Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

новая папка / ТФО-каз

..pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
25.10.2016
Размер:
3.3 Mб
Скачать

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ҚАРАҒАНДЫ МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Л.С. Кипнис, Ж.Н. Атамбаев, Т.Ж. Жукебаева, Ж.У. Буканов

Құйманың қалыптасу теориясы.

Дәрістер жинағы

Қарағанды 2014

3

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ҚАРАҒАНДЫ МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Л.С. Кипнис, Ж.Н. Атамбаев, Т.Ж. Жукебаева, Ж.У. Буканов

Құйманың қалыптасу теориясы

Дәрістер жинағы

Университеттің Ғылыми кеңесі oқу құралы ретінде бекітілген

Қарағанды 2014

4

ӘОЖ 620.18(07)=512.122 КБЖ 34.2я7=632.4

Қ74

Университеттің Редакциялық-баспа кеңесімен ұсынылған

Пікір жазғандар:

С.Б. Күзембаев - техникалық ғылымдарының докторы, КазИнСоП, жетекші ғылыми қызметкері.

Т.М. Бузауова - техникалық ғылымдарының кандидаты, доцент, машина жасау факультетінің әдістемелік бюро төрайымы.

Қ74 Құйманың қалыптасу теориясы: дәрістер жинағы / Л.С. Кипнис,

Ж.Н. Атамбаев, Т.Ж. Жукебаева, Ж.У. Буканов, - Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті. – Қарағанды: ҚарМТУ баспасы, 2014. - 80б.

ISBN 978-601-296-631-2

Құйма бұйымдарға қажетті сапалы қасиет туғыздыру үшін басты назар құйманың қалыптасуына бөліну керек. Осы себептен құюшы-технологтарға құю процесінің басқару әдістерін және механизмін білгендіктері өте қажетті деп саналады.

Оқу құралында сұйық металдар мен корытпалардың құю әдісімен бұйымдарды алу кезіндегі жүзеге асатын және бұйымды қалыптастыру процестері қазіргі заманға сәйкестік көзқараспен келтірілген.

Әр түрлі құрамды қорытпалардан құймаларды алған кездегі пайда болатынқасиеттерімен кристалл құрылысының ерекшеліктері көрсетілген.

«Құйманың қалыптасу теориясы» дәрістер жинағы 5В070900 «Металлургия» және 5В071000 «Материалтану және жаңа материалдар технологиялары» мамандықтарының студенттеріне арналған. Оқу құралы Қазахстан Республиқасының Білім және ғылым министрлігі бекіткен Мемлекеттік білім стандарты және бағдарламасына сәйкес жасалған.

ӘОЖ 621.74(07)=512.122

КБЖ 34.618я7=каз

ISBN 978-601-296-631-2

© Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті, 2014

5

Оқу басалымы

Кипнис Лев Семенович Атамбаев Жасулан Нурбаевич Медведева Ирина Евгеньевна Буканов Жанат Умиртаевич

Құйманың қалыптасу теориясы

Дәрістер жинағы

Редактор

31.03.2004ж.берілген №50мемлекеттік баспа лицензиясы Басуға қол қойылды 20.03.2014ж. Пішімі 60х90/16

Есептік баспа табағы 5,5 Таралымы 200 дана. Тапсырыс №4758 ҚарМТУ баспасы. 100027. Қарағанды, Бейбітшілік бульвары, 56.

6

Кіріспе

Құю – металдар және бейметалдардан балқытылған күйде арнайы қалыптарға толтырып, қатқаннан кейін одан шығарып алу жолымен бұйымдар алу тәсілі.

Құю өндірісі кәсіп ретінде Азия, Африка және Европаның әр түрлі аудандарында 5-7 мың жыл бұрын қалыптаса бастады. Құю өндірісі техникадан басқа, мүсіндеу өнерінде, әшекей бұйымдар ісі, стоматологияда қолданыс табуда.

Қазіргі кезеңде құю арқылы көптеген металл және олардың қорытпаларын, сол сияқты, көптеген металл емес материалдар, пластмассалар алынады. Техникалық тағайындалған құйылып алынатын бұйымдар үшін шойын мен болат және алюминий, мыс, цинк, магний, титан негізіндегі қорытпалар жиі қолданылады.

