Промышленность, техника

Механические свойства отливок

Цифровые данные о механических свойствах, полученные на деталях текущего производства, очень скудны. Правда, в литературе имеется большое число исследований несложных отливок. Однако же в этих последних проявляются в основном те же закономерности. которые справедливы и для отдельно отлитых образцов, так как в них отсутствуют резкие переходы сечения и т. д.

Очень часто испытания производятся на специальных пробных отливках, так что и в этом случае нельзя с уверенностью сказать, действительно ли условия работы соответствуют обычным условиям производства. Эти замечания особенно относятся к исследованиям полых отливок с переменной толщиной стенки и плит из чугуна и стали.

Однако испытания специальных фасонных отливок, представляющих подобие настоящих отливок, но в уменьшенной и упрощенно копии, могут доставить при известных обстоятельствах весьма ценный материал, особенно для работ по исследованию сплавов. При этом. конечно, обязательно условие, чтобы меньшая толщина образца для данной цели имела подчиненное значение. Так, испытания при новых улучшаемых медных сплавов для вкладышей могли с успехом проводиться на трубах при центробежном литье и литье в землю.

В отливках сопротивление разрыву достигает 70-80% , а в исключительных случаях 90% и выше от сопротивления разрыву в образцах. Наибольшие отклонения значений при образцах, отлитых как одно целое б отливкой, приблизительно в два-три раза выше, чем при образцах, отлитых отдельно. Обычно значительно более благоприятные результаты в отливках, чем для сопротивления разрыву и удлинения, получают для предела текучести, характеристики более важной для конструктора.

Предел текучести в образцах, отлитых как одно целое с отливкой, так же высок, как в образцах, отлитых отдельно, а в образцах, взятых из сечений вблизи холодильников, часто даже значительно выше. Картеры моторов из немецкого сплава, очевидно, стареющего с течением времени, имеют более высокий предел текучести, а также и большую твердость, чем образцы. Известное исключение представляют вполне улучшаемые сплавы. Путем последующего отжига при высокой температуре упрочняющее действие кокиля в большинстве случаев устраняется.

Более медленно затвердевание отливки обусловливает также более медленную гомогенизацию сплава при нагреве перед закалкой, а вместе с тем: меньшее упрочнение. Наконец, быстрая передача отливки от печи к закалочному баку, как того требует достижение наивысшего эффекта закалки, не всегда проста. Вследствие этого в отливках крупного размера из у-силумина иногда находят значительно более низкий предел текучести, чем в образцах. Это различие может быть, по-видимому, значительно уменьшено путем более длительного отжига.

По материалам svoistva-litia.ru

Теоретический анализ

При совместном восстановлении этими реагентами картина иная. Здесь большую роль играет реакция водяного газа, которая распределяет кислород, отнимаемый от окислов, между H2O и CO2 и понижает концентрацию паров воды в газе.

В результате водород в принципе может восстанавливать окислы параллельно с СО вплоть до полного погашения суммарного восстановительного потенциала начальной смеси СО и Н2. Механизм совместного протекания реакций восстановления и водяного газа сложный. Нельзя считать, что вначале протекает восстановление, а выделяющиеся с поверхности окислов продукты реакции H2O и CO2 в дальнейшем взаимодействуют с СО и Н2 по реакции в газовой фазе.

Все реакции идут одновременно на твердой поверхности окислов, и распределение кислорода между H2O и CO2 по реакции водяного газа происходит, .вероятно, в адсорбционном слое. При достаточно быстром протекании каталитической реакции конечный состав газа может оказаться равновесным по отношению к этой реакции, но может быть неравновесным по отношению к реакциям восстановления. Таким образом, совместное восстановление окислов водородом и окисью углерода осуществимо и при равновесии реакции водяного газа.

Восстановительный потенциал Н2 и СО в четырехкомпонентной смеси: Для совместного восстановления водородом и окисью углерода при наличии в газе CO2 и H2O в качестве величины, характеризующей восстановительный потенциал СО и Н2 по отношению к какому-либо окислу, примем степень достижения равновесия у, эквивалентную величине %.

