по формуле (1.1)
где SЭ рассчитывается по формуле (1.2)
Для заданных условий
Твердость определяется по формуле (1.3)
Численная характеристика структуры рассчитывается по формуле (1.4)
Вывод: данный фрагмент отливки может иметь перлито-феррито-графитовую структуру и при почти эвтектическом составе чугуна обладает прочностью при растяжении, превосходящей соответствующую характеристику чугуна марки СЧ15.
1.2. Расчет шихты
1.2.1. Общие сведения
Шихту рассчитывают для того, чтобы определить долю каждого из материалов, которые совместно обеспечат в процессе плавки заданный химический состав чугуна. Известны аналитический, графический методы расчета и метод подбора. Кроме того, шихту рассчитывают на электронно-вычислительных машинах (ЭВМ) по специальной программе. Такой расчет позволяет быстро определить оптимальный состав шихты из большого набора компонентов при минимальной стоимости металлозавалки.
При расчете шихты учитывают, что возврат собственного производства желательно использовать полностью. На основании многолетнего опыта работы отечественных заводов установлен примерный состав шихты для разных марок серого чугуна (см. приложение 1) [2]. Химический состав марок чугуна приведен в приложении 2.
Химический состав чугуна корректируют в каждом отдельном случае в зависимости от условий и характера производства, исходных материалов, условий изготовления отливки (формовка по сырому, по сухому, литье в кокиль).
Во всех методах расчета шихты (кроме расчета на ЭВМ) по рекомендуемому химическому составу чугуна определяют содержание химических элементов в шихте. Для этого необходимо знать величину угара или пригара каждого учитываемого элемента в процессе плавки. Угар или пригар элемента при разных условиях выплавки может меняться в определенных пределах (см. приложение 3) [3].
Для точного расчета шихты этот угар определяют опытным путем по результатам плавок данного плавильного агрегата.
Содержание элементов в шихте с учетом угара (или пригара) подсчитывают по формуле
(1.5)
где ЭШ – содержание элемента в шихте, %;
ЭЖ – содержание элемента в жидком металле, %;
у – угар элемента, %.
Если чугун выплавляют в вагранке, то содержание углерода в шихте (СШ) определяют по формуле
(1.6)
где СЖ – содержание углерода в жидком металле, %;
d - содержание углерода в стальном ломе, входящем в шихту, %;
К – степень науглероживания (для холостой колоши К = 1,7; для горна К = 0,4).
Содержание серы в шихте SШ рассчитывают по формуле
(1.7)
где SЖ – содержание серы в жидком чугуне;
SК – содержание серы в коксе, %.
После определения химического состава металлозавалки рассчитывают количество отдельных составляющих одним из трех методов: аналитическим, графическим и методом подбора.
Аналитический метод заключается в составлении и решении системы уравнений. Для этого задаются двумя или тремя неизвестными компонентами шихта. Уравнений составляют столько, сколько неизвестных компонентов.
Графический метод расчета шихты основан на правилах геометрии.