Құю өндірісінің ғылыми негіздерін талқылау ХХ ғасырдың 20жылдарында басталды.

Қорытпалардың негізгі физикалық қасиеттері: қатты және сұйық күйдегі тығыздығы, термиялық ұлғаю және сығылу коэффициенті. Жылу физикалық қасиеттер: кристалданудың басталу және аяқталу температуралары (ликвидус және солидус), балқудың (кристалданудың) жасырын жылуы, жылу өткізгіштік коэффициенті, меншікті жылу сыйымдылығы. Қатты және сұйық күйдегі механикалық сиапаттамалар: серпімділік модулі, беріктік және аққыштық шегі, пластикалылық, тұтқырлық, беттік таралу. Химиялық қасиеттер: қатты және сұйық күйдегі активтілік, газдардың ерігіштігі.

Материалдардың технологиялық қасиеттері.

Жалпы практикада физикалық қасиеттердің орнына көбінесе берілген материалдың кез-келген өңдеу тәсіліне жарамдылық дәрежесін анықтайтын өндірістік технологиялық сипаттамалар қолданылады, олар тек құю өндірісінде ғана қолданылып қоймай, сол сияқты пісіру, қысыммен, кесумен өңдеуде де қолданылады. Оларды анықтау үшін әр түрлі технологиялық сынақтар жүргізеді. Негізгі құю қасиеттеріне мыналар жатқызылады: сұйықтай аққыштық, шөгу, көлемдік шөгу ақаулары мен жарықшақтардың түзілуіне бейімділігі. Құю қасиеттері әр түрлі қорытпалардың сипаттамаларын салыстыру үшін қолданылады, сондықтан оларды анықтау тәсілдері стандартталған болуы керек.

7

 

 

 

 

 

Үлгіні

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дайындау

 

 

 

 

Қалып үшін ма-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Балқыту үшін

териалдар

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дайындау

 

 

 

 

 

 

 

 

 

материалдар

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дайындау

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қалыпты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытпаны

 

 

 

 

дайындау

 

 

 

 

 

 

 

 

дайындау

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қалыпқа балқы-

 

 

 

 

 

 

 

 

маны құю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Құйманың қатаюы және суынуы

Қалыптан құйманы шығару

Құйманы соңғы өңдеу

Құюмен бұйымдар алудың технологиялық үрдісінің схемасы

1 ГИДРАВЛИКАЛЫҚ ҮРДІСТЕР

1.1 Металдар балқымаларының қасиеттері

8

Металдарды балқытылған күйде физикалық қасиеттері бойынша ньютондық сұйықтарға жатқызады, оның негізгі сипаттамалары тұтқырлық пен беттік таралу болып табылады.

Тұтқырлық металл балқымаларының маңызды сипаттамасы болып табылады, себебі, ол қалыптың толтырылуына, оның пішінінің қалыптасуына, газ көпіршіктерінің қалқып шығуына, конвективті масса алмасуына және қату кезіндегі металдың орын ауыстыруына біршама әсер етеді.

Динамикалық тұтқырлықты айырады η – тұтқырлық және - кинематикалық

 

 

P

 

d

 

S

 

dY

 

 

=

 

;

 

 

 

– тығыздық.

;

(1.1)

(1.2)

Сұйық металдар тұтқырлығы температураға кері пропорционал:

 

 

E

Ae

RT

 

 

 

,

(1.3)

А- сұйық қорытпа үшін константа, T – температура, K, Е – активация энергиясы.

Таза және қосындылары жоқ қорытпалар тәуелділігі.

Реалды қорытпаларда қашанда атомдық күйде, сол сияқты қатты және сұйық қосынды заттар түрінде болатын қосындылар болады, соңғы жағдайда реалдық қорытпа эмульсия немесе суспензия болып келеді, сондықтан реалдық қорытпалар тұтқырлығы олардың құрамы, мөлшері және қосынды заттардың табиғатына тәуелді болады.

Беттік таралу түрлі ортаның айырым шекарасында оның бетін кішірейтуге талпынатын молекула аралық және атом аралық әрекеттің те- пе-теңдікте болмауының нәтижесінде түзіледі. Беттік таралудың өлшемі, Н/м.