Степень достижения равновесия непосредственно связана с изменением изобарного потенциала AZ, являющимся мерой химического сродства. Как уже отмечалось, реакция водяного газа в широком интервале температур протекает быстрее восстановления окислов и в условиях доменной печи может довольно близко подходить к равновесию. Следовательно, на значительной части высоты доменной печи независимо от температуры восстановительные возможности водорода и окиси углерода примерно одинаковы.

Процессы в области смешанного восстановления: На границе областей прямого и смешанного восстановления, когда в газе почти отсутствуют CO2 и H2O, газовая смесь не равновесна по отношению к реакции водяного газа и восстановительный потенциал водорода при высоких температурах больше, чем у окиси углерода. Обладая к тому же кинетическими преимуществами, водород активнее участвует в восстановлении: пары воды накапливаются в газе интенсивнее двуокиси углерода. Это начинает тормозить реакцию взаимодействия окислов железа с водородом сильнее, чем с окисью углерода.

При понижении температуры (по ходу газового потока) восстановительный потенциал водорода уменьшается, а окиси углерода по отношению к FeO увеличивается. В результате совместного влияния /кинетических и термодинамических факторов при какой-то температуре эти потенциалы или степени достижения равновесия реакций выравниваются, что означает достижение равновесия реакцией водяного. В дальнейшем в присутствии железорудных материалов и даже кокса при температурах ~ 1000°С вплоть до 700 800°С газовая фаза остается близкой к равновесию для реакции.

Читать дальше...

Происхождение газов в металлах

Газы, содержащиеся в технических металлах, могут быть различного происхождения. Металлы, получаемые путем электролиза, содержат обычно довольно значительные количества водорода. Это относится в одинаковой мере как к алюминию, полученному при этой операции из расплава, так и к меди, осаждаемой из водных растворов (катоды) и т. д.

Медь содержит кроме того включения сульфатов, которые при расплавлении восстанавливаются. Поэтому ее рафинируют, причем наряду с другими вредными примесями при окислительном процессе извлекают также серу, соответственно регулируя пламя в печи. Водород при этом также удаляется в значительной степени.

Цель этой операции достигается, однако, лишь в том случае, если расплав настолько обогащается кислородом, что отливка в таком виде не поддается механической обработке. При этом содержание водорода соответственно увеличивается. Готовность меди к литью после дразнения определяется тем, что не плотности в отливке составляют около 5% . Это соответствует в условиях производственной работы содержанию кислороду в 0,03%.

Из приведенного примера видно, что содержание газа в расплаве в первую очередь зависит от состава печной атмосферы. В то время как при плавке меди состав печных газов регулируется в желательном направлении, для большинства других металлов и сплавов получение хорошей плавки всегда является в большей или меньшей степени случайным. Неполнота освобождения металла от газа также затрудняет определение качества сплава: является ли он хорошим или вследствие слишком высокого содержания газа его следует рассматривать как низкокачественный.

Как бы то ни было, в данное время общеизвестно, что плавление в нейтральной атмосфере для многих металлов связано с значительно лучшим качеством литья, чем плавление в печи, в атмосфере которой содержатся водород, водяной пар и сернистый ангидрид. Особенно опасным при этом является водяной пар, так как наличие его в известных количествах неизбежно, а присутствие и источники попадания его в сравнительно больших количествах в плавку трудно определимы. Температуры плавки и литья при опасности поглощения газов должны выбираться возможно низкими.

Наблюдениями было установлено, что отливка тем более пориста, чем выше были температуры нагрева расплава. По этим причинам о пригодности различных типов печей судят, исходя из следующих соображений. В обычных случаях лучше всего производить плавку в тигле, так как при этом газообразные продукты сгорания могут быть изолированы от расплава и малый объем (kleine Einheiten) позволяет сократить длительность плавки. В соответствии с этим электрический нагрев тигля, в особенности путем индукции, является идеалом.

В качестве топлива весьма пригодным считается кокс, причем он не должен по возможности содержать серы и воды. Вследствие содержания этих веществ, а также водорода, при газовом и нефтяном нагреве удалению газов необходимо уделять большое внимание. Применение электрических печей весьма целесообразно в смысле поддержания желательной атмосферы в рабочем пространстве. Но так как емкость этих печей обычно велика, то длительное выдерживание распада может повлиять неблагоприятно, особенно если металл в ванне находится в состоянии сильного движения.

Читать далее