Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі Қарағанды мемлекеттік  техникалық университеті     Бекітемін Бірінші проректор ____________Исағұлов А.З. «____» _________ 2014 ж.             ОҚЫТУШЫ ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ            EL 3210 «Құйманы қалыптау теориясы» пәні бойынша   050709 «Металлургия» мамандығы студенттері үшін   Машина жасау  факультеті   ҚӨМТ және КМ  кафедрасы   2014

Алғы сөз Оқытушы пәнінің оқу-әдістемелік кешенін әзірлеген: ҚӨМТ және КМ каыедрасының аға оқытушысы Атамбаев Ж.Н., т.ғ.к. ҚӨМТ және КМ  кафедрасының доценті Кипнис Л. С., ҚӨМТ және КМ  кафедрасының оқытушы  Медведева И. Е., т.ғ.к. ҚӨМТ және КМ  кафедрасының доценті Куликов В.Ю.     ҚӨМТ және КМ  кафедрасы отырысында талқыланған   №   _______ хаттама  «____»______________2009 ж. Кафедра меңгерушісі _____________ Күзембаев С.Б. «____»_________2009ж.         Машина жасау факультетінің оқу-әдістемелік бюросымен мақұлданған № ________ хаттама  «_____»_____________2009ж. Төрағасы ____________________ Құспекова Ш.А. «____»_________ 2009 ж.

1 Оқу жұмыс бағдарламасы

1.1 Оқытушы туралы мәліметтер және байланыстық ақпарат

 

Атамбаев Жасұлан Нұрбайұлы, ҚӨМТ және КМ каф. оқытушысы

Кипнис Лев Семенович, т. ғ. к., ҚӨМТ және КМ каф. доценті

Медведева Ирина Евгеньевна, ҚӨМТ және КМ каф. оқытушы

Куликов Виталий Юрьевич, т.ғ.к., ҚӨМТ және КМ кафедрасының доценті

 

ҚӨМТ және КМ кафедрасы ҚарМТУ-дың бас корпусында (Қарағанды қаласы, Бейбітшілік Бульвары, 56), 313 аудиторияда орналасқан, байланыс телефоны  8-(3212)-56-59-35, қосымша 124, электрондық адресі mlpikm@mail.ru.

1.2 Пәннің еңбек сыйымдылығы

 

Семестр	Кредиттер саны	Сабақтар түрі					СДЖ сағат-тары-ның саны	Жалпы сағаттар саны	Бақылау түрі
		байланыс сағаттарының саны			СОДЖ сағатта-рының саны	Сағат-тардың барлы-ғы
		дәрістер	практика-лық сабақтар	зертханалық сабақтар
6	3	30	15	—	45	90	45	135	емтихан

 

1.3 Пәннің сипаттамасы

«Құйманы қалыптау теориясы» мамандығы бойынша негізгі профессиональді жүргізетін жолдардың қалыптау құймаларының процестерін оқытып, технологиялық параметрлерін есептеу және таңдау, құйманың берілген сапасын алып қалыптастыру,физикалық процестерді  кристалдану және металды суыту кезінде өткізеді.

1.4 Пәннің мақсаты

Бұл пәнді оқыту мақсаты негізгі бакалаврларды оқыту негізгі заңдылықпен қортпаның сұйық күйі жартылай фабрикатты металдарды бұйымдарды қалыптастырады. (фасонды құйма, дене пішінің реттеуші үздіксіз және жартылай үздіксіз)

1.5 Пәннің міндеттері

Пәннің міндеттері: келекшекте білімді мамандарды физикалық процестерде  металдың қатты және сұйық болады.

Пәннің оқыту нәтижесінде студент білу керек:

қорытпа мен балқыған металдан жасалған металды бұйымдардың негізгі заңдылықтарын білу керек;

металды суыту  және қатаю кезінде қалыбы және құйма ағуы процестерін білу;

сапа көрсеткіштерін, құю қалыптау процестерінің параметрлерін талдап білу;

құйма қалыптау процестерін параметрлерін анықтап практика жүзінде білу.

1.6 Айрықша деректемелер

 

Берілген пәнді зерделеу үшін келесі пәндерді меңгеру қажет (тараулары мен тақырыптарын көрсетумен):

 

1.7 Тұрақты деректемелер

«Құйманы қалыптау теориясы», пәнін оқу кезінде алған білім,келесі пәндерді білу үшін қолданылады: «Құю өндірісі технологиясы», «Құю цехтарының құрал – жабдықтары», «Құю машиналары мен технологиясын АЖЖ», шығару жұмысын орындау.

1.8 Пәннің мазмұны

1.8.1 Сабақтар түрлері бойынша пәннің мазмұны және олардың еңбек сыйымдылығы

 

1.9 Негізгі әдебиеттер тізімі

1. Баландин  Г.  Ф.  Теория формирования отливки. – М.: МГТУ  им. Баумана, 1998.
2. Баландин  Г.  Ф.  Основы  теории формирования отливки. Формирование макроскопического строения  отливки. – М.: Машиностроение, 1979.
3. Козлов Л. Я., Вдовин К. Н., Тен Э. Б. и др. Производство стальных отливок. – М.: МИСИС, 2003.
4. Васильев В. А. Физико-химические основы литейного производства. – М.: Интернет Инжиниринг, 2001.
5. Гуляев Б. Б.  Теория литейных процессов.  – Л.: Машиностроение, 1976.
6. Специальные способы литья Под  ред. В. А. Ефимова. – М.: Машиностроение, 1991.
7. Ветишка  А. Теоретические основы литейной технологии. – Киев: Вища  школа, 1981.
8. Константинов Л. С., Трухов А. П. Напряжения, деформации и трещины в отливках. – М.: Машиностроение, 1981.
9. Куманин И. Б. Вопросы теории литейных процессов. – М.:   Машиностроение, 1976.

10.Галдин Н. М.  Литниковые системы и прибыли для фасонных отливок. – М.: Машиностроение, 1992.

11.Кипнис Л.С., Медведева И.Е. Основы теория формирования металлических систем, изд. Караганда КарГТУ,  2006

         1.10 Қосымша әдебиеттер тізімі

12.Пржибыл Й. Теория  литейных процессов. – М.:   Мир, 1967.

13. Рабинович Б. В. Введение в литейную гидравлику. – М.: Машиностроение, 1966.

14. Вейник А. И. Расчет отливки. – М.: Машиностроение, 1964.

15.Леви Л. И., Кантеник С. М. Литейные сплавы. – М.:  Машиностроение, 1969.

16.Батышев А. И. Кристаллизация металлов и сплавов при затвердевании под давлением. – М.: Металлургия, 1990.

17. Медведев Я. И. Газовые процессы в литейной форме. – М.: Машиностроение, 1980.

18.Френкель Я. И. Введение в теорию металлов. – Л.: Наука, 1972.

19.Василевский П. Ф. Технология стального литья. – М.: Машиностроение, 1974.

20.Цветное литье. Под  ред. Н. М. Галдина. – М.: Машиностроение, 1989.

21. Гуляев А.П. Металловедение – М.: Машиностроение, 1995.

22. Курдюмов А.В. и др. Лабораторные работы по технологии литейного производства. – М.: Машиностроение, 1976г.

 

1.11 Студенттердің білімдерін бағалау критерийлері

 

Пән бойынша емтихан бағасы межелік бақылау бойынша үлгерімнің барынша үлкен көрсеткіштерінің (60 % дейін) және қорытынды аттестацияның (емтиханның) (40 % дейін) қосындысы ретінде анықталады және кестеге сәйкес 100 % дейінгі мәнді құрайды.

 

 

Аралық бақылау оқытудың 7-ші және 14-ші апталарында жүргізіледі және бақылаудың келесі түрлерінен алғанда қалыптасады:

 

1.12 Саясаты және процедуралары

«Құйманы қалыптау теориясы» пәнін зерделеу кезінде келесі ережелерді сақтауды сұраймын:

1. Сабаққа кешікпеу.

2. Сабақты орынды себепсіз босатпау, ауырған жағдайда – анықтаманы, басқа жағдайларда түсіндірме хатты ұсынуды сұраймын.

3. Студенттің міндетіне барлық сабақтарға қатынасу кіреді.

4. Себепке қарамай қатыспаған сабақтарды өтеу.

5. Оқу процесіне белсене қатысу.

6. Курстастармен және оқытушылармен шыдамды, ашық, қалтқысыз және тілектес болу.

7. Сабақ кезінде ұялы телефондарды сөндіру, тыныштық және тәртіп сақтау.

8. Шыдамды, ашық жарқын, курстастар мен оқытушыға қайырымды болу.

1.13 Пәннің оқу-әдістемелік қамтамасыз етілгендігі

Автордың аты-жөні	Оқу-әдістемелік әдебиеттердің атауы		Баспасы, шыққан жылы	Даналар саны
				кітапханада	кафедрада
Негізгі әдебиеттер
Баландин  Г.Ф.		Теория формирования отливки	М.: МГТУ им. Баумана,1998	15	—
Баландин Г.Ф.		Основы теории формирования отливки.	М.: Машиностроение,1979	25	—
Козлов Л.Я., Вдовин К.Н., Тен Э.Б. и др.		Производство стальных отливок	М.:МИСИС,2003	2	—
Васильев В.А.		Физико — химические основы литейного производства	М.: Интернет Инжиниринг, 2001	2	—
Гуляев Б.Б.		Теория литейных процессов	Л.: Машиностроение, 1976	25	2
Под ред. Ефимова В.А.		Специальные способы литья	М.: Машиностроение, 1981	25	2
Ветишка А.		Теоретические основы литейной технологии	Киев: Вища школа, 1981
Константинов Л.С., Трухов А.П.		Напряжения, деформации и трещины в отливках	М.: Машиностроение, 1981	2	—
Куманин И.Б.		Вопросы теории литейных процессов	М.: Машиностроение, 1976	2	—
Галдин Н.М.		Литниковые системы и прибыли для фасонных отливок	М.: Машиностроение, 1992	10	2
Кипнис Л.С., Медведева И.Е.		Основы теории формирования металлических систем	Изд. КарагандаКарГТУ, 2006	10	90
Қосымша әдебиет
Пржибыл Й.	Теория литейных процессов		М.: Мир, 1967	1	1
Рабинович Б.В.	Введение в литейную гидравлику		М.: Машиностроение, 1966	10	—
Вейник А.И.	Расчет отливки		М.: Машиностроение,1964	10	2
Леви Л.И., Кантеник С.М.	Литейные сплавы		М.:Машиностроение, 1969	25	4
Батышев А.И.	Кристаллизация металлов и сплавов при затвердевании под давлением		М.: Металлургия, 1990	2	—
Медведев Я.И.	Газовые процессы в литейной форме		М.Машиностроение, 1980	4	—
Френкель Я.И.	Введение в теорию металлов		Л.: Наука, 1972	4	—
Василевский П.Ф.	Технология стального литья		М.Машиностроение, 1989	25	4
Под. Ред. Н.М. Галдина	Цветное литье		М.: Машиностроение, 1989	25	2
Гуляев А.П.	Металловедение		М.: Машиностроение, 1995	25	10

 

2 Пән бойынша тапсырмаларды орындау және тапсыру кестесі

Бақылау түрі	Тапсырманың мақсаты мен мазмұны	Ұсынылатын әдебиеттер	Орындау ұзақтығы	Бақылау түрі	Тапсыру мерзімі
№ 1 практикалық жұмыстарды орындау	Қорытпалардың сұйықтай ақыштығын анықтау . Ақыштық әдістерін анықтау	[5], [27],[11]	2 апта	Ағымдағы	2 апта
№ 2 практикалық жұмыстарды  орындау	Құю жағдайлы мен қалып қасиеттерінің қалып толтырылуына әсерін зерттеу	[5],  [27] ,[11]	2 апта	Ағымдағы	4 апта
№ 3 практикалық жұмыстарды  орындау	Құйманың қалып ішіндегі қатаю заңдылықтарын және оларды зерттеу әдістерін үйрену.	[5],  [27], [11]	2 апта	Ағымдағы	6 апта
СӨЖ бойынша есеп беру (№1 тақырып)	Тақырып бойынша білімді тереңдету	[1],  [2], [3], [4],  [5], [6]	7 апта	Ағымдағы	7 апта
№1 жазбаша бақылау	Теориялық білім мен практикалық дағдыны бекіту	[4],  [5], [12], [17],  [11]	1 түйіспелі сағат	Аралық	7 апта
№ 4 практикалық жұмыстарды  орындау	Құймадағы шөгу қуыстарының түрі мен көлеміне қорытпа қасиеттерінің әсерін оқу	[5],  [27], [11]	2 апта	Ағымдағы	8 апта
№ 5 Зерханалық жұмыстарды  шығару	Құймалардағы көлемдік шөгу раковиналарының түзілу заңдылықтарын, құймадағы таралу сипатына әсер ететін факторларды оқу	[5],  [27], [11]	3 апта	Ағымдағы	9 апта
№ 6 Зерханалық жұмыстарды  шығару	Құйылған бұйымдардағы көлемдік шөгу қуыстарының таралуына суыну жағдайының әсері	[5],  [27], [11]	2 апта	Ағымдағы	12 апта
СӨЖ бойынша есеп беру (№2 тақырып)	Тақырыптар бойынша білімді тереңдету	[1], [2], [5], [12], [11]	7 апта	Ағымдағы	14 апта
№2 жазбаша бақылау	Теориялық білім мен практикалық дағдыны бекіту	[1],  [5], [8], [9],  [11]	1 түйіспелі сағат	Аралық	14 апта
Емтихан	Пән бойынша материалдарды білім мен тексеру	Барлық ұсынылған негізгі және қосымша әдебиетт	2 түйіспелі сағат	Қортынды	сессия кезінде

3 Дәрістердің қысқаша жазбасы

1-тақырып Пән және курс тапсырмалары.

Гидравликалық процестер  (4 сағ)

 

Дәрістер жоспары

1.Металдардың балқыманың қасиеттері

2.Метал қалыбын толтыру процестері. Қалыпты толтыру уақытының есебі.

3.Құйманың жұқа қабатты қалып қуысындағы балқыманың ағуы. Қалып толтырылуы.

4. Құю жүйесінің жоба есебі.

5. Қорытпа ағынының бөліктерінің металемес қозғалыстарын және олардың ұстауы.

 

1.1.  Металдар балқымаларының қасиеттері.

 

Металдарды балқытылған күйде физикалық қасиеттері бойынша ньтондық 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    Р

тұтқырлық

;

Y=

                                                        d – тығыздық

Y-кинематикалық тұтқырлық

Сұйық металдар тұтқырлығы температураға кері пропорционал

А- сұйық қорытпа үшін константа

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 тепе-теңсіздікте болмауының нәтижесінде nүзіледі. Беттік таралудың өлшемі, Н/м.

Беттік таралу сұйық металдың температурсына 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.

Капилляр қысымның P_кап шамасы мына қатынаспен анықталады

P_кап = ,                                                                              мұндағы    R — ­ капилляр радиусы.

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

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

 

1.2.   Қалыптың металмен толтырылу үрдісі. Қалыптың толтырылу уақытының есебі

қалыпты металмен толтыру үшін құюдың екі тәсілін қолданады:

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

—        еріксіз – 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 түбіндегі 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 J, кез келген сұйықтыкі тәрізді, Торичелли теңдеуімен сипатталады.

                                                                                           (2.3)

мұндағы j — 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 (10, а сурет).  Перифериядан қозғалған ағындар осьте кездескендіктен, олардың қозғалыс траекториялары қисаяды және тетіктен шыққан кезде ағыс қимасы сығылады. Тетіктен біраз қашықтықта траекториялар выпрямляются (түзеледі) және ағыс цилиндрлік формаға ие болады.

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

                                                                                             (2.4)

мұндағы — шөміш тетігінің ауданы, m — шығын коэффициенті, ол j жылдамдық коэффициентінің ағыс қимасының a сығылу коэффицентіне көбейтіндісіне тең.

Түрлі сұйықтар, сонымен қатар балқыған металлдар үшін шығын коэффициенті 0,60¸0,65 – ке тең.

Дөңгелек тетіктерден үлкен арақашықтарда ағысқа беттік керілудіңұйытқушы күштері және жироскоптық эффектілер әсер етеді, 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 учаскіде ағыс оның қабатарынан жұлынып, құйынды аймақ түзеді. Шөмішке кіру орнын домалақтау құйын түзілуін азайтады. Құйынды аймақтан біраз қашықтықта ағыс кеңейіп, шөміштің барлық қималарын толтыратын ағын болып ағады (10, в сурет).

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

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

                                      ,                                                         (2.5)

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

Формада 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 (11, а сурет).

Радиусы R цилиндрлік арна арқылы ағатын ағында жылдамдық J келесі тәсілмен анықталады:

                                    ,                                           (2.6)

мұндағы P — ағынға әсер еетін күш, L — ағын ұзындығы, n — сұйықтың кинематикалық тұтқырлық; r – координата.

Цилиндрлік каналдағы сұйық шығыны

                                    ,                                                                (2.7)

ал қалыңдығы 2R жазық арнаның шығыны

                                              .                                                     (2.8)

Турбулентті ағында сұйық қозғалысы үздіксіз пайда болатын және бұзылатын құйын формасында болады. Турбулентті ағынның қимасы бойымен жылдамдықтардың үлестірілуі алтыншы немесе жетінші дәрежелі параболамен сипатталады (11, б сурет). Бұл жағдайда жылдамдықтар эпюрасы өте “бұрмалы” болады. Арнаның бет жағына жақын аралықта жылдамдық жылдам азаяды. Қабырғасының жанында ол ламинарлы режиммен қозғалады. Турбуленті ағындағы жылдамдық түсінігі статистикалық сипатқа ие.