1.2.2. Варианты задания 1.2
Задание. Рассчитать шихту аналитическим и графическим методами по вариантам задач, приведенным в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Варианты задач для расчета шихты
| № варианта | Выплав-ляемый чугун | Компоненты шихты | Угар элементов | Количе-ство возврата, % | ||||||||
| Чугун литейный | Чугун переде-льный | Лом чугунный | ||||||||||
| Содержание элементов, % | ||||||||||||
| Si | Mn | Si | Mn | Si | Mn | Si | Mn | Si | Mn | |||
| Пример | 2,2 | 0,8 | 3,5 | 0,8 | 1,5 | 1,5 | 3,0 | 0,5 | ||||
| 2,4 | 0,8 | 3,6 | 1,2 | 0,9 | 1,5 | 3,2 | 0,7 | |||||
| 2,5 | 0,7 | 3,4 | 1,0 | 1,2 | 1,5 | 3,1 | 0,5 | |||||
| 2,3 | 0,6 | 3,7 | 0,9 | 1,1 | 1,4 | 2,9 | 0,5 | |||||
| 2,7 | 0,8 | 3,5 | 1,4 | 0,7 | 0,8 | 3,4 | 0,6 | |||||
| 2,2 | 0,7 | 3,7 | 1,3 | 1,0 | 0,6 | 3,3 | 0,8 | |||||
| 1,9 | 0,9 | 2,6 | 1,5 | 1,0 | 1,2 | 3,1 | 0,6 | |||||
| 2,0 | 0,8 | 2,6 | 1,4 | 0,8 | 0,6 | 2,4 | 0,5 | |||||
| 2,6 | 0,7 | 3,8 | 1,4 | 0,6 | 0,8 | 3,2 | 0,5 | |||||
| 1,8 | 1,0 | 2,2 | 1,5 | 2,.8 | 0,5 | 0,8 | 1,1 | |||||
| Окончание табл. 1.2 | ||||||||||||
| 1,6 | 0,6 | 3,0 | 1,1 | 0,5 | 0,5 | 2,7 | 0,6 | |||||
| 1,4 | 0,7 | 2,2 | 1,2 | 0,9 | 0,8 | 1,9 | 0,5 | |||||
| 1,5 | 1,1 | 2,0 | 1,5 | 1,2 | 0,7 | 2,4 | 1,0 | |||||
| 1,4 | 1,0 | 2,2 | 1,5 | 1,2 | 1,3 | 2,1 | 0,5 | |||||
| 1,3 | 0,9 | 2,2 | 1,2 | 1,0 | 1,4 | 1,2 | 0,7 | |||||
| 1,2 | 0,8 | 2,1 | 1,2 | 0,6 | 1,1 | 1,8 | 0,5 | |||||
| 1,2 | 0,9 | 2,2 | 1,4 | 0,7 | 1,1 | 1,4 | 0,6 | |||||
| 1,2 | 0,7 | 2,5 | 1,3 | 1,0 | 1,1 | 1,5 | 0,7 | |||||
| 1,9 | 1,1 | 2,4 | 1,5 | 1,8 | 1,3 | 1,9 | 0,6 | |||||
| 1,8 | 0,9 | 2,5 | 1,4 | 1,0 | 0,7 | 2,8 | 0,7 | |||||
| 1,8 | 0,8 | 2,6 | 1,1 | 1,4 | 1,4 | 2,2 | 0,6 | |||||
| 1,7 | 1,1 | 2,4 | 1,2 | 1,2 | 1,1 | 2,8 | 0,9 | |||||
| 1,6 | 0,7 | 2,0 | 1,4 | 1,0 | 0,7 | 2,6 | 0,6 | |||||
| 1,4 | 0,9 | 1,9 | 1,3 | 0,9 | 1,1 | 2,3 | 0,7 | |||||
| 1,3 | 1,1 | 1,5 | 1,5 | 0,6 | 0,8 | 2,4 | 0,8 | |||||
| 1,3 | 0,7 | 2,0 | 1,4 | 0,5 | 0,5 | 2,2 | 0,6 |
1.2.3. Пример выполнения задания 1.2
Рассчитать шихту для выплавки чугуна, содержащего кремний – 2, 2 %; марганец – 0,8 %. В применяемом плавильном агрегате угар кремния равен 10 %, а марганца 15 %. В общей массе шихты возврат собственного производства составляет 35 %.
Решение:
Для выплавки чугуна, содержащего кремний – 2,2 % и марганец – 0,8 %, можно использовать материалы, марки и сплавы которых указаны в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Примерный состав шихты
| Наименование материала | Массовая доля элемента, % | |
| Si | Mn | |
| Чугун литейный Л1 | 3,5 | 0,8 |
| Чугун литейный Л6 | 1,5 | 1,5 |
| Лом чугунный | 3,0 | 0,5 |
| Возврат собственного производства | 2,2 | 0,8 |
Необходимое содержание кремния и марганца в шихте определяется по формуле (1.5):
Расчет шихты аналитическим методом:
Обозначим искомое количество чугуна Л1, лома чугунного и чугуна Л6 соответственно буквами А, Б и В. Составим три уравнения. Для простоты рассчитываем шихту на 100 кг металлозавалки.
Первое уравнение показывает суммарное количество всех материалов
А + Б + В + 35 + 100.
|
|
|