Беттік таралу сұйық металдың температурасына аз тәуелді.

Сұйық қатты денелермен өзара әрекеттескен кезде беттік таралу оның сұйық, қаттызат және газ шекараларындағы нәтижесі ретінде бүйір бұрыштың сулану шамасы сияқты бағаланатын сулану түрінде байқалады

[3]:

σ1= σ2+ σ3 cos ,

 

осыдан,

 

 

 

cos

=

1 2 ,

(1.4)

 

 

3

 

мұндағы σ1, σ2, σ3 - сұйық - газ, сұйық - қатты дене, газ - қатты дене шека-

9

расына сәйкес беттік таралу.

Егер

 

 

 

180

o

 

 

0

o

 

, онда қатты дене сұйықпен толығымен суланады, егер

, онда ол толығымен суланбайды.

Сулану белгілі жағдайларда қалып қабырғаларында және құйма қалыбы қатаюы жолында түзілетін капилляр қысым құбылысын негіздейді.

Капилляр қысымның pкап шамасы мына қатынаспен анықталады:

pкап =

мұндағы r - капилляр радиусы.

2 r

cоs ,

(1.5)

Қалыптағы металл қысымы р р

гидр

ркап .

 

 

 

 

Белгі сулану бұрышына тәуелді.

 

 

р = h +

2

cоs ,

 

(1.6)

 

 

 

r

 

 

мұндағы h - гидростатикалық арын, м;

 

 

ρ – сұйық тығыздығы, кг/м3.

 

 

Сулану мен капилляр қысымына қалып рельефінде ұсақ бөлшектердің металмен нақты қалыптасуы тәуелді, сондықтан ұсақ бөлшектерді, оның ішінде, көркем құймаларды алу кезінде, мүмкіндігінше қалып қабырғалары металмен суланғаны жөн. Ірі қималар алу кезінде, керісінше, қалып қабырғалары қалыптың жарықшақты қабырғаларына металдың кіріп кетуін азайту үшін қалып қабырғалары суланбағаны тиімді.

Металдар негізгі тотықтарды суламайды және қышқылдарды жақсырақ сулайды, мысалы, ауадағы аз көміртекті болатпен сулану бұрышы магнезит үшін – 165 °, глинозем үшін – 140°, кварц үшін – 110° құрайды [3].

1.2Қалыптың металмен толтырылу үрдісі, калыптың толтырылу уақытының есебі

Қалыпты металмен толтыру үшін құюдың екі тәсілін қолданады:

-еркін (гравитациондық) – шөміштен немесе тікелей балқыту пешінен (тигельден);

-күштеп – газдың, поршеннің, қысымымен, қалыпқа балқыманы жүктеу арқылы, центрден тепкіш, немесе электромагниттік күштермен.

Еркін құю үрдісі уақыт кезеңдерімен өзара байланысқан түрде болуы мүмкін: металдың шөміштен ағуы, оның құю-қоректендіру жүйесі арналарымен ағуы және қалып кеңістігіндегі қозғалысы.

Қалыптарға металл құятын шөміштер босатылу тәсілі бойынша екі түрге бөлінеді: бекітілген және бұрылатын. Олардың араларындағы айырым, бірінші түрдегі шөміштермен металл қозғалмайтын шөміштің тү-

10

біндегі тесік арқылы, ал екінші түрдегі шөміштермен металл горизонтал ось бойымен бұрылу кезінде шүмек арқылы беріледі.

Шөміштен ағып шыққанда металл ауада бос ағысты құрады. Металдың ыдыс түбіндегі кішігірім дөңгелек тетік арқылы ағып шығу жылдамдығы , кез келген сұйықтықі тәрізді, Торичелли теңдеуімен сипатталады.

 

2gH

,

(1.7)

мұндағы - жылдамдық коэффициенті; g – ауырлық күшінің үдеуі; H – гидростатикалық арын.

Жылдамдық коэффициенті тетік жиектеріндегі үйкеліске жұмсалатын арын шығындарын ескереді. Сұйық табиғатына тәуелсіз оның шамасы 0,97 болады.