Ағын қозғалысының режимі Рейнольдстің өлшемсіз критерийінің шамасымен анықталады

                                             ,                                                       (2.9)

мұндағы D – ағын диаметрі (немесе жалпы жағдайда өлшемі).

Қабырғалары тегіс арналарда ұзын түзу учаскелерде Рейнольдс критерийінің жоғарғы шекті мәні 2300-ге тең. Бұл шамадан жоғары тек турбулентті ағында болады, ал бұл шамадан аз – көп жағдайда ламинарлы ағындарда болады. Ағында арнаның кедір-бұдырлы қабырғалары немесе бұрылыстар түріндегі ұйытқулар қайнарлары болса, турбуленттілік Рейнольдс критерийінің аз мәндерінде де пайда бола алады. Егер оның мәні 1000-нан аз болса, кез келген үлкен ұйытқу кезінде де ағын ламинарлы болады.

Формаларды қорытпалармен толтырған кезде көп жағдайда қозғалыс турбуленті режимде өтеді.

Бірталай кристаллдар саны бар сұйық ағысы кезінде ағыстың өзіндік құрылымдық режимі пайда болады. Ағынның ортаңғы бөлігі – ядро – бүтін бөлік ретінде қозғалады. Оның айналасындағы сақиналы қабат ламинарлы режиммен қозғала алады.

Металлдың құймадан үлкен көлемді форманың біраздай толтырылған аймағына аққан кезде басылып қалған турбулентті ағыс пайда болады. Бұндай ағыстың бастапқы жылдамдыққа сәйкес келетін жылдамдық сақталатын бастапқы учаскесі және жылдамдығы бастапқыдан аз негізгі учаскесі бар. Бастапқы учаскенің ұзындығы, сұйық табиғатына тәуелсіз, ағыс ағып шығатын арнаның диаметрінің 4,5-не тең.

Егер толтырылатын көлем үлкен болмаса,  қайтарма ағыс құралады. Ағыс өзінің нақты шекараларын сақтайтын учаске бұл жағдайда негізгі болып табылады. Одан кейін ағыстың бөліну және арнаның барлық қимасын алатын орнатылған турбулентті ағынға ақырын ауысатын ретсіз қозғалыс учаскесі орын алады.

Металлдың тығынды құрылғысы бар шөміштің түбіндегі тесік арқылы ағып шығуы кезінде гидростатикалық арын азайып, ағып шығу жылдамдығы баяулайды.

Металл айнасының ауданы F және биіктігі H шөміш үшін деңгей h мәніне жеткен кездегі уақыттың қандай да бір t моментіндегі металлдың элементар шығынын келесі түрде жазуға болады

                                                                         (2.10)

немесе

                                                                                         (2.11)

Теңдіктің сол жағын 0-ден t-ға дейін және оң жағын H-тан 0-ге дейін интегрирлеу арқылы келесі теңдік алынады

                                      ,                                                     (2.12)

мұндағы — шөмішітң босауының толық уақыты.

Практикада ыдыстан ағып шығу кезінде оның деңгейін тұрақты етіп ұстап тұру үшін үздіксіз металл қосып отыратын жағдайлар кездеседі. Онда қимасы F және биіктігі H ыдыстың толық көлемінен ағып шығу уақыты  келесідей анықталады

                                                                                          (2.13)

Яғни, көлемі бірдей металдың тұрақты деңгей кезіндегі ағып шығу уақыты айнымалы деңгей кезіндегі ағып шығу уақытынан екі есе аз болады.

Тоқтатқыш шөміштен толтыру кезінде металл шығыны форма параметрлерімен беріліп, құйманың қажетті сапасын қамтамасыз ететіндей тағайындалуы керек. Металл ағып шығатын стақанның қимасының ауданы тең болады

                                                                                                (2.14)

d – стақан диаметрі, b — тежегіш коэффициент.

Тығынмен қатты тежеу ағыстың ағып шығуының қалыпсыз режимін құрады. Осы кезде металл жан-жаққа шашырап, тотығады да, ағызу процесін басқару қиындайды. Түзу, жинақты ағыс алу үшін тежегіш коэффициент b³0,8 болу керек.

Ағызу процесі кезінде стақан шайылады. Бірақ та металл ағып шыққан сайын және стақанның тетігінің ауданы ұлғайған сайын гидростатикалық арын азаяды. Бұл процестер бірін-бірі толықтырады. Қатты қиындықтар металл деңгейі максимал болғанда, стақан ауданы әлі өзгермеген кезде және берілген шығынды қамтамасыз ету үшін максимал тежеу беру қажеттілігі туындаған кезде пайда болады

                                                                                    (2.15)

осыдан

                                                                                   (2.16)

Стақаннан ағып шығу шарты ретінде m = 0,8, b = 0,8 және g = 981см/с² деп алсақ, онда

                                                     ,                                           (2.17)

мұндағы d – стақанның қажетті диаметрі, см; H – шөміштегі металл деңгейінің биіктігі, см; Q – металл шығыны, см³/с.

Бұрылмалы шөміштен толтыру кезінде шығынды форманың металлмен толтырылу шарттарын бақылайтын оператор реттейді.

Қалып қуысының толтырылуын сұйықтың қалыпты деңгейлі бір ыдыстан (құймалы жүйе) сұйықтың айнымалы деңгейлі екінші ыдысқа (форма қуысы) ағып шығуы деп қарастыруға болады.

Өлшемдері белгілі құймалы жүйе арқылы форманың толу уақытын анықтайық.

Келесі шарттарды қабылдаймыз:

1).       Металлдың қатты фазалы бөлшектері болмайды және форма толтырылуы кезінде оның қабырғаларында қатты қабықша пайда болмайды;

2).       Құймалы жүйе бірден толтырылады. Басқа сөзбен айтқанда, оның көлемі құйма көлемімен салыстырғанда аз және уақытты санау оны толтыру басталған мезеттен жүргізіледі;

3).       Құймалы жүйеде металл деңгейін тұрақты етіп ұстап тұрады;

4).       Металл қозғалысы бірден орнатылады – жүйенің әрбір қимасындағы жылдамдықтың шамасы мен үлестірілуі толтырылу процесі кезінде өзгеріске ұшырамайды.

Құйма екі бөліктен тұрады: қималары F_в мен F_н және сәйкесінше биіктіктері h_в мен h_н жоғарғы және төменгі бөліктер. Гидростатикалық напорды H, жанынан келтірілген құйманың қима ауданы f деп аламыз.

Форма қуысының төменгі бөлігін толтыру тұрақты жылдамдықта және шығында өтеді. Оны толтыру уақыты t_н төменгі бөлік көлемін шығынға бөлу арқылы алынады, яғни

                                                                                          (2.18)

мұндағы m — құймалы жүйенің шығын коэффициенті.

Форма қуысының жоғарғы бөлігін толтыру басылып қалған деңгейде келесі шығынмен өтеді

                                 ,                                             (2.19)

мұндағы h – құйманың подвод деңгейінен формадағы сұйық металл айнасының бетіне дейінгі арақашықтық.

Бұл жағдай үшін (2.10) теңдеуіне ұқсас келесіні жазуға болады

                                                              (2.20)

немесе

                                  .                                             (2.21)

Теңдіктің сол жағын 0-ден t_в-ға (форманың жоғарғы бөлігінің толтырылу уақыты) дейін және оң жағын 0-ден h_в-ға дейін интегрирлеп, келесіні аламыз

                                                                   (2.22)

Форманың түгелдей толуының жалпы ұзақтылығы келесі суммаға тең болады

                                               (2.23)

Құймалы жүйенің шығын коэффициенті арын шығындарымен анықталады. Шығын коэффициенті арын шығындарының суммасымен келесі қатынаспен байланысты:

                                                                                           (2.24)

Құймалы жүйелерде кездесетін жергілікті кедергілердің түрлері және оларға сәйкес келетін арын шығындары.

Бұрылатын шөміш арқылы құю немесе босату тесігі арқылы жүретін металл ағынының жылдамдығы v мына теңдеумен анықталады:

 

                                   v = φ

мұндағы Н­ – гидростатикалық арын; g – еркін түсу үдеуі;

φ – тесіктен өту кезінде арынның шығынын ескеретін  жылдамдық коэффициенті, φ =0,97.

Уақыт бірлігінде шөміштен ағызылатын металл көлемінің q шығыны былай табылады:

q=  f v =fφ  =   fμ.

 

Мұндағы f – шөміштің құю тесігі немесе шүмегінің ауданы;

μ = φ  – шығын коэффициенті;    — ағын қимасын сығу коэффициенті.

Әдетте, шөміштер үшін μ = 0, 6 ÷ 0,65.

Стопорлық шөміштен металл ағуы кезінде оның босатылу шамасы бойынша гидростатикалық арын баяу кішірейеді, осыған сәйкес ағыс жылдамдығы мен шығын да  азаяды.

Егер шығынның тұрақтылығы қажет болса, онда шөмішпен құюдың бастапқы кезеңінде арын жоғары болған кезде, құю тесігін тежей отырып жартылай ашады да, шөміштің босатылу шамасына қарай толығымен ашады.

Практикада ыдыстан құю кезінде тұрақты түрде толықтырып тұрудың есебінен немесе басқаша реттеу арқылы металл деңгейін бір қалыпты ұстап тұрады, сонда шығын тұрақты болады.

Бұрылатын шөміштен құю кезінде шығынды реттеу шөміштің бұрылу жылдамдығын басқару жолымен іске асырылады.

Металдың қалып кеңістігіне ену орны бойынша жоғарғы, төменгі және бүйір құю жүйелерін айырады.

Берілген өлшемді құю жүйесі арқылы қалыптың толтырылу  уақытын есептейміз.

 

1.3. Жұқа қабырғалы құймалардың қалып кеңістігіндегі балқыманың жүрісі.

Қалыптардың толтырылуы.

Жұқа қабырғалы құймаларды қалыпқа құю кезінде қалыптың толтырылатын кеңістігімен өтетін сұйық металл тұрақты түрде оның қабырғаларымен байланыста болады. Бұл кезде сұйық металдың бастауыш бөлігі суық учаскелермен түйісе отырып, өз жылуын береді де металл қарқынды түрде суып, тұтқырлықтың өсуі салдарынан аққыштық және қалып пішінін толтыру қабілетін жоғалтады. Бұл қсиет сұйықтай аққыштық деп  аталады.

Құюдың белгілі жағдайларында балқымамен толтырылатын қалыптағы арна ұзындығы сұйықтай аққыштықтың өлшемі болып табылады. Оның шамасы балқыманың құю жүйесінен өлшем арнасына дейін балқыманың аққыштық қабілетін жоғалтпаған уақыттағы балқыманың ағын жылдамдығы түрінде берілуі мүмкін

мұндағы H — ­ гидростатикалық арын.

Қалып материалының жылу өткізгіштігі неғұрлым жоғары болса, сұйық металл соғұрлым тез суынады да, осының салдарынан толтырылғыштық нашар болады. Егер салыстыру үшін құрғақ құм-балшық қалыбының толтырылғыштығын бір деп алсақ, онда басқа материалдардан жасалған қалыптардың толтырылғыштығы мынадай: ылғалды құм-балшық қоспасы –  0,94; ағаш ұнтағы қосылған қоспа –­1,2; металл қалып – 0,­7.

Қалыпты алдын-ала қыздыру оның толтырылғыштығын арттырады.

Құю жүйелерін конструкциялау кезінде бастапқы мәліметтер ретінде металл қасиеттері, құйылатын металл массасы, қалыптың геометриялық параметрлері есекеріледі. Бұл кезде жоғарыда қарастырылған тапсырмаға кері тапсырманы шешу керек: көрсетілген бастапқы мәліметтер және талап етілетін құю уақыты бойынша құю жүйесі арналарының ең жіңішке қимасы ауданын есептеу керек.

Металдың қоректендігіштерден шығар орнындағы түзулік жылдамдығын құю жүйесінің конструкциясы мен ұзақтығын ескере отырып, мына қатынас бойынша табуға болады:

;

Өкінішке орай, қазіргі кезде ақаусыз  құймалар алуды қамтамасыз ететін қалыпқа құю  уақытын таңдаудың әмбебап аналитикалық  әдісі жоқ. Осы мақсатта,   көбінесе, өндірістік тәжірибе мен арнайы эксперименттерді статикалық талдау негізінде шығарылған эмпирикалық қатынасты пайдаланады, жалпы жағдайда ол мынадай көріністе болады:

_з= A.

Мұндағы —  A, ­ m,  n   —  шамалары қорытпа қасиеттеріне,  құйма пішінінің күрделілігіне және  басқа да факторларға байланысты таңдалып алынатын тұрақты коэффициенттер; — құйма қабырғаларының орташа қалыңдығы; G —  құйма ­массасы.

1.4. Қорытпа ағынында металл емес бөлшектердің қозғалысы және оларды аулау.

Құймалардағы металл емес бөлшектерді өлшемдері бойынша былай бөледі: макроскопиялық – өлшемдері 0,5 -1мм-ден жоғары, және микроскопиялық –   өлшемдері 0,001 – 0,5 мм. Түзілу көзіне қарай металл емес заттарды эндогендік және экзогендік деп бөледі.

Макроскопиялық  металл емес заттар экзогендік, оларға  пеш немесе шөмішті астарлау кезіндегі қираған заттар, қож бөлшектері, қалып  және өзекше қоспасы, бояу және т.б. қалдықтар жатқызылады.

Кестеде металл емесе заттардың негізін құраушы тотықтар мен балқыту кезінде қолданылатын қорытпалар, флюстер, және қождар тығыздығы келтірілген.

Кестеден қорытпалар мен  металл  емес заттардың тығыздығында біршама  айырмашылықтың бар екенін көруге болады. Темір  және мыс  негізіндегі қорытпаларда, компоненттердің тотықтары мен флюстердің тығыздығы қорытпалардікінен төмен, сондықтан олардың бөлшектері қылқып шыға алады, алюминий және магний негізіндегі қорытпаларда, керісінше, бұл бөлшектер шөгеді.

1 мм-ден үлкен өлшемді бөлшектер үшін қалқып шығу (немесе шөгу) жылдамдығы қозғалмайтын немесе баяу қозғалатын қорытпада мына қатынаспен анықталады:

мұндағы   W  — қалқып шығудың түзулік жылдамдығы; c – балқу сипатынга тәуелді ­коэффициент, көп жағдайда ол бірге тең;   —  балқыма мен оның  бөлшектерінің тығыздығы;  d­  -бөлшек диаметрі.

Көлденең ағында бөлшектің вертикаль жылдамдығы мынаны құрайды

V_тік= W —v_{көлденен};

мұндағы,  0,2  — ағын турболенттігіне түзету коэффициенті.

Тік қож  аулағышта (қоректендіргішке түспей қалу) қалқып жүрген бөлшектерді аулау шарты мына қатынаста болады  < ;

Сөйтіп, h_к және L_к аралықтарында құйғыштағы металдың түзулік жылдамдығынан  тәуелді белгілі қатынас сақталып  тұруы керек.

Қара қорытпалардан жасалған орта массалы құймалар үшін көлденең ағын жылдамдығы 0,4 м/с шамасында, бұл кезде көрсетілген қатынастың талап етілетін шамасы мынаны құрайды L_к > 20 h_к.

Металл емес заттарды аулаудың қарастырылған тәсілі ол талап етілген ықпал етуді қанағаттандырмаған кезде неғұрлым кеңірек тараған, металл емес заттарды аулаудың арнайы тәсілдері де қолданылады.

Ұсынылатын әдебиеттер: [1, 2, 3, 4, 7].

1. [1] (с. 27-29)

2. [3] (с. 76-79)

3. [4] (с. 125-128)

4. [5] (с. 37- 42)

5. [13] (с. 135-148)

 

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары (тема 1) [3, 4, 5]

1. Метал балқыманың негізгі физикалық сипаттмасы.

2.  Метал қалыбын толтыру әдістері.

3.  Қалып толтыруды қабылдап тостағаның түрлері.

4.  Құю жүйесінің түрлері.

5.  Құйма металемес болып қосылуы.

 

2-тақырып Құйма металдың қатаюы және суыту. (6 сағ)

Бұйымның құю мен суыту және қатаю процестері.

Дәрістер жоспары:

1.Қалып және құйманың жылу ауысымы.

2. Жылу ауыстыру интенсивті аз құйманың суыту есебі.

3. Құйманың қатауы процестерін талдау. Қатаю аумағы  және жүйелігі.

4. Кинетикалық қатуы   (жарты аумақты қатудың есебі).

5. Конфигурациялық және өлшемдерді алу құйма қатуының жалғасының есебі.

Металдың алғашқы бөлігі қалыпқа түскеннен бастап оның суынуы және қалыптың қызуы басталады. Құйманы алу процесінде оның қалыппен жылу алмасуы жылу  беріліс посредством (жанасу) және сәуле шығарғыштық, бөлек жағдайларда конвекция болып табылады.

Жанасумен жылу алмасудың негізгі теңдеулері.

1) дене бетіндегі жылу берілісінің теңдеуі (Ньютон теңдеуі) q =

мұнда q – меншікті жылу тасқыны ;

­ — жылу беру коэффициенті, жылу беру немесе жылуды сіңіру ортасының қасиеттерімен анықталады (вт/м² град);

T_п    — дене бетінің температурасы;  T_с  -орта температурасы; (T_п  -T_с) – дене мен орта араларындағы температуралардың өзгерісі.

­ 2) дене ішіндегі жылу берілісін бейнелейтін теңдеу (Фурьенің жылу өткізгіштік теңдеуі); бір шама жылу тасқыны үшін:

q = —  λ dt /dx,

мұндағы λ  — жылу өткізгіштік коэффициенті (вт /м град);  dt/dx  — жылу тасқының өлшеу  нүкитесіндегі температуралар градиенті.

Дене мен ортаның жылу алмсуының қарқындылығы туралы түсінік.

Дене бойы мен оның бетіндегі меншікті жылу ағындарының тепе-теңдік шарттары

—

Сипатталатын өлшемдері X болатын дене үшін dx/dt = t_ц  — t_п / X  деп алуға болады, сонда.  Био критерийі — дене ішіндегі және бетінің (немесе дене мен ортаның термиялық кедергі қатынастарының) температура арындарына тең өлшемсіз параметр. 

Дене және орта қасиеттеріне байланысты жылу алмасудың қарқындылығы үлкен аралықта ауысып тұрады  (0 <Bi< ∞).

Жылу алмасу қарқындылығының типтік жағдайлары: а) кіші —  Bi <<1   (Bi<0,2); б) үлкен – Bi>>1   (Bi>5); в) орташа  – Bi1   (Bi =  0,25).

Төменгі қарқындылықпен суитын денелерді шартты түрде «жұқа» денелер деп атайды (дене ішіндегі температураның өзгеруі дене беті мен ортаның температурасынан әжептәуір төмен). «Жұқа» денелер үшін дене ішіндегі температуралар өзгерісін   ескермеуге болады. ().

Төменгі жылу алмасу кезіндегі (қалыпта және ауада) дененің (құйманың) суыну үрдісін есептеу

Бастапқы  мәліметтер (шекаралық шарттар):

с, ρ   —  дене материалының жылу сыйымдылығы және тығыздығы ;

F, V  — дененің бүйір беті және бөлініп алынған бөлшегінің көлемі;

α – ортаның жылу беру коэффициенті;

τ – суыну уақыты; t = t  —  t     — дененің орташа температурасы;

t_c­  — орта температурасы.

α = const; t_c­ = const деп қабылдаймыз.

θ = t₀ — t_c деп белгілейміз (дененің шығын температурасы).

dτ уақытында дене температурасы dθ –ға өзгерсін, сонда dQ_ішкі= — орта Vdθ — дененің бөлініп алынған учаскесінің  температурасы dθ-ға өзгерген кездегі жылу мөлшерінің өзгеруі;

Құйманың абсолют өлшемдері үлкен және ол неғұрлым жинақы болса, ол соғұрлым баяу суиды.

Есептеу қателіктері =­сonst; деп алғандықтан болды, шындығында, f(t_с, θ), есептеу дәлдігі үшін оны кезеңдер бойынша әрбір температура диапазоны үшін өзінің  шамасын қабылдап жүргізеді.

Қалыптың әрбір бөлшегі үшін жылу аккумуляциялау қабілеті әр түрлі материал таңдай отырып, суу жылдамдығын артыруға немсе төмендетуге болады.

 Құймалардың қатаю үрдістерін талдау. Реттік және көлемдік қатаю.

Барлық металл денелердің кристалдық құрылымы болатыны белгілі, сондықтан олардың сұйық күйден қатты күйге өтуі және кристалдық құрылымның түзілуін кристалдану деп атайды.

Мұндай алмқұйма металының макроскопиялық көлемінде «қатаю» деп аталатын терминді қолданады.

Металдар мен қорытпалардың қатаю үрдістерін тәжірибелік зерттеу үшін термометрия, яғни, құйманың әр түрлі орындарында қорытпа температурасының уақыт бойынша өзгеру графиктерін (суыну қисық сызықтары) түсіру және талдау әдісі кеңінен қолданылады.

Қорытпалар құрамына байланысты әр түрлі кристалданады: таза металдар мен эфтектикалық құрамды қорытпалар тұрақты температурада, ал қалғандары- температуралар аралықтарында (суретті қара).

Әр түрлі құрамды қорытпалардан алынған құймалардың қатаю үрдістерін талдаймыз.

Жыу алмасудың қарқындылығына қарамастан, қатаю үрдісі шеттерінен   центрге қатты фазаның қатпарлы өсуі есебінен жүреді, бұл кезде қатайған және қатаймаған метал арасында нақты шекара болады. Мұндай үрдісті реттелген қатаю деп атайды.

Температуралар аралықтарында кристалданатын қорытпалардан алынған құймалардың қатаю үрдісі.

 

Құйма қорытпалары әрқашан температуралардың қандай да бір интервалында кристаллданады. Қатайып жатқан құймада жалпы жағдайда үш облысы бөлуге болады: қатты, қатаю және сұйық (61-сурет). Облыстар шекаралармен бөлінген: сұйық және қатаю – ликвидус шекарасымен; қатаю және қатты – солидус шекарасымен.

А.А.Бочвара академигінің ұсынысы бойынша қатаю облысын екі бөлікке бөледі: сұйық-қатты, оған сұйықтың микроскопиялық ауысу зонасы кіреді; қатты-сұйық, оған сұйықтың микроскопиялық және жергілікті ауысу зонасы кіреді.

Қатаю облысы үш зонаға бөлінеді:

1)      Сұйық металлдың микроскопиялық ауысу зонасы. Бұл зонада қатты кристаллдар сұйықта бос жүзеді, ал сұйық қалдықты шайған кезде онымен бірге алыстатылады, құйылу шекарасы босайды;

2)      Сұйық металлдың жергілікті ауысу зонасы. Осы зонада кристаллдар байланысқан скелет құрады, бірақ та сұйық олардың арасынан салыстырмалы бос өтеді. Сұйық қалдықты шайған кезде сұйық осы зонаның кристаллдары арасында қалып қояды;

3)      Сұйық металлдың микроскопиялық ауысу зонасы. Осы зонада өсетін кристаллдар көмегімен сұйық жекелеген көлемдерге бөлінеді. Сұйық тек осындай көлемдер арасында ғана орын ауыстыра алады; екінші зонадан үшіншіге өту болмайды. Екінші және үшінші зоналар қоректену шекараларымен бөлінеді.

Ликвидус және солидус шекаралары қорытпаның физико-химиялық сипаттамалары болып табылады: олардың температуралары қалып диаграммаларында көрсетіледі. Құйылу шекарасы тәжірибелі жолмен анықталады. Ол, әдетте, нольдік сұйықаққыштық шекарасымен дәл келеді. Қоректену шекарасы кеуектілігі бойынша құю осінің жанында орнатылады. Құйылу шекаралары мен қоректену шекараларының қалыптарын температуралық өріске салған кезде, уақыттың қандай да бір моменттерінде оларға сәйкес келетін температураларды анықтауға болады. Құйылу және қоректену шекаралары қорытпаның технологиялық сипаттамалары болып табылады. Олар құйманың қалыптасу шарттарына тәуелді. Кристаллдану фронтының бойымен сұйықтың қозғалысы үлкен жылдамдықта өткен жағдайларда, мысалы қысым қолданып құю кезінде, құйылу шекарасы солидус шекарасына қарай ығысады. Егер құйма қысыммен кристаллданатын болса, сұйық металлдың орын ауыстыруы жеңілдейді және қоректену шекарасы солидус шекарасына қарай ығысады; вакуумда керісінше – ликвидусқа қарай ығысады.

Егер кристаллдану тармақталған дендриттер формасында өтсе, олардың арасындағы байланысқан скелет жылдам қалыптасып, құйылу шекарасы ликвидус шекарасына жақын орналасады; оған қоректену шекарасы да жақын болады. Егер кристаллдану глобулярлы формада өтсе, құйылу және қоректену шекаралары солидус шекарасының жанында орналасады. Құйманың қалыптасуының қарапайым шарттары үшін құйылу және қоректену шекараларының температураларының қисықтарын қалып диаграммасына салуға болады (62 сурет).

Құрамы С₀, температурасы Т_n қорытпа үшін рычаг ережесіне сәйкес, Т_n температурасы мен С₀ концентрация сызығының қиылысу нүктесінен осы температура деңгейінің солидус сызығымен қиылысу нүктесіне дейінгі кесіндінің және бірінші нүкте мен температура деңгейінің қилысуына дейінгі кесінді мен ликвидус сызығының арасындағы қатынас сұйық және қатты фазалар шамасының ара қатынасына тең.

Квазистатикалық модельге сәйкес рычаг ережесін осы изотермада жатқан элементар көлемдер жиынтығына қолдануға болады. Құймадағы қатты және сұйық фазалар учаскелерін қиып өтетін изотерма кесінділерінің ұзындықтары қалып диаграммасындағы сұйық фазаның салыстырмалы шамасына сәйкес келуі керек.

Суыну жылдамдығы төмен және кристалдану температуралары аралықтары улкен болағн кезде екі фазалы күй зонасының ені құйма қалыңдығына тең болуы мүмкін. Сөйтіп, қатаю көлемдік сипатта болады.

Құйманың қатаюы көлемдік-ретті сипатта болады: бастапқы кезең реттеліп өтеді де, соңында көлемдік қатаю жүреді. Қатаюдың мұндай механизмі суынудың орташа қарқындылығы жағдайларында қатаятын көптеген мқұйылып алынған бұйымдарды сипаттайды, себебі, құю қорытпалары темепратуралар аралықтарында кристалданатыны белгілі. Қатты – сұйық күй зонасының еніне тәуелді құймалар сипатына қарай реттік немесе көлемдік механизмге жақынырақ болуы мүмкін.

Қатты – сұйық күй зонасының салыстырмалы ені бұл  құйманың сапасына біршама әсер ететін қатаю үрдісінің маңызды сипаттамасы болып табылады. Ол кристалдану температураларының арлықтарына ΔT_крист қатысты құйманың қима бойынша қатаюының аяқталуы  температуралары айырымына ΔT_тв тәуелді болады. Бірінші шама қорытпаның құрамына, екінші — құйманың суыну жылдамдығына, одан әрі қалыптың жылу сипатына, және құйма материалына байланысты анықталады.

Құйманың қатаюын есептеу

Қатаю үрдісінің кинетикасы  (жартылай кеңістіктің қатаюын есептеу).

Нақты жүретін үрдістерді ескере отырып құйманың қатаюы есептерін жүргізу күрделі және ауқымды болып саналады. Қарапайым жағдайда қатаятын кездегі тапсырманы шешуді қарастырамыз.

Қосымша мәліметтер:

а) дененің сыртқы бетіндегі балқыма температурасы қатайған қыртыс түзілгеннен кейін бұрақты шамаға дейін төмендейді, ол қалыптың жылу беру коэффициентімен анықталады;

б) құйма металының жылу физикалық қасиеттері қатаюдың барлық кезеңдерінде тұрақты болады;

в) қыртыстың қатайған бөлігіндегі температураның таралуы түзулік:   ;

г) қатаймаған металдағы жылу берілісін есепке алмаймыз.

 

Дененің суу интенсивтілігі жылулық ағын кесіп өтетін көлем бірлігіне сәйкес келетін бетке пропорционал болу керек. 68 суретте үш негізгі денеден (қалыңдықтары мен диаметрлері 2R қабырғадан, цилиндр, сферадан) жылуды кесу схемасы көрсетілген. Егер осы денелердің әрқайсысының бетінде бірлік ауданы бар бетті қиып алса, ондай ауданға қарсы жақта қабырғада призма, цилиндрде – клин, сферада – пирамида орналасады. Қыздыру температурасы бірдей болғанда, осындай аудандардан өтетін жылу шамасы келесі тізбекпен төмендейді: қабырға, цилиндр, сфера.

Түрлі конфигурациясы бар денелердің қатаюының жалпы ұзақтылығын бағалау үшін 1938-1940 жылдары Н.И.Хворин келтірілген қалыңдықтар түсінігін енгізді, бұл дене көлемінің бетке қатынасын білдіреді. Оның ұсынысы бойынша квадрат түбір заңына абсолютті емес, келтірілген қалыңдықты енгізу керек, осылайша күрделі формалы құйманы жазық қабырғаға теңестіруге болады.

Келтірілген қалыңдықтар R_п тең:

жазық қабырға үшін

цилиндр үшін

сфера үшін

 

Осылайша, келтірілген қалыңдықтар үшін квадрат түбір заңы келесі түрде болады:

Қалыңдықтары мен диаметрлері бірдей негізгі денелердің қатаю ұзақтылықтарының қатынасы олардың келтірілген қалыңдықтарының квадраттарына пропорционал болу керек: қабырға 1,00; цилиндр (0,5)²=0,25; сфера (0,33)²=0,11.

Келтірілген қалыңдықтар туралы түсінік Фурье теңдеуінен туындады деп есептеуге болмайды; ол дербес болып табылады. Келтірілген қалыңдықтарды қатаюды есептеу үшін қолдану мүмкіндіктері эксперименталды түрде қалыңдықтары мен диаметрлерінің мәндері бірдей жазық қабырғалардың, цилиндрлердің және сфералардың құймаларында тексерілді. Құймалар алюминий қорытпаларынан және орташа көміртекті болаттан жасалды. Тексерулер нәтижелері 18 кестеде келтірілген.

Кестеден есептеулер мен тәжірибелік мәліметтер арасында айырмашылықтар бар екендігін көруге болады. Ең жақсы мәліметтер құйылу шекарасы үшін алынған. Яғни, келтірілген қалыңдықтар бойынша есептеуді температуралардың тар интервалында кристаллданатын қорытпалар үшін қолдануға болады.

Қатаю шекарасы радиустың алғашқы үштен екісі үшін барлық денелер үшін бірдей дерлік қозғалады. Құйманың осьтік бөлігіндегі қатаюдың соңғы сатысы сфера үшін бірталай үдемелі, цилиндр үшін үдеуі аздап, ал қабырға үшін мүлдем үдеусіз өтеді .

Тәжірибелердің көрсетуінше, келтірілген қалыңдықтары бірдей, бірақ конфигурациялары әртүрлі денелердің қатаю ұзақтылығының ара қатынасына суытудың абсолютті жылдамдығы әсер етеді. Құйманың суытылуы неғұрлым интенсивті болса, соғұрлым қабырға, цилиндр және сфераның қатаю уақыттары әртүрлі болады. Әсіресе бұл сфера мен цилиндрдің бетінің температурасының қабырғаның температурасына қарағанда жылдамырақ түсуіне байланысты.

Құйма конструкциясын талдау көрсеткендей, оларды құраушы элементтердің ішіндегі артығы жазық қабырғалар болса, цилиндрлер немесе призмалар одан гөрі сирек кездеседі, ал сфералар мен кубтар одан да сирек кездеседі. Кез келген күрделі құйманы элементтерге бөлуге болады, олардың әрқайсысы қалай да болса қабырға, цилиндр немесе сфераға жақын келеді. Суыту кезінде элементтердің бір-біріне өзара әсер есуін ескермесе, технологиялық есептеулер кезінде әрбір элементтің қатаю ұзақтылығын формуласы бойынша анықтауға болады.

Дөңгелек және квадрат қимасы бар құйманың қатаю шарттары бастапқы сатыда ғана ерекшеленеді. Тең қатаю сызығының ортаңғы бөлігінде – изосолида – екі жағдайда да шеңберлерге жақын болады.

Құйманың ең кең таралған элементтеріне L, T және X тәрізділерге бөлінетін қабырғалардың жанасуы, сонымен қатар қабырғалардың қалыңдықтарының өзгерулері кезіндегі ауысымдар жатады.

Қатаю уақыты мен жылдамдығына әсер ететін факторлар:

а) ­ қалып материалының жылу аккумуляциялау қабілеті коэффициенті;

б) құйма материалының тығыздығы, жылу сыйымдылығы, жылу өткізгіштігі, қатаю жылуы;

в)  қалыпқа балқыма құю температурасы;

г) құйманың келтірілген өлшемі. _.

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. [1] (с. 77-92)

2. [2] (с. 39 — 46)

3. [5] (с. 67- 86)

4. [14] (с. 29- 52)

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары(тақырып 2) [2, 5, 14]

1. Құйма қатуының заңдылықтарының процестері.

2. Қатудың аумақты және жүйелігі.

3. Қалыпты температураның кристалдану қорытпа құйманың қатуының процестері.

4.Қатуы кезіндегі процестердің кинетикасы.

5. Конфигурациялық және өлшемдерді алу құйма қатуының жалғасының есебі.

 

3-тақырып Бұйымның құю құрылуы кристалдық қалыптастасуы. Кристалдануды жүргізу.  (6 сағ).

     Дәрістер жоспары:

1.Кристалдану процестерінің негізгі заңдылықтары.

2. Кристализация процестерінің әдістерін жүргізу.

3. Микротозаңдатқыш балқыманы орналасуы.

4. Жылу бөліну жүргізетін құю мен кристалдануы.

5. Балқыманы  құю кезінде  жоғары тез суытады.

6.  Құю бұйымдардың біртекті еместігі.

 

Көптеген металл бұйымдар оларды жасау технологиясынан тәуелсіз, поликристалл денелер, яғни, металл балқымадан кристалдану кезінде түзілетін кристаллиттер немесе дәнекшелер жиынынан тұратыны белгілі.

Металл дәнекшелерінің өлшемдері мен пішіндерінен бұйымдардың механикалық қасиеттеріне тигізетін әсері күшті. Бұйымдардың қызмет температурасына байланысты бұл әсер әр түрлі болады. Бұл дәнекшелер тегі мен шекралары қасиеттеріне, ең бастысы шекараларда кристалдық торлар ақауларының және тез балқитын қоспалардың шоғырлануымен байланысты. Дәнекшелер шекаралары металл бұйымдарының басқа да эксплуатациялық қасиеттеріне әсер етеді.         