Барлық бағыттардан тетікке келіп жеткен сұйық бөлшектерінің жылдамдықтары бірдей. Перифериядан қозғалған ағындар осьте кездескендіктен, олардың қозғалыс траекториялары қисаяды және тетіктен шыққан кезде ағыс қимасы сығылады. Тетіктен біраз қашықтықта траекториялар түзеледі және ағыс цилиндрлік пішінге ие болады.

а б

1.1-сурет. Бекіткіш (а) және бұрылмалы (б) шөміштен металдың ағуы

Ағып шыққан металл шығыны, яғни уақыт бірлігіндегі тетіктен ағып шыққан металл көлемі q, ағыс жылдамдығының оның қима ауданына көбейтіндісіне тең, яғни

q f

2gH

,

(1.8)

мұндағы f - шөміш тетігінің ауданы, - шығын коэффициенті, ол

жылдамдық коэффициентінің ағыс қимасының сығылу коэффициентін көбейтіндісіне тең, φ – тесіктен өту кезінде арынның шығынын ескеретін жылдамдық коэффициенті, φ =0,97, μ = φ – шығын коэффициенті; - ағын қимасын сығу коэффициенті.

Түрлі сұйықтар, сонымен қатар балқыған металдар үшін шығын коэффициенті 0,600,65 – ке тең.

Дөңгелек тетіктерден үлкен ара қашықтықтарда ағысқа беттік керілудің ұйытқушы күштері және жироскоптық эффектілер әсер етеді,

11

оның нәтижесінде ағыс тамшыларға бөлінеді. Дөңгелек емес тетіктен ағып шыққанда ағыс бетінде жеке ағындар пайда болады да, ол жылдам бөлінеді. Тетік профилінің бұрмалануы кезінде ағыс тетіктен шыға сала жеке ағындар мен тамшылардан тұратын факелге айналып, бөліне алады.

Ұзындығы диаметрінен әлдеқайда үлкен шөміштен ағып шыққанда бастапқы учаскеде ағыс оның қабаттарынан жұлынып, құйынды аймақ түзеді. Шөмішке кіру орнын дөңгелек тәрізді ету құйын түзілуін азайтады. Құйынды аймақтан біраз қашықтықта ағыс кеңейіп, шөміштің барлық қималарын толтыратын ағын болып ағады.

Шүмек арқылы ағып шыққан кезде гидростатикалық арын ролін шүмектің төменгі нүктесінен шөміштегі сұйық металл айнасының бетіне дейінгі ара қашықтық атқарады. Бұрылмалы шөміштегі металл шығыны мұрыншадағы арна тереңдігіне, бұрылу жылдамдығына және шөміштегі металл бетінің (айнаның) ауданына тәуелді.

Шүмектен үзіліп шыққан металл ағысы ауада параболалық траекториямен қозғалады, ол келесі теңдеумен анықталады:

x

2 у

g

,

(1.9)

мұндағы x және y – сәйкесінше ағыс үзілген орыннан бастап саналатын горизонталь және вертикаль бағыттағы нүкте координаттары; υ - үзілу орнындағы ағыстың горизонталь жылдамдығы.

Қалыпта арна бойымен қозғалған металл ағысына оның қабырғалары қатты тежегіш күш әсер етеді. Құрылымы жағынан ағындар ламинарлы және турбулентті болып бөлінеді.

Ламинарлы ағында ағыстың траекториясы дұрыс сипатты, ал жылдамдықтар үлестірілуі параболамен сипатталады [3].

Радиусы R цилиндрлік арна арқылы ағатын ағында жылдамдық

 

келесі тәсілмен анықталады:

 

 

 

 

 

 

P

R2[1 (

r

)2

],

(1.10)

4 L

 

 

 

R

 

 

мұндағы P - ағынға әсер ететін күш, L - ағын ұзындығы, сұйықтың кинематикалық тұтқырлық; r – координата.

Цилиндрлік арнадағы сұйық шығыны

-

q

R 4 P

,

(1.11)

8 L

 

 

 

ал қалыңдығы 2R жазық арнаның шығыны

q

2PR3

.

(1.12)

 

3 L

 

Турбулентті ағында сұйық қозғалысы үздіксіз пайда болатын және бұзылатын құйын пішіндес болады. Турбулентті ағынның қимасы

12

Соседние файлы в папке новая папка