Кристалдану теориясынан қорытпалардың сұйық күйден қатты күйге өтуі балқыманың суынуы болған кезде ғана жүретіні белгілі, басқа барлық жағдайда балқыманың суыну жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, оның суынуы да тез болады.   Кристалдық құрылымның қалыптасуы кристалдану (түйіршіктер) центрлерінің қалыптасуы және олардың өсуі нәтижесінде жүреді. Тұрақтылығы мен өсуді қамтамасыз ететін түйіршіктің ең кіші өлшемі критикалық деп аталады. Балқыманың суыну дәрежесінің өсуімен түйіршіктердің қалыптасу жылдамдығы мен кристалдардың түзулік өсу жылдамдығы артады (сурет).

Түйіршіктердің қалыптасу жылдамдығы жоғары және олардың өсу жылдамдығы неғұрлым төмен болса, соғұрлым, бір түйіршіктен өсіп шыққан кристалл өлшемдері кіші, алынатын құйма металының құрылымы ұсақ дәнекшелі болады.

Дәнекше шамасының S түйіршіктер санына V_з тәуелділігі (немесе олардың түзілу жылдамдығы) және кристалдардың өсу жылдамдығы  V_р мынадай болады

S = ( V_р  /  V_з )^3/4 .

 

Суыну жылдамдығы төмен (суыну шамасы үлкен емес), түйіршіктер саны аз болған кезде, нәтижесінде ірі дәнекше қалыптасады. Суыну жылдамдығы артуымен (суыну дәрежесі өседі) түйіршіктердің түзілу жылдамдығы кристалдардың өсу жылдамдығынан артық болады, осының салдарынан қатаятын метиалл құрылымы неғұрлым, ұсақ дәнекшелі болып шығады.

Кристаллдану кезінде аса суыту құбылыс ретінде 1724 жылы Фаренгейттің суда жүргізген тәжірибелері кезінде ашылды. Орыс академигі Т.Ловиц оны 1785 жылы жүйелі түрде зерттеді. Кристаллдану кезінде оңай балқитын металлдардың 2-10⁰С-ға аса суитынын температураны өлшей бастағанда бірден тіркеуге болады. 40-шы жылдардың басында темірді 200⁰С –ға дейін аса суытуға қол жетті. В.И.Данилов және Д.С.Каменецкая металлдардың ұсақ тамшыларының кристаллдануын бақылап отырып, одан да асқан аса суытуды тіркеді. И.С.Мирошниченко жұқа қабықшалардың кристаллдануын зерттеп, металлдардың аморфтық қалпы алынатын суытудың үлкен жылдамдықтарына (10⁸ град/с-қа дейін) қол жеткізді.

Кристаллданушы металлдың шағын массаларының орталықтарындағы температура аса қыздыруды алған соң, аса суыту бар кезде тепе-тең кристаллдану нүктесінен төмен түсуін жалғастырады (35 сурет), қандай да бір минималды мәнге жеткен соң температура қайта өсе бастайды. Бұл кристаллданудың басталуына сәйкес келеді. Кристаллдану жылуы аса суыған металлды кристаллданудың тепе-тең температурасына дейін қыздырады. Осыдан кейін процесс тоқтайды да, температура біраз уақытқа тұрақтылығын сақтайды және ол кристаллдану нүктесіне сәйкес келеді (1 қисық). Егер суыту жылдамдығы өте үлкен болса, онда аса суытудың мәні зор болады, яғни кристаллдану толығымен басылады (2 қисық). Осы кезде қатты аморфтық дене алынады.

30-жылдары академик Н.Т.Гудцов және оның шәкірттері алғашқы рет болат және басқа қорытпалардың үлкен массаларының кристаллдануы кезінде температураларды өлшеу техникасын игерді. Өлшеулердің көрсетуі бойынша бұндай массалардың орталықтарындағы температураны нақты шарттарда өлшеу кезінде аса суыту температуралық қисықтардың бастапқы учаскелерінде кездеспейді, ол кристаллдану фронтының алдында, тар облыста пайда болады (3 қисық). Ары қарай өткізілген зерттеулердің нәтижесінде кристаллдану фронтының алдында, нақты шарттарда сұйық металл 0,1-0,01⁰С шамасына аса суиды. Бұл жағдайда тек тізбекті кристаллдану ғана өтеді. Ол құйма бетінен басталып, бірте-бірте оның осыне дейін таралады. Кристаллдану жылуын өсіп клее жатқан кристаллдардан алыстатудың жалғыз ғана әдісі бар – оны ертерек қатып қалған қабат арқылы құйма бетіне, одан кейін формаға және айналадағы ортаға жеткізу.

Егер құйманың ортаңғы бөлігінде орналасқан және кристаллдану нүктесіне тең температурасы бар сұйық металлға кристалл кіргізсе, ол айналадағы ортаның температурасына ауысады да, әрі қарай өспейді де, балқымайды да. Бұндай кристалл құйманың қатты бөлігіне бет жақтан қозғалып келе жатқан кристаллдану фронты келіп жеткенде ғана қосылады.

Аса суытудың суыту жылдамдығына тәуелділігін анықтау үшін өлшемдері әртүрлі металлдар массаларында температураларды өлшеу жүргізілді (36 сурет). Тәжірибелер сүрме, алюминий және оның қорытпалары, болат және шойынмен өткізілді. Барлық жағдайда да бір сурет алынды.

Диаметрі 10 мм тигельде аз көміртекті болатты салыстырмалы үлкен жылдамдықта суыту кезінде аса суытудың зор мәндері алынды.  Тигель диаметрін 20 мм-ге дейін ұлғайтып, суытуды баяулатқан кезде аса суыту азая бастайды. Тигель диаметрін әрі қарай 70 мм-ге дейін ұлғайтқан сайын және суытуды одан аса баяулатқанда орталықта орналасқан термопара бастапқы учаскелерде аса суытуды тіркемеді. Орталығында аса суыту байқалмауы үшін қажетті тигель диаметрі алюминий үшін 100 мм, сүрме үшін 200 мм-ге тең. Яғни, түрлі материалдардың аса суытуға бейімділігі әртүрлі.

Орташа өлшемді тигельдің орталықтан әртүрлі қашықтықта орналасқан түрлі нүктелерінде температураларды бір уақытта өлшеу нәтижесінде осы нүктелердегі аса суытудың мәндері бір-біріне өте жақын екендігі анықталды. Бет жақта орналасқан термопаралардың көрсетуі бойынша аса суытудың мәндері орталықтағымен салыстырғанда шамалы ғана артық. Яғни, жылдам суыту кезінде аса суыту металлдың барлық көлемін қамтиды.

Аса суыту шамасына қорытпа табиғаты мен суыту жылдамдығы ғана емес, сонымен қатар металлдың тазалық дәрежесі де үлкен әсер етеді. Таза металлдармен вакуумда тәжірибелер өткізген кезде аса суытудың шамалары ең үлкен болып шығады.

Жалпы жағдайда, металлдың аса көп емес санын алған кезде, аса суытылған қалыптағы көлемдік кристаллдану мен құйманың тізбекті кристаллдануы бірыңғай процесстің екі фазасы болып табылады (37 сурет).

1 моментінде металл температурасы барлық нүктелерде Т₀ кристаллдану температурасынан жоғары жатады, және құймада қатты фаза болмайды. 2 моментінде металл аса суытылып, оның температурасы барлық нүктелерде Т₀ мәнінен төмен жатады; қатты фаза болмайды. 3 моментінде минимумнан өткен температура өседі де, металлдың барлық көлемін біркелкі толтыратын көлемдік кристаллдану басталады. 4 моментінде құйманың ортаңғы бөлігіндегі температура кристаллдану температурасына жетеді, ал беттік қатты қабатта одан төмен түседі де, нақты асқыну туғызады. Ішкі бөлікте аса суытылған металлдың көлемдік кристаллдануының нәтижесінде туындаған сұйық фаза мен кристаллдар орналасады. 5 моментінде сыртқы қабықтағы температура төмендеткен кезде тізбекті кристаллдану жалғасатынын көруге болады. Ал 6 моментте барлық құйма қатаяды да, оның барлық нүктелеріндегі температура кристаллдану температурасынан төмен түседі.

Кристаллдану сипатын өлшесіз критерий бойынша бағалауға болады

,

мұндағы ΔТ – құйма орталығындағы металлдың аса сууы; с – жылу сиымдылығы; L – металл кристаллдануының жылуы.

Келесі жағдайлар мүмкін:

Kp = 0 – орталықта аса суу болмайды; кристаллдану тізбекті сипатта болады; бұл жағдай құйма кристаллдануының нақты шарттарына сәйкес келеді.

1 > Kp > 0 – орталықта аса суу болады; көлемдік кристаллдану бастапқы деңгейде өтеді; аса суытуды алып тастаған соң, қалған сұйық металл тізбекті түрде кристаллданады; бұл жағдай металлдың шамалы көлемдерінде болуы мүмкін.

Kp = 1 – аса суыту соншалықты үлкен болғаны, кристаллдану жылуы кристаллдар өскен кезде толығымен оны өтейді. Кристаллдану көлемді түрде өтеді.

Kp ³ 1 –аса суыту өте үлкен, сондықтан кристаллдану толығымен басылады; амрфтық дене түзіледі.

Қайтпалы процесстердің термодинамикасы сияқты, кристаллданудың термодинамикалық теориясы да уақыт пен кеңістікті есепке алмай құрылады. Бірақ та квазистатикалық модельге тіреле отырып, оның нәтижелерін элементар көлемде өтіп жатқан процессті қарастырған кезде қолдануға болады.

Суыну өте жылдам жүрген кезде атомдардың диффузиялық жылжымалылығының төмендейтіні соншалық, кристалл түйіршіктері қалыптасып үлгермейді. Бұл әсердің практикалық әсеті туралы төменде қарастырамыз).

Металлдың алғашқы кристаллдану құрылымының негізгі бірлігі болып түйіршік табылады, ол атомдық-кристаллдық тордың бірыңғай бағдарлану жүйесімен және оны көрші түйіршіктерден айыратын нақты шекаралармен сипатталады. Қарапайым жағдайларда бұндай түйіршіктің ішкі құрылымы болмайды және шекаралары дөңгелектенген болып келеді. Бірақ көп жағдайда түйіршікті қышқылмен өңдеген кезде бір-бірімен бұрыш жасап орналасқан осьтер жүйелері анықталады. Бұндай түйіршік дендрит деп аталады. Осы түйіршіктен бірінші ретті басты осьтерді, олармен қиылысатын екінші ретті осьтерді және үшінші ретті осьтерді айыруға болады. Одан жоғары ретті осьтер анықталмайды. Дендриттер арасындағы шекаралар дөңгелектенген түйіршіктер арасындағы шекараларға қарағанда анық көрінбейді, олар екінші ретті дендриттер осьтерінің арасындағы іліністер болып көрінеді.

Суытудың түрлі жылдамдықтары кезінде тұздар мен басқа мөлдір сұйықтықтарда түзілетін кристаллдық формалардың өсуін микроскоп және киносъемка арқылы бақылау 40 суретте схема түрінде көрсетілген көріністі алуға мүмкіндік береді.

Суреттен көретініміздей, J_охл  суыту жылдамдығы өскен сайын кристаллдардың өсу формалары күрделене түседі. Шамалы жылдамдықтар үшін глобулярлы  немесе дөңгелектенген формалар сәйкес келеді; жылдамдық өскен сайын кристаллдар формалары дұрыс емес және олардың өсу процесі тұрақсыз болады. Жылдамдықты әрі қарай өсіргенде суыту пайда болады және дендриттік формалар нақтылана түседі (40, б сурет): осьтер жіңішкеленеді, ал олардың арасындағы қашықтықтар азаяды. Ал суытудың ең үлкен жылдамдықтарында екінші және үшінші ретті осьтер түзелуін тоқтатады да, инелік формалар пайда болады (40, в сурет).

Жеке дендриттердің өсу ретін бақылау нәтижесінде олардың осьтері үлкен жылдамдықпен өсетінін көруге болады. Бірінші ретті осьтердің өсу жылдамдығы екіншілердікінен, ал екінші ретті осьтердің өсу жылдамдығы үшінілердікінен артық.

41 суретте болаттағы екінші ретті дендриттердің осьтері арасындағы қашықтық пен түйіршік өлшемдерінің кең шектерде өзгеретін қатаю жылдамдығына тәуелділігі көрсетілген.

Қатты ерітінді типті қорытпаларда кристаллдану кезінде құйма бетінен нақты қашықтықта орналасқан кеңістік арқылы температуралар мен қалыптардың нақты интервалы өтеді. Бұл интервалға бір емес, кристаллдану жылдамдықтарының бүкіл спектрі сәйкес келеді. Жуықтап келе, кристаллдану жылдамдығын ликвидус пен солидус аралығында ортасында жатқан температураның орын ауыстыру жылдамдығына жатқызуға болады.

Эвтектикалық немесе перитектикалық түрленуі бар қорытпалар кристаллдануы кезінде екі түрлі жылдамдықты бөлуге болады: алғашқы кристаллдарды бөлу және эвтектика мен перитектика түзілу жылдамдықтары.

Эвтектикалық кристаллдану кезінде бір уақытта екі кристаллдық формалар түзіледі. Екі фаза пластинкалар түрінде кристаллданатын эвтектикалық құрылымды формалар жиі кездеседі.

Көлемдері аздау құрылымды құсраушылары бар айырулардың өзекшелер, шариктер, инелер формалары бар. Екінші фазаның (құрылымды құраушының) көлемі өте аз болғанда, ол түйіршіктер шекараларын бойлай қабықша түзеді.

Перитектикалық қорытпалардың кристаллдануы сипаты жағынан қатты ерітінділердің кристаллдануына жақын келеді, бірақ құрылымдары біртекті болмайды.

Қабықшалық зона ұсақ крисалликтерден тұрады. Микроскопиялық зерттеу кезінде осьтік өлшемдердің қатысы жағынан олар теңосьтіге жақын, бірақ олардың бірінші ретті осьтері әдетте құйма бетіне перпендикуляр орналасқан.

Бағандық немесе бағдарланған кристаллдар зонасына кіретін кристаллдар вытянуты және олардың бірінші ретті осьтері құйманың бет жағына нақты перпендикуляр бағытталған. Егер толтыру өте төмен температурада немесе кристаллданудың басталу температурасында өтсе, бағандық кристаллдар зонасы түзілмейді. Өте қатты қыздыру кезінде толтыру жағдайында бағандық кристаллдар құйма осіне жетеді. Бұндай құбылыс транскристаллдану деп аталады. Суыту жылдамдығын ұлғайтқан кезде бағандық кристаллдар зонасының қалыңдығы өседі.

Бағдарсыз кристаллдар зонасы құйманың ортаңғы бөлігін толығымен қамтиды және ол ретсіз бағытталған бірінші ретті осьтері бар ірі кристаллдардан тұрады.

Кристаллиттер өлшемдері мен пішіндерінің айырымы 1, 2, 3, заналарда суынудың өзгеруіне және кристалдану аймағының құйманың қимасы осіне қарай жылжу шамасы және жылуды шығару жағдайына байланысты болады.

Бағандық кристаллдар зонасынан бағдарсыз кристалдар зонасына өту қатаю шекарасындағы құйманың сұйық бөлігіндегі температуралық градиент шамасына байланысты. Бұл өту осы градиент қандай да бір минимал мәнге жеткен кезде орындалады. Төмен температурада толтыру кезінде бұл градиент шекті мәніне жетіп, бағандық кристаллдар түзілмейді. Транскристаллдану кезінде қыздырудың мәні өте үлкен болу керек, яғни қатаю аяқталған сәтте градиентті минималды мәніне жеткізуі керек.

Кристалдану үрдісін реттеу ықпалының тәсілдері

 

Көптеген құйылып алынатын бұйымдар үшін олардың изотроптығын қамтамасыз ететін ұсақ кристалдық тең осьті макроқұрылым болғаны ұтымды екені белгілі.  Құйылап атынған металдың қасиеттерін арттыру мақсатында құймаларды макроқұрылымын термиялық өңдеу жүргізеді. Бірақ, термоөңдеумен ылғи да қажетті ықпал ету мүмкін емес.

Осыған байланысты құйылып алынатын металда кристаллиттер өлшемдері мен бағдарына, пішіндеріне ықпал ету мақсатында кристалдану үрдістерін басқарудың түрлі технологиялық тәсілдері ұсынылып кеңінен қолданыс тапты.

Физикалық мәніне байланысты қолданылатын тәсілдер үш тапқа бөлінеді:  механикалық, физика-химиялық, жылу  физикалық.

Мақсатына байланысты мынадай алу тәсілдеріне бөлінеді:

1) ұсақ дәнекшелі тең осьті құрылымды; 2) бағанды бағдарланған және монокристалл құрылоымды; 3) аморфты немесе аморфты-кристалды құрылымды.

 

Кристалданушы процестерді реттеу

 

Қорытпа негізінің түйіршегінің өлшемін майдалау әдетте оң құбылыс ретінде қарастырылады, егер ол шекаралары бойынша қоспалар локализациясын шамадан тыс арттырумен байланысты болмаса.

Кристаллданушы процесстерді реттеудің қолданылатын және ұсынылатын әдістерін жылулық, физико-химиялық, механикалық және түрлі физикалық өрісердің әсерлері депбөлуге болады.

Құйма суытуын жылдамдату кристаллдану жылдамдығын өсіреді және құрылымның барлық элементтерінің өлшемдерін азайтады, яғни қорытпа қасиеттерін жақсартады. Түйіршектің өсуіне әсер етумен қатар суыту жылдамдығын арттыру микроқұрылымдық деңгейде сұйық фазада диффузияның дамуын тежейді, осы арқылы дендритті ликвацияны әлсіретеді (суытуды реттеу әдістері төменде қарастырылған).

Кристаллдануға физико-химиялық әсер етудің маңызды әдісі модификациялау болып табылады.  Оның мәні мынада: қорытпаға құрылымдық құраушылардың формаларын өзгертетін және өлшемдердің майдалануына әкелетін заттарды (модификаторларды) енгізеді. Модификаторлар қорытпа “негізін” өзгертпейді, өйткені аздаған мөлшерде енгізіледі, бірақ оның құрылымын өзгертеді. Олардың көбі сұйық қалыпта қорытпа компоненттерімен әсерлеседі, нәтижесінде осындай қалыпта қалған жағдайда модификациялау эффектісі әлсірейді. Модификаторларды енгізу көп жағдайда зиянды қоспаларға қолайлы әсер етумен жалғасады (оттексіздендіру, газсыздандыру, күкіртті тұрақты сульфидтерге байланыстыру).

Әсері бойынша олар екі түрге бөлінеді.

Модификаторлардың бірінші түрі кристаллданудың орталықтарын түзеді. Олар не өздері балқудың жоғары температурасына ие болу керек және түйнектің гетерогендік түзілуіне әкелетін қатты бөлшектер құруы керек, не қорытпалар компоненттерімен тығыз балқымалы қосындылар түзуі керек.

И.В.Мальцев модификаторлардың бірінші түрін таңдаудың келесі критерийлерін ұсынды: қорытпа компоненттерінің біреуімен тұрақты тығыз балқымалы қосынды түзуі керек (оның негізімен болған жөн) немесе модификатордың балқу температурасы қорытпа негізінен жоғарылау болу керек. Қоспаның өте аз қанықпасы кезінде химиялық қосылыс қорытпа негізі бар эвтектика немесе перитектика бергені жөн. Эвтектика арты немесе перитектика арты облыста ликвидус қисығы мүмкіндігінше тез өсуі керек (54, а сурет).

Модификаторлардың екінші түрінің мәні үлкенірек, олар беттік белсенді заттар болып табылады. Кристаллдану кезінде олар өсетін кристаллдар бетінде қанығады және олардың өсуін тежейді. Бұл кристаллдану фронтының алдында аса суытудың артуына және кристаллданудың жаңа орталықтарының пайда болуын тездету үшін шарттар құрылуына әкелуі керек.

Модификаторлардың екінші түрін таңдаған кезде келесі жағдайларды қолдануға болады.

Қоспаның кристаллданушы затқа үлестірілу коэффициенті төмен болу керек. Бұл кристалл бетінің қасында қоспа атомдарының қанықпасын түзеді. Қоспаның қатты фазадағы ерігіштігі аз болу керек – 0,01-0,1 ат.% шамасында. Қоспа мен қорытпа негізі бірігіп, қорытпа негізінің балқу температурасына жақын температурасы бар эвтектика түзуі керек.

Модификаторлардың екінші түрі түйіршіктерді майдалап қана қоймай, сонымен қатар кристаллдардың өсу формаларын өзгертеді. Олар дөңгелек форма беру арқылы инелік және пластиналы кристаллдардың дамуына бөгет жасайды. Әдетте олардың балқу температуралары жоғары емес, жиірек қорытпа негізінің балқу температурасынан төмен.

Түйіршік өлшемі модификаторлардың екі түрінің қоспа санын арттырғанда алдымен оның қанықпасына пропорционал азаяды. Қоспаның қандай да бір санында түйіршік өлшемі әдетте тұрақталады (1 қисық) немесе өсуін тоқтатпайды (2 қисық). Модификаторларды, әсіресе екінші түрін енгізу қорытпалардың беттік керілуін азайтады. Бұл өздігінен кристаллдану орталықтарының пайда болу шарттарын жеңілдетуі және метатұрақтылық интервалын төмендетуі керек.

56 суретте схема түрінде модификаорлардың әсерінен құрылымның өзгеру мысалдары көрсетілген. Суретте көрсетілгендей, аз көміртекті болатқа қосылған бор қоспасы қорытпа негізінің түйіршіктерін майдалайды.

Алюминий мен кремний қоспасын натриймен модификациялау алюминийдегі кремнийдің қатты ерітіндісінің алғашқы бөлінулер сипатына әсер етпейді, бірақ эвтектикалық колониялардағы кремний бөлінуінің инелік формасын глобулярлы формаға өзгертеді. Кремнийдің инелік бөлінулері кезінде қорытпа өте нәзік, глобулярлы бөлінулер кезінде – механикалық қасиеттерге ие.

Сұйық шойынды магниймен өңдеу кезінде графит пластиналы форманың орнына глобуль формасына ауысады. Осы кезде қорытпаның механикалық қасиеттері мүлдем өзгереді.

Кристаллданушы процесстерге әсер етудің бір варианты А.А.Рыжиков құрастырған суспензиялық құю болып табылады. Бұл жағдайда формаға құйылатын қорытпаға арнайы арна арқылы қатты металл ұнтақ қоспасы енгізіледі. Ұнтақтың бөлшектерінің өлшемдері 0,1 мм-ге жақын болса, мөлшері қорытпа массасынан 3-10% шамасында. Ұнтақ оттексіздендіргіштерден, легірлеуші қоспалардан немесе осы негіздегі қандай да бір аралық қорытпадан дайындалуы мүмкін. Ұнтақ бір жағынан металлдың көлемінде түгелдей біркелкі үлестірілген кристаллданудың гетерогенді орталықтарын берсе, екінші жағынан құйма суытылуын тездететін қосымша құрал болып табылады.

Кристаллданушы процесстерге әсер етудің жаңа бағыты – сұйық түрінде толтырудың алдында қоспаны термоуақыттық өңдеу. Толтыру алдында қорытпаны аса қыздыру түйіршік өлшемдерінің ұлғаюына әкелетіні белгілі. Бұл кристаллдану орталықтарының гетерогенді түзілуі кезінде төсеніш болып қызмет ететін бөлшектердің активсізденуімен түсіндіріледі. Мысалы, алюминий үшін кристаллдану орталықтарының активсізденуі балқу нүктесінен жоғары 50⁰C-ден асқан қыздырулар кезінде байқалады. Бірақ одан да жоғары қыздырулар кезінде (200⁰ C және одан жоғары) түйіршік қайтадан майдалана бастайды, ал қорытпа қасиеттері өседі. Сұйық металлды өңдеу режимі –температура және осы температура кезіндегі шыдамдылық – алынатын құрылым мен қасиеттерге әсерін тигізеді. Осындай құбылыстар басқа қорытпаларда да кездеседі.

Кристаллданушы қорытпаға механикалық ықпалының әсер етуі анықалды. Бұл әсер ультрадыбыспен, дірілмен, араластырумен немесе қағумен өңдеген кезде көрінуі мүмкін. Осындай өңдеудің әсерінен форма қабырғаларындағы қатты қабық біраз қирайды және кристалл үйінділері құйманың ортаңғы бөлігіне лақтырылады. Кристаллдар үйінділері кристаллданудың туындаушысы және тездеткіші бола алады. Бірақ кристаллдану кезінде сұйық металлды араластыру ондағы диффузиялық тасымалдауды тездетеді және ликвацияны күшейтеді.

Кристалдану процесіне магниті, электрлік және басқа да физикалық өрістер әсер ететіні анықталды. Бірақ та олар құймалардағы кристаллданушы процесстерді реттеуде кеңінен  қолданысын таппады.

Соңғы жылдары кристалдану үрдістерін басқарумен құюдың перспективті екі тәсілінің, бірінші, бағытталған жылу бөлінуі кезінде кристалдандырып құю, екіншісі, балқыманы өте тез суыту кезіде құю технологиясы мен құрал-жабдықтары  қарқынды түрде зеттеліп талқылануда.

 

Бағытталған жылу бөлінуі кезінде кристалдандырып құю

 

Бағытталған жылу бөлінуі кезінде созылған (бағанды) бағыт бойынша бағдарланған кристалдар түзіледі. Бағытталған құрылымды  құйылып алынған бұйымдардың қасиеттері анизатрпиясына нақты сиаптталғандықтан, қажетті орындарда техникалық құрылғылар мен конструкцияларда кеңінен қолданылады.

Бағытталған құрылым жоғары температуралар кезінде бір осьтік кернеулі күй жағдайында жұмыс істейтін бұйымдар үшін, оның ішінде, газды турбиналар қозғалтқыштарының қалақтарында, сол сияқты кесумен қиын өңделетін, қысыммен өңдеуге жарамайтын қорытпалар, тұрақты құйылып алынған магниттер үшін тиімді болады.

Эвтектикалық немесе оған жақын құрамды қорытпалардан жасалған бағытталған құрылымды бұйымдар перспективті болып табылады. Мұндай бұйымдар металы шынайы композит деп аталады, себебі, оның бағытты қалыптасуы кезінде қатаң бағдарланған, сабақтасуы материалға жаңа сапа беретін қасиеттердің әр түрлілігімен ажыратылатын жіп немесе пластина тәрізді эвтектика компоненттерінен тұрады.

Монокристалдық құрылымды құйылып алынатын металл бұйымдарын алу технологиясынығ ғылыми және практикалық маңызы зор. Дәнекшелер шекараларының жойылуынан мұндай құрылымды металл бұйымдардың физика-механикалық қасиеттері ең жоғары шамада болады.

Кристалдарды өсірудің барлық белгілі әдістері қорытпалардың бағытталған кристалдануы үшін жарамды. Қазіргі кезеңде тік қондырғыдағы үлгінің орнын үздіксіз ауыстыру тәсілдері кеңінен қолданыс тапты. Ең тиімді және бірінші болып ойлап тапқан қалыпты бағдарланған кристалдану тәсілі немесе Бриджмен әдісі болып саналады. Осы әдіс бойынша бағытталған кристалдану үшін тағайындалған құрылғының негізгі элементтері 1 [3]-суретте келтірілген.

Бағыттталған кристалдануға арналған құрылғы келесі элементтерден тұрады: 1-қыздырғыш, 2-құймаға  арналған қалып, 3-мұздатқыш, 4-қалыптың онын ауыстыратын механизм.

Қыздырғыш құрылғы қалыптың қыздыру температурасын қорытпаның балқу температурасынан жоғары температураға дейін алдын-ала қыздыруға мүмкіндік береді. Металмен құйылған қалыпты массивті қарқынды ағын сумен салқындатылатын мұздатқышқа салады. Қыздырғыштан төмен   мұздатқышқа қарай баяу жылжытқанда қалыпта кристалдардың реттелген жоғарыдан төмен қарай бағытталған өсуі жүреді, бұл кезде сұйық және қатайған металл арасында дара бер қана болады. Кристалдану  жылдамдығын реттеу қалыптың орнын ауыстыру жетегінің көмегімен іске асырылады. Сапалы құрылымды материал алу үшін қылыптың бір келкі орын ауыстыруын қамтамасыз етіп, дірілді болдырмау керек.

Қатаятын құймадан жылу мұздатқыш арқылы жылу өткізгіш арқылы  сол сияқты қалыптың бүйір бетінен қыздырғыш зонасынан шығатын  сәулелендіру (үрдіс вакуумда жүргізіледі) арқылы шығарылады. Металдың қатайған қабатының биіктігі үлкейген сайын мұздатқышқа берілетін жылу ағыны азаяды.  Қатайған қабаттың қалыңдығы 70 мм-ге жеткен кезде, құйма негізінен қалыптың бүйір бет сәулеленуімен суынады, осының салдарынан жылу шығарылуының бұзылуы жүреді. Осы себептен кейінгі жылдарға дейін бағытталған макроқұрылымды құймалар ұзындығы 70-100 мм-ден аспаған.

Бұл кемшілік сұйық металл суытқыштарын (мысалы, алюминий немесе қалайы қорытпалары) қолданумен жоғары жылдамдықты бағытталған кристалдану тәсілін құру арқылы жойылды. Балқу температурасы төмен балқытылған металдардың балқымаларын суытқыш ретінде қолдану жоғары жылу беру коэффициенттерін алуға мүмкіншілік тудырды. Қабырға қалыңдықтары 8-10 мм керамикалық қалыптар үшін балқымадағы қалайы температурасы 300-450⁰ С кезінде жылу беру коэффициенті 225 Вт/(м °С), ал оны вакуумда сәулелендіру кезінде 70 Вт/(м °С) шаманы құрайды.

Сөйтіп, кристалдану алаңындағы температураны біршама төмендетуге болады, оның шамасы қалыпты суытқышы бар ваннаға салуға байланысты өзгеріссіз қалады. Сондықтан құйманың максимал ұзындығы тек қалыптың өлшемдерімен беріктігімен шектеледі. Бағытталған кристалдану жылдамдығын арттыру құймаларда бағытталған құрылым алу үрдісін шапшыңдату және оның өнімділігін жоғарылатуға мүмкіндік туғызады.

Бағытталған қатаюдың түрлеріне зоналық балқыту, сол сияқты Чохральский әдісі [3] жатқызылады  .

Зоналық балқытуды  кристалдану аймағы көлденең немесе тік орналасқан қорытпаларды бағытты кристаландыру үшін қолданады. Оны балқытылған зонаның тұрақтылығын қамтамасыз ете отырып тигельсіз іске сырады. Дайындаманы қыздыру индукциялық немесе электрондық сәулемен немесе вакуумда немесе қалқаланған атмосферада жүргізеді. Зоналық балқытудың кемшілігіне максимал температураның балқытылған зонаның центрінде болатындығы, бұл кристалданудың бағытталуын бұзатын конвекцияның күшеюіне әкеп соғады.

Чохральский әдісінің принципі балқымадан алынған бұйымды капилляр күштерді пайдаланып жоғары қарай тарту арқылы жүргізіледі. Әдістің кемшілігі бұйымның сәуле бөлуінен болатын жылуды жоғалту салдарынан болатын температуралық градиенттің шектелуінде осы әдісті зоналық балқыту әдісімен біріктіру ұсынылды: бастапқы қорытпадан алынған құйылма бір шетінен электрондық сәулемен тигельдің функциясын орындай отырып балқытылады да, балқымадан көлденең қимасы және ұзын өлшемді кристалды тартады. Артықшылығы: тигельдің көмегінсіз балқыту өсу жылдамдығы жоғары және құйылып алынған бұйымның құрамының  бір келкі болуында.

 

Балқыманы өте тез суыту кезінде құю

Жоғарыда балқымаларды 10^{4  —} 10⁷  °С/с жылдамдықпен суытқанда олардың қатаюы кезінде өте ұсақ дәнекшелердің (10^—10 м) түзілуі, олардың аморфтық-кристалдық құрылымда болатындығы көрсетілген. Кейінгі жылдарға дейін мұндай жылдамдықтар алу мүмкін емес болып саналған, қазіргі кезде бұл мәселе қатаятын металл массасын азайту есебінен шешілді. Өнеркәсіптік масштабтарда ұнтақты немесе диаметрі 0,005-01 мм қабыршақ түріндегі құйылып алынған бұйымдарды балқыма ағынын жоғары жылдамдықты газ ағынымен немесе жоғары жылдамдықты айналып тұрған дискпен тозаңдату зерттеліп талқыланды. Осылайша сұйық азотпен суытылатын қозғалатын кристаллизаторға шөктіру немесе қатыру арқылы  қабықшалар, фольга немесе қалыңдығы 0,1 мм-ге дейін таспалар алады. Мұндай бұйымдардың артықшылығына жоғарғы беріктік пен қаттылық, коррозияға тұрақтылық, поликристалл денелерден ондаған есеге дейін артық жоғарғы магниттік сіңіргіштігі мен радияцияға тұрақтылығы жатады. Оларды қолданатын негізгі салалар – ұнтақ металлургиясыме алынған бұйымдар, композиттік материалдарды армирлеу элементтері, сол сияқты радиоэлектрондық құрылғылар бұйымдары.

 

Құйылып алынған бұйымдардағы ликвация

Ликвация деп кристалдық құрылым қалыптасуы және қатаюы кезінде түзілетін металл құймасының химиялық бір текті болмауын айтады. Ликвация түзілетін аймақтар шамасына байланысты дендриттік ликвацияны айырады: бөлек кристалдар шектерінде (микро көлемдерде) түзілетін құрамның әр тектілігі, зоналық: жалпы құйманың әр бөліктерінде (макро көлемінде) құрамның әр текті болуы.

Дендриттік ликвация нәтижесінде дәнекшелер шекараларында беріктікті және пластиналылықты төмендететін қоспалар шоғырлануынан қорытпаның механикалық қасиеттері нашарлайды. Дендриттік ликвациядан арылу үшін құймамен гомогенизация, яғни, дәнекшелер ішінде химиялқ құрамды теңестіруге әкелетін жоғары темпеатуралық диффузиялық күйдіру жүргізеді.

Зоналық ликвация құйманың бөлек бөліктерінде қорытпа компоненттері немесе қоспалардың шоғырлануы түрінде байқалады. Зоналық ликвацияның түзілу себептеріне қатаятын құйманың сұйық бөлігіндегі конвекция, диффузиондық үрдістер, балқыманың араласуы болуы мүмкін. Зоналық ликвацияның түзілуі салдарынан ірі және қалың қабырғалы құймаларда қабырға қимасы бойынша химиялық құрам әр текті болады. Мысалы, массивті болат құймаларында бетінен центрге қарай бағытта және төменнен жоғары қарай көміртегі концентрациясы мен осы орындарда металдың механиалық қасиеттеріне теріс әсерін тигізетін зиянды қоспалар күкірт пен фосфор артады.

Зоналық ликвацияның көп түрлерінің біріне тығыздық бойынша немесе гравитациялық ликвация жатады. Ол қатты және сұйық фазалар тығыздығының айырымы үлкен шамада болған кезде түзіледі, бұл көбінесе, тығыздық айырымы үлкен компоненттерден тұратын түсті қорытпалардан құймалар алу кезінде байқалады, мысалы, қалайы мен сурьма, мыс пен қорғасын және т.б. сияқты антифрикциялық материалдар.

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. [1] (с.127-139)

2. [2] (с. 115-129)

3. [5] (с. 107-119)

4. [9] (с. 47-59)

5. [20] (с. 29-35)

 

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары (тақырып 3) [2, 5, 20]

1.Кристалдану процестерінің әдістерін жүргізу.

2. Металдардың кристалдану процестерінің әсерлесу нәтижелі әдістері.

3. Бірінші пайда болу модификаторы.

4. Микротозаңдатқыштар.

5. Балқыманы  жоғары тез суытады.

 

4-тақырып Бұйымның құю мен қатаю металдың шөгу процестері.       Ауысымды құйма ақауы шөгу аумағы заңдылықтарын түзілуі. (8 сағ)

Дәрістер жоспары

1. Қорытпа және металдардың шөгу жалпы анықталуы.

2. Бұйымдардың құю ақауын аумағының механизмнің түзілуі.

3. Құйма қуысты шөгу кинетикасының түзілуі.Қуыстың шөгу шамасының әсерлесу факторлары.

4. Үстеме және оның құрастыру есебі.

5.  Құйманың  жоғары тартылу үстеме параметрлері және сандық есебі.

7. Үстемені орындау әдістерін қазіргі негізгімен жүргізеді.

8.Айналу әдістері құйманың кеуектілік шөгуі.

Металдар мен қорытпалардың шөгуі туралы жалпы мағлұматтар

Шөгу деп қалыпқа құйылған қорытпаның қатаюы және суынуы кезінде оның көлемдік және түзулік өлшемдерінің кішіреюін айтады. Шөгу сапалы құйма алуға біршама ықпал ететін маңызды технологиялық қасиет болып табылады. Құйма суынған кезде қалыпта қорытпаны құю температурасынан қоршаған орта температурасына дейінгі аралықты көлемдік шөгудің үш кезеңіне бөлуге болады:

— сұйық күйдегі құю температурасынан ликвидус температурасына дейінгі шөгу, металдың құю кезінде ликвидус сызығынан жоғары қызуы неғұрлым, жоғары болса, сұйық күйдегі көлемдік шөгу, соғұрлым, жоғары болады.

— қатаю кезіндегі шөгу, кристалдану аралығында ол агрегаттық күйдегі өзгеруден (қатты фазаның түзілуі) және қалдық сұйық және түзілген қатты фаза шөгуінен түрады, берілген қорытпа үшін оның шамасы тұрақты;

— қатты күйдегі шөгу, құйма солидус температурасынан қалыпты температураға суынғанша жүреді.

Көлемдік шөгу шамасы былайша табылады:

;

мұндағы -V_0,   V­ – құйма металының бастапқы және соңғы көлемі,

α – көлемдік термиялық сығу коэффициенті.

Сұйық және қатты күйдегі және қатаю кезіндегі шөгу

Сұйық күйден қатты күйге өту кезінде әр бір қорытпа үшін көлемнің өзгеруі секірмелі түрде жүреді. Сұр шойын мен висмут қатаю кезінде ұлғаяды.

Қатаю кезіндегі температуралар аралығындағы шөгу

 секірмелі шөгу

сұйықтың шөгуі

қатайған кездегі шөгу

мұндағы Т_{л ,}  Т_с­  —  ликвидус және солидус температуралары.

Сөйтіп, толық көлемдік шөгу сұйық күйдегі, қатаю аралықтарындағы және қатты күйдегі шөгуден тұрады.

 

Құйылып алынған бұйымдардағы көлемдік шөгу ақауларының түзілу механизмі

 

Реалды құймаларда сұйық күйдегі және қатаю кезіндегі көлемдік шөгудің жүруі, оларда шоғырлану облысына қарай шөгу раковиналары немесе кеуектілігі деп аталатын қуыстардың көлемдік шөгу ақауларының түзілу нәтижесі болып табылады.

Құйылып алынған бұйымдардың ішінде шөгу қуыстарының пайда болу себептері мынадай:

— қалыпқа құйылған металл көлемінің өзгеруі сыртқа жылу бөлу жағдайларында жүреді, осының салдарынан құйманың сырқы бетінде қабыршақ түзіліп, қатып үлгермеген сұйық металл көлемінде ретсіздіктердің болуы;

— көптеген қорытпалардың сұйық күйдегі және қатаю кезіндегі шөгуі қатты күйдегі шөгу шамасынан артық болғандықтан, осы айырым шөгу раковиналары немесе кеуектері деп аталатын шоғырланған немесе таралған қуыстар түрінде байқалады.

Шөгу раковиналары деп құйма металының сұйық күйден қатаюы жәнесуынуы кезінде шөгу нәтижесінде түзілген бір қуыс немесе концентрированның қуыстар тобын айтады.

Құйма неғұрлым ірі және қалыңдығы үлкен болса, соғұрлым, үлкен өлшемді шөгу раковиналары қалыптасады, сол сияқты, шөгу кеуектілігі зонасы созылған болады.

Гравитациялық күштер алаңында шөгу қуыстарының және шөгу раковиналарының қалыптасуымен байланысты қатайған құйманың ішінде сұйық металдың араласу үрдісін қоректендіру деп атайды.шөгу раковиналарының бөлек қуыстарын бөлетін және оны жоғарыдан жабатын металл қабаттарын көпір деп атайды. Шөгу раковинасы орналасатын құйма бөлігі көпірмен бірге шөгу раковинасы облысы деп аталады.

Жоғары бөлігінен шөгу раковинасын жабатын көпір бар болған кезде оны жабық деп, ал ол болмаған кезде ашық деп атайды. Құйманың қатаюы кезінде оның кез-келген бір бөлігі оқшауланады да, онда оқшауланған бассейн түзіледі де, өздігінен екінші реттік шөгу раковинасы түзіледі.

Шөгу кеуектілігі деп құйманың қалыптасуы кезеңінде қоректендіру көзінен оқшаулайтын металдың кішкене көлемдерінде шөгу нәтижесінде түзілетін ұсақ қуыстардың жинақталуын айтады.

Кеуектірдің қалыптасуы  микроқұрылымдық деңгейде жүреді және сұйық металды қатаю облысында қатты кристалдар мен сұйық металмен фильтрациялаумен байланысты.

Шөгу кеуектірі мынадай түрлерге бөлінеді:

1) осьтік, қабырғалардың және құйманың созылған элементтерінің осьтік облысқа бағдарлануы;

2) Жергілікті немесе зоналық қабырғалар қалыңдауы мен байланысқан орындарында, сол сияқты металдың қызу зоналары мен құйғыштарды салған орындарда кездеседі;

3) таралған немесе осьтен тыс, құйманың барлық қабығасы қимасымен немесе оның біраз бөлігінде салыстырмалы түрде бір келкі таралуы.

Қалыңдаған және жергілікті қыздырылған зоналарда кеуектіліктің өрбуі сұйық металдың оқшауланған бассейнінің өлшемдеріне тәуелді болады. Егер олардың өлшемдері үлкен шамада болса, шөгу қуыстары раковина болып табылады.

Әрбір кеуеук дендриттердің бір келкі емес өсуі нәтижесінде локальдік орын ауыстырулар зонасынан оқшауланған сұйық металдың микроскопиялық көлемінің қатаюы кезінде шөгу нәтижесінде түзіледі.

Шөгу раковинасы мен осьтік кеуектілік балқыманы үздіксіз өспейтін қозғалмайтын қатты фаза ішіне түсірумен түзіледі. Алмасу зонасы қоректену шекарасымен екі бөлікке бөлінетіні [1] белгілі, оның біреуінде шөгу сұйық фазаның араласуымен теңеседі, екіншісінде – кеуектің түзілуімен, оның көлемдік сипаты кристалдану аралығының еніне тәуелді болады. Температуралар аралықтарында кристалданатын қорытпада шөгу раковинасының қалыптасу облысының түзілуі құйма толығымен қатайғанға дейін жүреді. Шөгу раковинасы облысының беті деп сұйық металдың шағылысу нүктелерінің қиылысуы мен құюды тоқтатқаннан бастап осы шекарамен құйма осіне жеткенге дейін металдың ағу шектері күйлерінің жиынтығын айтады. Құйма осінде қатаю облысының қатты-сұйық бөлігінде жататын ағын шекараларына жеткен кезде осы шекара мен солидус шекарасында жататын сұйық болады. Нәтижесінде шөгу раковинасы облысы сәл иілген бетті пішінге ие болады. Шөгу раковинасы негізінің алаңы диаметрінің берілген қорытпа үшін құйма диаметріне қатынасы тұрақты шама болып табылады. Тұрақты температурада кристалданатын қорытпаларда осы алаң ауданы нөлге тең, ондағы шөгу раковинасы облысының пішіні конус немесе пирамида тәрізді болады.

қатаю басталған кезде сұйық металл қатты қабыршақішінде ретсіз қозғалады, бірақ, кристалдану алаңдарының бір-біріне қарама-қарсы өсуі арасындағы ара-қашықтық қысқаруымен арна қабырғасымен ағын үйкелісі өседі. Қоректенетін сұйық металл тасқыны оның тұтырлығын біршама арттыратын кристалдар бөлшектерін өзімен бірге алып кетеді. Арнаның жіңішкеруі біршама жоғары болғанда қоректенетін металдың қозғалыс режимі фильтрациондық болуы мүмкін.

Егер қатаю баяу жүрсе, қоректену үрдісі гидравликалық жүктеумен анықталады. Тасқынның үзіліссіздік шарты бұзылғанда, осьтік шөгу кеуегінің түзілуі басталады.

Осьтік шөгу кеуегі ескерусіз шамада қатаю кезіндегі шөгу мен балқыма тұтқырлығына тәуелді, дегенмен, қатаю жылдамдығына біршама тәуелді. Қатаю жылдамдығы артқан кезде остьік кеуектің салыстырмалы ұлғаюы өседі. Кейбір жағдайда, қатаю жылдамдығы жоғарылаған кезде балшықты қалыптан металл қалыпқа ауысқан кезде кеуектіліктің салыстырмалы өлшемі 1,6 есеге дейін өседі [1].

Қоректенетін металл тасқыны қозғалысы атмосфералық қысым немесе гидростстикалық арын ықпалымен жүретін болағандықтан кеуектіліктің өрбуі, құймадағы сұйық металдың атмосфералық және гидростатикалық қысымыны суммасына кері пропорционал.

Кеуектіліктің салыстырмалы өрбуі қабырға ұзындығының ұлғаюы мен қалыңдығының кішіреюі кезінде біршама өседі, бұл кезде ұзындықтан гөрі қалыңдық үлкен роль атқарады.

Тепературалар арлықтарында қатаю кезінде осьтік кеуекті зоналарын өлшеу қорытпаның кристалдану температураларының ені мен құйманың суыну қарқындылығымен анықталады. Қабырға осі бағытында кеуектер мөлшері мен өлшемдері қарқынды ұлғаяды.

Таралған кеуектілік құйма қимасының кез-келген орнында түзіледі.

Осьтік шөгу кеуегімен күресу үшін мынадай шаралар қолданылады.

1. Құйманың  бөлек бөлігінен қоректену көзіне қарай остьік пористостің өрбуін тез төмендететін бағытталған қатаю тудыру. Оның ықпалы технологиялық напусктер қолдану, қоректену осіне бағытталған құйма қабырғаларын көлбейту немесе қалыпта қоректену көзіне бағыталған температуралар градиентін тудыру арқылы жасалуы мүмкін.

 

Құймада шөгу раковиналарының қалыптасу кинетикасы.

Шөгу раковиналарының шамасына ықпал ететін факторлар.

Шөгу раковинасы құйманың барлық бетінде бүтіндей қатты қабыршақ түзілген сәттен бастап қалыптаса бастайды. Сұйық және қатты күйдегі шөгуді осы сәттен бастап, шөгу қуыстарын анықтаудан бастайды. Шөгу раковинасының түзілу кинетикасын қарастырып, изосолидус түзуін тұрғызу көмегімен құйманың қатаюын бақылаймыз.  сәтінде біршама қалыңдықта қатқан металл қыртысы түзілсін. Қабат көлемі, ол түзілген сұйық металл көлемінен кіші болғандықтан, қабат ішіндегі сұйық металының көлемі деңгейі белгілі δh_i шамаға дейін төмендейді.

V_i -қатайған қабат көлемі;

F_i­ – қатайған қабаттың ішінде қалған сұйық металл ауданы.

Келесі қабатттар қатайған кезде де сондай жағдай болады. Құйманың соңғы қатаюы нәтижесінде онда құйма көлемі мен шөгу коэффициентіне, ал тереңдігі құйма конфигурациясына тәуелді шұңқыр пайда болады.

Осы үрдісті Н биіктікті 2R диаметрлі (89-сурет) цилиндр тәрізді құйманы қарастырамыз, мынадай мәліметтер белгілі:

— құйма таза металдан тұрады, қалыпқа құю шапшаң  жүргізіледі;

— шөгу тек қатаю кезінде ғана болады,  шөгу коэффициенті α –ға тең;

— шөгу нәтижесінде металдың орын ауыстыруы шапшаң және еркін жүреді;

—  жылу құймадан тек бүйір беттері арқылы шығады, цилиндрдің жоғарғы және төменгі жақ бөліктерінен суыну жүрмейді.

Цилиндр тәрізді құйманың шөгу раковинасын есептеуге арналған схема.

Құймадан қалыңдығы dx элементар қабатты бөліп аламыз. Бұл қабат қатайған кезде оның ішіндегі сұйық металл деңгейі мына шамаға дейін төмендейді   элементар қабат көлемі.

сонда

айнымалы түрде бөлеміз,

Бастапқы шарттар:х=R; y=H болғанда,

х=0   y=0 болған кезде,  берілген есептеу схемасы бойынша есептеу мынадай теңдікке әкеледі h/H = (r/R)^2α, яғни, шөгу раковинасының пішіні шыңы құйма түбіне дейін жететін қисық сызықты конус тәрізді болады. Қатаю цилиндр тәрізді құйманың төменгі шетінен басталғанын есептегенде шөгу раковинасы кристалдану аймақтары төменнен және бүйір беттен кездескен нүктеде  аяқталады.

Теңдеу бойынша есептелген нақты шөгу раковиналары мәліметтерін келтіру, тек биіктігі мен диаметрінің ара қатынасы үлкен конус пен цилиндр контурларын қанағаттандыра сипаттайтынын көрсетеді. Металдың үстеменің жоғарғы бетінде көпір түзе отырып суынуы және қатаюы шөгу раковинасы облысының негізгі бөлігінің біршама тереңдеуіне әкеп соғады [1].

Шөгу раковинасының көлемін  Н. Г. Гиршович және Ю. А. Нехендзи ұсынған фомула бойынша есептеп алуға болады [2]:

 

V_р =  V_аут [α _с  (T_с  – T_л)  + ε_з +α _қат (T_ну – T_{қ. ор})],

 

мұндағы Т_{с ор} және T_{қат ор} — құйма қатаюының басталу және аяқталуы сәтіне  сәйкес орташа металл температурасы; T_л және T_ну — ликвидус температурасы және түзулік шөгудің басталу температурасы.

Құймалардағы шөгу раковиналарының шамасы (6.14) формуласынан келесі факторларға тәуелді болады:

а) Металл қасиеттеріне (шөгу коэффициенті, сұйық және қатты күйдегі термиялық сығу коэффициенті шамасы). ε,   неғұрлым үлкен болса, шөгу раковинасы соғұрлым үлкен болады;

Қорытпаларда шөгу раковинасының түзілуіне бейімділігін бағалау үшін технологиялық сынамалар қолданылады. Сынамадағы раковина көлемі  осьтік қимада өлшегіу тамызғышы арқылы керосин немесе басқа жеңіл сіңірілетін сұйықтық құю жолымен анықталады;

б) Металдың балқу температурасына;

в) Металды қалыпқа құю температурасына, құю температурасы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым, (Т_с.ор — Т_л) және оған сәйкес, раковина көлемі үлкен болады. Төменде раковиналар көлемінің металды қалыпқа құю температурасына тәуелділігі келтірілген:

г) Жылу алмасу қарқындылығына. Қарқындылықтың өсуімен (Т_кр-Т_к) төмендейді, ал (Т_ор-Т_кр) өседі және V_рак ұлғаяды. Мұндай әрекет құйма қабырғасының қалыңдығының ұлғаюында да болады.

д) Қалыптың толтырылу ұзақтығына. Қалып қабырғаларында қатаятын металл оның толтырытуы кезінде шөгу раковиналарының көлемін анықтайтын шөгу үрдістеріне қатынаспайды. Максимал мүмкін болатын раковина көлемін есептеу кезінде мұндай жағдай ықпалы ескерілмейді. Бірақ, нақты құймалардың қалыптасуы кезінде қалыптың толтырылуына кететін уақыт әсері шөгу раковиналарына біршама әсер етеді[2]. Қалыпқа құю неғұрлым, баяу жүргізілсе, шөгу раковинасы да соғұрлым, кішірек болады.

 

Үстемелер, олардың конструкциясы және есчептеуі

Шөгу ақаулары бойынша сапалы құймалар алу үшін қорытпаның көлемдік шөгуімен теңестіру керек. Тек қабырға қалыңдықтары бір келкі шөгу раковиналары өлшемдердің кші болуы салдарынан шөгу порларына ауысатын ұсақ құймалар алу кезінде ол бөлшектердің қызмет етуінде жарамды болғанжағдайда ғана рұқсат етіледі.

Құйылып алынған бұйымдарда шөгу раковиналарынан арылудың негізгі құралы үстемелер қолдану болып табылады. Үстеме  шөгу раковиналары бағдарланған және кейіннен шабу кезінде құймадан бөлініп алынатын технологиялық элемент болып табылады.  Құйманың қалыптасуы үрдісінде үстемелер онымен бір бүтін болып келеді.

Құймада немесе оның бөлігінде шөгу раковиналарының түзілуі бір немесе бірнеше үстеменің, кей жағдайда, бір үстемені бірнеше құймаға қолдану есебінен жойылуы мүмкін.

Құйманың толығымен қоректенуі үшін, қалыптау және құймаларды мәрелік өңдеудің технологиялық  операцияларын орындаудың тиімділігі үшін қолданылатын үстемелер келесі үш шартқа жауап беруі керек:

1) Үстеме құймадан кешірек қатаюы керек

τ_{қ үст.}      ≥     τ _{қ құйма}      

2) Үстеме көлемі құйма немесе оның бөлігін сұйық металл қорымен қамтамасыз ету үшін шөгудің орнын толтыруға жеткілікті болуы керек.

3) үстекмедегі металл деңгейі қашан да қоректенетін тораптағы металл деңгейінен жоғары болуы керек, құйма мен үстеменің қатаю үрдісі құймада шөгу раковиналары пайда болуы мүмкін орындарға сұйық металдың кедергісіз жеткізілуін қамтамасыз етуі керек.

Бұдан басқа, үстеме геометриясы, оның қалыпта орналасуы және  құймамен сабақтасуы технологиялылы, яғни, қалыптау ыңғайлылығын қамтамасыз етуі керек. Сол сияқты, үстеме бөлігінің құймадан бөлінуінің жеңілдігі, үстеменің үнемділігі, қоректендіруге кететін металл шығынының минимал болуы ескерілуі керек.

Көрсетілген шарттардан үстемелердің қалыпты жұмысы үшін бағытталған қатаю принципі шығады, ол алғаш рет 1923 жылы Петербург политехникалық институтының профессор  В.   Е. Грум-Гржимайломен бекітілді.  Оның пайымдауынша бұл принцип былайша баяндалды: құйманың жоғарыда орналасқан әрбір бөлігі төменде жатқан бөлігі үшін қашан да үстеменің ролін атқаруы керек, үстеме ең соңында суынуы керек.

Бұл пайымдаудың физикалық мәні құйма элементтерінің қатаюы қатаятын құймада (гравитациялық күштер алаңында) көлемдік шөгуді қоректендіретін сұйық металдың ағу бағытына қарама-қарсы жаққа бағытталуы керектігін білдіреді. Қазіргі кезеңде бұл принцип былайша сипатталады: құйма бөлігінің немесе оның торабының ықпалды қоректенуін қамтамасыз ету үшін құйманың қатаюы перифериялық учаскеден үстеме бағытында белгілі қатаң тәртіппен жүруі керек, үстеме қоректенетін құйма немесе тораптан кешірек қатуы керек [1, 2].

Технологиялық үрдістерді жобалау кезінде бұл принциптің орындалуы тексеру суынатын құймалардың жылу алаңдарын модельдеу немесе есептеулермен, сол сияқты құйылып алынған құймалардың сызбаларын графикалық талдау әдістерімен жүзеге асырылады [3].

Үстемедер құйманы қоректендіру торабының салыстырмалы орналасуы, қалыптау тәсілі, құймадан бөліп алу тәсілі және пішіні бойынша топтастырылады.

Қоректендіру торабының салыстырмалы орналасуы бойынша үстемелер тік, жоғарғы немесе шығыс, немесе бүйір болып бөлінеді. Қалыптау тәсілі және жәнеоның атмосферамен байланысы бойынша үстемелерді ашық және жабық деп бөледі. Ашық үстемелердің жоғарғы бөлігінде қалып қабырғалары болмайды, сондықтан металл беті атмосферамен тікелей түйіседі. Жабық үстемелердің жоғарғы бөлігінде құю қалыбымен орындалған қабырға болғандықтан, мұндай үстемелер атмосферамен тікелей түйіспейді.

Горизонталь қимасы конфи­гурациясын байланысты үстемелер гилиндр тәрізді сопақша, призма тәрізді және фигуралы болып бөлінеді. Бұдан басқа, үстемелерді сфералық және жартылай сфералық деп бөледі[3].

Жабық үстемелер қалыптау кезінде неғұрлым технологиялы және ашық үстемелермен салыстырғанда жоғарғы бет арқылы жылуды жоғалтуы аз. Мұндай үстемелер құю жағдайына тәуелсіз, қашан да сұйық металмен біркелкі толтырылған.

Ашық үстемелерді көбінесе дар және ұсақ сериялы өндірісте жиі қолданаы, себебі, ашық үстеме қалыптың толтырылу үрдісіне, , сол сияқты жоғарғы опокалар жетіспеген кезде көзбен бақылау жасауға мүмкіншілік тудырады. Бұдан басқа, мұндай үстемелерді қалыпты толтырғаннан кейін  үстеме арқылы қосымша сұйық металл құюға немесе балқыма бетіне үстеме арқылы жылуды ұстап тұратын немесе экзотермиялық қоспалар себу үшін ірі құймалар дайындау кезінде қолданады. Шығарғыш үстемелерді тік әрекетті жоғарғы үстемелерді орнату мүмкін болмаған немесе механикалық өңдеу жүргізу қиындаған жағдайда қолданады. Олар бірнеше құймаға ортақ бір үстеме орнату кезінде тиімді болып саналады.

Күрделі пішінді құймалар дайындау кезінде бағытталған қатаю барлық уақытта жүзеге асырыла бермейді, сондықтан, олардың кейбір жоғарыда жатқан элементтерінде шөгу раковиналары түзілуі мүмкін. Мұндай орындарды термиялық тораптар деп атайды. Термиялық тораптар тек құйманың қалыңдаған бөліктері ғана болып қоймай, көрші жоғары жатқан учаскелер баяу суынған кезде, мысалы, құйғыштар келетін орындарда да болуы мүмкін.

Қатаюдың бағытталғыштығын құйма пішінін өзгерту немесе бөлшектің суынуын реттеу жолымен қамтамасыз етуге болады (төменде келтірілген). Егер бұған мүмкіншілік болмаса, көлемдік шөгуді  теңестіру үшін термиялық тораптың әр қайсысында бөлек үстемелер орнату қарастырылады.

 

Үстемелерді есептеу

Құйманың барлық қатаюы кезеңінде үстеме оның қалыптасуымен тікелей байланысты.

Шөгу раковинасының қалыптасуы қатайған металл шекарасынан үстеме  осіне жеткен сәттте тоқталады. Құйманың барлық элементтері толығымен қатайған кезде, шөгу раковинасының таралу тереңдігі берілген төменгі шектерде жатқан кезде үстемелер өлшемдерін тиімді деп санауға болады.

Қазіргі кезеңде белгілі және қолданылатын үстемелер есептеулерін шартты түрде практикалық, жартьлай аналитикалық және аналитикалық деп бөлуге болады [1, 2]. Бірінші түрдегі үстемелер георметриялық параметрлері, үстеме типтері, құю тәсілі қалып түрлері және басқа жа жағдайларға байланысты әр түрлі құймалар үшін үстемелер өлшемдерін таңдауда жеткілікті сенімді ұсыныстар алуға мүмкіндік беретін жалпыланған өндірісті тәжірибе мен жүйелендіру нәтижелеріне жинақталады [3].

Төменде кейбір типтік құймалар үшін үстемелер өлшемдерін таңдауға ұсыныстар келтірілген [1]:

1. Құйманың пішіні куб, сфера, цилиндр нмесе призма тәрізді болуы мүмкін, ол тік орналасады, үстеме оның жалғасы болып саналады. Қоректену сенімділігін қамтамасыз ету үшін мұндай жағдайда құйма мен үстеменің мынадай қатынастарын таңдап алу ұсынылады:

                                      d_п/d₀  = 1,05 – 1,1                                                                (27)

мұндағы d_П  және d₀ — құйма мен ашық үстеменің қималарына келтірілген алаң диаметрлері жабық үстемелер үшін диаметрлердің мынадай қатынасын қолдануға болады.

d_п /d₀ = 0,96— 1,00.

2. Құйма пішіні көлденең орналасқан призма (цилиндр), немесе тік орналасқан плита тәрізді, үстеме тегіс бетті болады. Осы типке сақина типтес құймалар да жатқызылады. Бөлек  жағдайларда призма немесе цилиндр пішіндес үстемелер қолданылуы мүмкін. Тегіс үстемені қолданаған кезде оның енін  қатынасына сүйене отырып алған жөн. Үстеме ұзындығының оның еніне қатынасын 2-2,5 шектерінде таңдап алу ұсынылады.

3. Құйма — көлденең орналасқан плита, үстеме – цилиндр тәріздес. Егер құймалар мен үстемелерді келтірілген өлшемдерінен алсақ, онда құйма мен үстеме қимасның қатынасы 4:1 болуы керек, бірақ тәжірибенің көрсетуінше мұндай жағдайда мына қатынастың орындалуы жеткілікті  .

d_п/d_{0 ==}  3 – 3,5

         Практикада қоректенетін құйма торабының қимасына келетін алаң диаметрі бойынша үстемелерді графикалық тұрғызу әдісі кеңінен қолданылады. (суретті қара).

Бұл кезде кәсіпорынның (цехтың) дайындалатын құймаларға қойылатын талаптарына байланысты бекітілген қатынастар сақталады. Мысалы, шкивтер мен крандық дөңгелектер құймалары үшін үстеме енін былайша табады

D₁  =   D_тор.  + C,

мұндағы D_тор.   — құйманың қоректенетін торабының көлденең қимасына келетін алаң  диаметрі.

Оны анықтау үшін мына формуланы қолданады

D_тор.  = [b +(R(r) /2 +δ] / 2,

мұндағы b – обод қалыңдығы;  R(r)- алмасу радиусы;  δ — өңдеуге жіберілген әдіп.

Т өлшемі мына қатынаспен анықталады:

Т=  а / 2 + D_тор./ 2 + α,

мұндағы а – обод биіктігі;  α –механикалық өңдеуге жіберілетін әдіп. С өлшемін практикалық мәліметтер бойынша 0,267Т деп алады.

Жартылай аналитикалық әдістер 4,5 баяндалған талаптарды есептке ала отырып жүргізіледі.

τ _{үст. қат.}  >    τ_{құй.қат.}  шартынан мынаны шығарады

R _үст. =  R _құй.( K _үст./K _құй.),

мұндағы τ _{үст.қат,} τ_{құй.қат.}, R_.үст, R_құй. – қатаю уақыты және  үстеме мен құйманың келтірілген өлшемдері, K_.үст. және K _құй. – олардың қатаю жылдамдықтары коэффициенттері.

Қалыпта біркелкі қоспадан құйма алу жағдайы үшін (K _үст. =  K _құй.), R_үст. > R _құй.

Мысалы, Н биіктігі  D бір жарым диаметріне тең болатын цилиндр тәрізді үстеме үшін  D =  4, 65 R деп аламыз.

Қоректендірудің жеткілікті болуы шартынан үстемедегі шөгу сұйық металл қоры шөгу раковинасы көлемінен жоғары болуы керек, яғни,

V_ж    = V_құй.  (ε_ж   +  ε _з )

Үстемелер өлшемдерін жеңілдетілген әдіс бойынша анықтау үшін анықталған көлемге диаметрідің негізге 3:1 қатынасындағы цилиндр немесе конус пішінін береді, содан соң оған келтірілген құйма (торап) өлшеміне тең қабыршақ қалыңдығын қосады.

Суреттелген әдістеменің бөлек жағдайына сфералық үстемені есептеу жатады. Құймадағы шөгу раковинасының орнын толтыратын сфералық үстемедегі металл көлемі былайша  табылады

V_K =  0,524 d³ = 0,08 V_құй.,

мұндағы d — үстемедегі металл орнын толтыратын шар диаметрі. Осы шарттан мынаны аламыз

<2=у  0,08У_Отл/0,524 = У 0,15У_құй.

d шамасын  Т  құйманың ең үлкен дене қалыңдығына дейін ұлғайта отырып (2—сурет), құйманы қоректендіруге қажетті сфералық үстеменің D_шек есептеу диаметрін аламыз.

Осы топты есептеудің кеңінен тараған әдістемесі  Намюра—Шкленника әдістемесі болып табылады. Ол құймаларды қоректендірудің бірқатар шарттарын ескере отырып үстеме көлемін есептеуге мүмкіндік береді [2]. Бұл әдіспен жалпы жағдайда үстеме көлемі мына теңдікпен шешіледі:

мұндағы

V_үст­ —  үстеме көлемі;

— шөгу коэффициенті

үлгінің конфигурация коэффициенті

                                                              S_эф ­– қалыпқа жылуды беретін бет

т — құймадағы металл және құю қалыбының толтырылуының аяқталу сәтіндегі үстеме  температурасының қатынас коэффициенті;

R_эф  — құйманың жалу торабының ықпалды келтірілген қалыңдығы, м;

Y— үстеме пішіні мен құйманың қатынас ко­эффициенті;

Z — үстемедегі метал мен құйманың суыну шарттарының қатынас  коэффициенті;

i — үстеме пішінінің өлшемсіз коэффициенті.

                                                                 S_{тор.ықп.}=S — S_{үст.байланысуы}

f =    ­келтірілген өлшемдер қатынасын ескереді және әдеттегі үстемелер үшін жинақылық коэффициенті деп аталады f =1÷1,15

(7.1) формуласына енетін параметрлер шамалары  құйма пішініне немесе жылу торабына, үстеме типіне, оның металмен толтырылу шарттарына т.б. факторларға байланысты бекітіледі. m коэффициенті үстеме типіне және құймаға сұйық металдың келтірілуі орнынын қашықтығына тәуелді. Құйма мен үстемедегі металл температурасы бірдей болған жағдайда, егер үстемеге келер жол құйма арқылы болса,  т = 1, m =1,05÷1,2.

Үстеме конфигурациясының коэффициенті (өлшеусіз параметр) оның көлемі мен ықпал ететін суыну бетіне байланысты есептелінеді.

Үстеменің барлық өлшемдері оның негізінің диаметрі немесе енімен суреттеледі, болат құю үшін үстеме диаметрінің биіктігіне ұсынылатын қатынасты қолдана отырып, жабық құймалар үшін оның негізін 1,20…1,25;  ашық үстемелер үшін 1,8…2,0 деп алады. Үстеменің суынуының ықпалды бетін мөлшерлік бағалау кезінде есептеуден оның құймамен біріккен жерін алып тастайды.

Құйманың жылу торабының келтірілген ықпалды қалыңдығы жылу торабындағы металл көлемін массивті бөлімді түйіскен орынды есепке алмай, құйманың қалған бөліктерімен және құйма мен үстеменің түйіскен орын ауданың ықпалды бетіне бөлгенге тең.

Үстеме мен құйма конфигурациясының қатынас коэффициенті жылу торабы мен үстеме конфигурациясы үшін салыстырмалы қатаю ұзақтығына тең.

Үстеме мен құймадағы металдың суыну шарттарының қатынас коэффициенті үстеме-қалып және құйма-қалып бөлігі бетінен жылуды шығару қарқындылығының айырымын ескереді және сандық түрде құйма және үстеме үшін қалып қабырғалары орындалған қалып қоспаларының α_ү және α_т жылу беру коэффициенттері қатынастарына тең.

Барлық қалыпты бірыңғай қоспадан дайындаған кезде Z = 1. Үстеме кеңістігін жылуды ұстап тұратын астарлармен жасаған кезде Z < 1.                           Осындай мақсатта экзотермиялық астарды қолданған кезде теориялық тұрғыда Z —> 0 болуы мүмкін.

Кокильге құю кезінде құймадан және үстемеден жылу тасқындарының қатынасын жылу беру коэффициенттері қатынасымен алмастыруға болады.

D_үст диаметрі және H_үст биіктігі бар үстеменің қабылданған қатынастарын ескере отырып, У_үст үстеме көлемін есептеп алып, олардың өлшемдерін табады.

Белгілі құмалар топтарына немесе оларға қойылатын салалық талаптар ерекшеліктерәіне тағайындалған есептеулердің бірнеше түрлері бар.

Үстемелерді жартылай аналитикалық есептеудің үстемедегі және онымен торапта қоректену жағдаын талдауға негізделген әдістеме белгілі. Әдістеме көлемдік шөгу коэффициентіне, құймалар пішіні мен геометриясына байланысты үстеме көлемін анықтауға мүмкіндік береді.

Құм қалыптарға құю кезінде үстемеде түзілген шөгу раковинасының көлемі мынаған тең

V_p=β(V_п +V_o)

мұнда V_п, V_o— үстеме мен құйманың сәйкес көлемдері; β — қатаю кезіндегі көлемдік шөгу коэффициенті. V_п /V_o қатынасын үстеме мен шөгу раковинасының бірдей биіктіктері кезінде m арқылы белгілеп, үстеменің 20%-дық қоры көлемін (1)теңдеуді түрлендіріп мынаны аламыз:

V_п/V_o =(1,2 m β) / (1 — m β)

Құйма-үстеме К_н.з жүйесінің қатаюының бағытталғыштықы критерийін құйманың төменгі бетінен Q_н үстеме бағытына жіберілген жылудың құйманың бүйір бетінен шығатын Q_б жылу мөлшеріне қатынасы ретінде қарасытырамыз:

К_н.з= Q_н  / Q_б=(к_нF_н) / (к_бF_б),

мұндағы к_н,к_б—құймалардың бүйір және төменгі беттеріндегі металдың қатаю константалары; F_н, F_б — олардың аудандары.

Практикада мынадай қатаю константалы материалдар қолданылады, k, см/мин’/²: 2,8 (мыс кристаллизаторы); 2,36 (шойын кристаллизаторы); 1,25 (шамот кірпіші); 1,17 (кремнилі құм); 0,89 (жылу өткізбейтін материал); 0,78 (экзотермиялық материал) [I]. Үстемеледің бетін жалату үшін түрлі материалдарды қолданған жағдайда (2) теңдеудің оң жақ бөлігін (k₂/k₁)³ шамасына көбейтеді, мұндағы, k₂/k₁—жылу жібермейтін және қалыптау материалдарының қатаю константаларының қатынасы. Бұл кезде үстемелердің диаметрі мен биіктік теңдігі сақталады. 2Rх2R өлшемді құйма үшін R биіктігі және 2R диамтерлі және h биіктікті қоректенетін цилиндр тәрізді ашық үстеме үшін, K_н.э=0,5. Құйма мен үстеме үшін құмды қоспа қолданумен қалып дайындалған (m=6).

К_н.з шамасы 0,5-тен артқанда қатаю негізінен бағытталып жүреді.  m жәнеК_н.з араларындағы байланыс мынадай теңдікпен беріледі:

m=1+(4,5/ К_н.з) -1/ К²_н.з

К_н.з<0,5 болған кезде, бағытталған қатаю шарттары бұзылады. Сонда

m=6+(0,37— 0,74 К_н.з)/ К_н.з

Көлемдік шөгу коэффициенті β сұйық күйде жүретін шөгу құраушыларына тәуелді, балқыманың қатты күйде қатаюы кезінде:

β =ε_ж + ε’_з + ε_о .

Жабық үстемелерді қолану кезінде олардың пішініне байланысты (2) теңдеуді келесі коэффициенттерге көбейтеді:

0,57 (сфералы пішін); 0,7 (жартылай сфералық пішін); 0,8 (цилиндр тәрізді пішін). Құю температурасын 1550⁰С-тан l600°C-қа арттырғанда үстемелер көлемін 5%-ға ұлғайтады. Бірнеше үстемені қолданған жағдайда құйманы шартты түрде тораптарға бөледі, оның негізінде жоғарыда баяндалған үстеме көлемін тауып алады.

 

Ұзын құймалардағы үстемелер саны және олардың парметрлерін есептеу

 

Қалыпта көлденең орнатылған құймалар мен олардың ұзын өлшемді элементтерінде үстеменің әрекет аймағы немесе аралығы деп аталатын шөгіді шектелген аралықта шоғырландыру үшін үстемелер сұйық металдың орын ацыстиыруын қамтамасыз етеді. Осының нәтижесінде аймақтың сыртқы шекараларында осьтік шөгу кеуектілігі түзіледі. Мұндай жағдайда осьтік шөгуді әлсірету үшін құймаға немесе оның элементіне шөгу әрекеті аймағы немесе аралығы шамасына байланысты бірнеше үстемелер орнатуға тура келеді.

Кеуектілік құйманың қабырғасының 1,5…2 қалыңдығында ғана жойылатыны белгілі. Оның кейбір әлсіреуі, қабырға қалыңдығының 5-7 шамасы аралығында байқалады, сондықтан үстеменің әрекет  аралығын нақты құйма тығыздығына қойылатын талаптарды ескеріп тағайындайды. Кәдімгі сапалы көміртекті болаттардан жасалған құймалар үшін

Үстеме өлшемдерін месептеу үшін оның бөлігімен қоектенетін құйма көлемін ескереді.

 

Үстмелерді жасау тәсілдерін жетілдірудің негізгі бағыттары.

Үстемелер өлшемдерін кішірейту әдістемелері

 

Орта және ірі құймаларды дамыту өндірісінің маңызды бағыттарының бірі бір мезгілде үстемелер массасы мен өлшемдерін және оларды бөлшектеу шығындарын төмендету кезінде құйылып алынған тығыз құймалар алу мүмкіншілігін анықтайтын қоректендірудің жаңа әдістерін әзірлеу болып табылады. Болат құймалары өндірісі кезінде үстемеге кететін металл шығын құйылып алынған дайындама массасының  35%-тен 100%-ке дейінгі шамасын құруы мүмкін, бұл үстеменің шөгу раковинасы көлемінен біршама жоғары. Қалған металл құйма әбден қатайғанға дейін сұйық металл бассейні түрінде қоректендіру көзін ұстап тұру үшін керек. Үстемелерді бөліп алу шабудың еңбекті қажет ететін және зиянды операциясы, ол еңбектің санитарлық-гигиеналық талаптарын біршама төмендетеді.

Үстемедегі құйма металындағы суыну жылдамдығы айырымының кез-келген ұлғаюы сәйкесінше оның көлемін кішірейтуге мүмкіндік туғызуы керек. Мұны бірнеше жолмен алуға болады: үстеменің пішінін тиімді таңдап алу, қалыптарға құюда үстемелер қабырғаларының жылуды ұстап тұруы, қосымша жылу мен балқыма беру, құйманың суынуын шапшаңдату сияқты операцияларды рационал ұйымдастыру. Аталған нұсқалардың кез-келгенінің өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері, неғұрлым, тиімді қолдану оьлысы бар.

Өндірістік практикадакөбінесе цилиндр тәрізді үстемелер қолданылады. Бұл кезде ашық үстемелерді ажырау бетіне қарай жіңішкеретін етіп, ал жабық үстемелерді керісінше конустәрізді етіп жасайды. Жабық үстемелерді тегіс емес дөңгеленген жоғарғы бетті етіп дайындайды.

Жылу тиімділігі жағынан тең көлемді болған кезде беті ең кіші болғандықтан сфера тәрізді үстеме тиімді болып саналады.

Соңғы жылдарда сфералық қалыптар дайындау үшін газдандырылған қалыптарды қолданады. Газдандырылғын үлгісі бар үстемелердің маңызды артықшылығы, оларды қалыптың ажырау бетімен және құю жүйесімен байланыфстырмай орната отырып, құйманың қажетті орнына бекіту мүмкіндігі.

Массалы өндірістье газдандырылған үлгісі бар шар тәрізді үлгілер мен қалыптар дайындау кезінде қалыптау машиналарында арнайы құрылғылар қолданады. Қалыптау алдында үстеме үлгісін итергіш бүршікке кигізеді, бұл кезде үлгі плитасы мен үстеме үлгісінің төменгі бөлігінде кертік қалдырады .

Қалыптау кезінде үстеме үлгісі штырьдің конус тәрізді беті бойымен төменгі бетіме қоспаны тығыздай отырып үлгі плитасына түсіріледі. Үлгі жиынтығын ажырату кезінде үстеме үлгісі қалыпта қалады. Сөйтіп, үстеме үшін қажетті кеңістікті оның төменгі бөлігі үстеме мойыны болып табылатын газданатын үлгі түзеді.

Сфера тәрізді үстемелерді қолдану үшін орташа және ірі болат құймаларының дара және ұсақ сериялық өндірісте қалыптағы сфера тәрізді үстемелерді жоғарғы опокаға орната отырып қалыптар дайындау әдістемесі ұсынылды. Ұл кезде үстемелер үлгісі бар қалыпта, ал жоғарғы бөлігі өзекшемен түзіледі. Үлгі жиынтығы ажырамайтын үлгіден және өзекше жәшігінен тұрады.

Өзекшенің тайып кетуінен сақтану үшін оны құю кеззінде жүктемемен бекітеді. Кәдімгі үстемелер (ашық және жабық) орнына сфера тәрізді үстемелер қолдану сұйық  металол шығынын 20—30%-ға кемітеді.

2. Қалыпқа металл құюды рационалды ұйымдастыру.

Мұнда негізгі екі бағыт болжанады. Алдымен, құю соңында шөгу раковинасының көлемінің аз болуына жағдай туғызатын қалыптағы металл бөлігінің қатаюя үшін қалыпқа металл құю уақытын мүмкіндігінше созу.  Екінші бағыт, қалыптарға металл құю үрдісінде металдың температура таралуын құйманың бағытталып қатаюына жағдай туғызу. Қашанда үлгідегі металл температурасы құйма металының температурасынан жоғары болуына тырысу керек. Егер оған мүмкіндік болмаса, онда құюдың аяқталуы үстеме арқылы өтуі керек.

3. Үстемелердің суынуын жылу өткізбейтін материалдар көмегімен баяулату. Үстемелердің жылуын ұстап тұру сұйық металл бетіне жылуды ұстап тұратын ұнтақ себу жолымен іске асырылады. Әдетте құрғақ құм; басқа жағдайда жылу өткізгіштігі төмен қоспалар – слюда, вермикулит өндірісі қалдықтарын және т.б. қолданады. Мұндай материалдар қолдану үстьеменің жоғарғы бөлігіндегі жэылу беру жылдамдығын 1,2-1,8 есеге дейін төмендетеді. Жылу жібермейтін үстемелердің жоғарғы және бүйір беттерін тығыздығы мен жылу өткізгіштігі төмен отқа төзімді материалдармен қаптайды, ол үшін төменгі жылу аккумуляциялық қабілеті бар әр түрлі қоспалардан алдын ала дайындалған қаптама өзекше–астарлар пайдаланады.

4. Үстеменің суынуын оған қосымша жылуы бар металл қосу арқылы баяулату. Аталған нұсқалардың ішінде кеңінен қоданылатын екі түрі бар: Экзотермиялық реакция жылуы пайдалану және үстемелерге сұйық металл құю. Қыздырылатын үстемелердің сыртқы жылу көзі болады, ол үшін экзотермиялық қоспалардан дайывндалған қаптама өзекше-астарлардағы экзотермиялық реакциялар жылуы қолданылады. Мұндай қоспаның негізгі жылу бөлгіш компоненттеріне алюминий ұнтағы, тотықтырғыш (темір рудасы және окалина) және толықтырғыш (шамот ұнтағы) жатқызылады. Сұйық металл жылуының әсерінен экзотермиялық қоспа компоненттері көп мөлшерде жылу бөлу реакциясына түседі:

2Al + FeO₃    =   Al₂O₃  + 2Fe + Q

Нәтижесінде үстемедегі металдың суынуы біршама тежеледі. Кәдімгі үстемелер жоғарғы беті ашық бағанда біраз бөлігі жылу жібермейтін немесе біраз бөлігі қыздырылатыгн болуы мүмкін. Ол үшін үстеменің ашық бетіндегі балқыма бетіне сәйкесінше жылу жібермейтін материал немесе экзотермиялық қоспа себеді.

Үстемелерге қосымша сұйық металл құю ірі және ауыр құймалар дайындау кезінде тиімді. Ол қалыпқа сұйық металл құйылғаннан кейін белгілі уақыт өткеннен кейін қатайған үстемелерге арнайы осы мақсатта балқытылған сұйық металмен толтырылуымен ерекшеленеді. Бұл кезде үстемеге тек қосымша жалу ғана беріліп қоймай, сол сияқты құйманың қоректенуіне де сұйық металл қоры толтырылады. Бұл үстемелер көлемін бірнеше есе кішірейтуге мүмкіндік береді.

Құйманың суыну жылдамдығын арттыру

Массивті қалың қабырғалы құймалар дайындауда олардың сапасы үшін қосымша шығынға ұшыратпай құю кезінде микротоңазытқыштар енгізу немесе үлкен мөлшердеішкі тоңазытқыштар қолдануға мүмкіндік болса, осы технологиялық амал ерекше тиімді болып саналады. Мысалы, құйма массасынан 4—5% мөлшерінде тоңазытқыштар енгізу кезінде үстеме көлемі 30—50%-ға, ал тоңазытқыштар жылу өткізбейтін материалдар мен экзотермиялы қоспалы үстемелер қыздыруымен сәйкес келгенде бірнеше ретке дейін азаюы мүмкін.

Үстеме жұмысының қарқындылығын арттыру әдістемелері.

Үстеме жұмысының қарқындылығын арттыру деп қоректендіру жағдайлаын жақсартуға бағытталған шараларды айтады. Қарқындылықты арттырудың мақсаты шөгу кеуектілігін төмендету болып табылады.

Металдың үстемеден құймаға ағуы екі күштің әсерімен жүреді: гидростатикалық арын және атмосфералық қысым. 1 кг/см² қысымы ұзындығы 1450 мм балқытылған болат немесе шойын бағанын теңестіреді. Көптеген болат құймаларының үстемелер биіктігі орташа массаның 200-400 мм шамасын құрайды. Осыдан атмосфералық қысым қоректендіру үрдісіне үлкен әсер етеді. Атмосфеалық қысым жетіспеген кезде қоректендіру үрдісін қалыпты жүргізу үшін металдың гидростатикалық қысымының жетіспецуі үстеменің ықпалын кемітіп, кеуектіліктің орын алуына әкеп соғады. Бұл құбылыстардан арылу үшін атмосфералық қысымның шөгу раковинасы кеңістігіне кіріп кетуінен сақтану керек. Кәдімгі ашық үстемелер үшін жоғарғы беттегі жылу изоляциясы жеткілікті болғанда бұл өздігінен жүреді.  Жабық үстемелер үшін жоғарғы бетке ішкі қысымның әсерінен оңай жарылып кететін ауданша қарастыру жеткілікті. Егер үстеменің жоғарғы бөлігі сфералы пішінді болса, ол тұрақтылыққа ие болады да, шөгу раковинасын қалқалап тастайды.

Сұйық металға қажетті қысыммен қамтамасыз ету үшін мыналарды қолданады:

а) атмосфералық қысыммен жұмыс істейтін үстемелер. Үстеме жұмысы кезінде атмосфералық қысымды қолдану қоректенудің қозғалушы күшін арттырудың қарқынды және арзан тәсілі болып табылады. Үстемедлегі кеңістікті атмосферамен өзекше немесе қалыптың шығыңқы орны көмегімен қосады, сонда сұйық металға тек гидростатикалық қысым ғана ықпал етіп қоймай, атмосыералық қысым да әсер етеді. Аплюминий және магний қорытпаларынан ірі корпустық бұйымдар алу үшін ылғалды құм қалыптарында жоғары қарай кеңейетін жабық үстемелер қолданады (суретте көрсетілген). Жоғары қарай кеңейетін жабық үстеменің әсерлілігні қатаюдың бағытталғандығы және қатаю соңына дейін атмосфералық қысым ықпалы болатындығымен негізделеді.

б)  газ қысысымен жұмыс істейтін үстемелер.  Үстеменің ішіне кеңістікте артық қысым түзетін газ түзуші материалы бар заряд салынады. Әрі қауіпсіз,  әрі тиімді газ бөлу көзіне бор жатқыщзылады, ол қызған кезде көмір қышқыл газы бөлініп таралады

СаСО₃  = СаО + СО₂

Қысым шамасы мен уақытты реттеу оның әрекеті газ түзуші заряд массасын, сол сияқты, материал мен оның қаптама қалыңдығын таңдау жолымен іске асырылады .

Газ қысымымен жұмыс істейтін үстемелерді шөгу кеуектілігінің кішіреюі маңызды болып саналатын ұсақ және ірі құймалар дайындау кезінде тиімді. Сол сияқты, оларды үстеме ықпалы аралығын 1,5 есеге дйін ұлғаюын қамтамасыз ететіндіктен абырғалары ұзын құймаларды қоректендіру керек болғанда қолдану тиімді.

Дегенмен, бұл үстемелердің біраз кемшіліктері де бар, олардың температуралық режимге сезімталдығы жоғары. Үстемедегі және құймадағы сұйық металл заряд диссоцациясының басталу сәтінде тұйықталған көлемде болуы керек, әйтпесе, заряд әсері уақытынан бұрын басталса, металл газ қысымыментік арна немесе қалып қабырғалары арқылы сығылуы мүмкін, ал газ үстемедегі металл қабыршағын жарып өтіп қалыпқа кетуі мүмкін. Қоректену үрдісі газ қысымының қарқындылық әсері кешірек іске қосылса төқмендейді, себебі, бұл сәтте құйманың қатуы аяқталады.

Бірақ, бұл тәсіл құймадағы үстеме дара болған кезде тиімді, болып табылады. Бірнеше үстемелер боған кезде газ зарядтар бір мезгілде іске қосылмаған жағдайда құймадағы сұйық металдың араласуына жол бермеу үшін қоректендіру тораптарын бір-бірінен сенімді оқшауландыру керек.

в) шөгуді қоректендіру жағдайларын жақсарту үшін қатаюдың бағытталуын (« қоректендіруді конустылығы») арттыру. Мұны бірнеше жолмен алуға болады:

құйма конфигурациясын өзгерту, қабырғалар қалыңдығы перифериядан үстеме бағыты бойынша баяу ұлғаюы, сол сияқты, құйманы технологиялық қалыңдату;

құю соңында сұйық металл температурасының тиімді градиентін қамтамасыз ету (металды жоғарыдан құю, үстеме арқылы құю, бірнеше ұялы құю жүйелері, қалыпты бұрумен құю).

қалыптағы құймалар суынуы үрдісін оның бөлшектерін қажетті жылу физикалық қасиеттері бар жылуды ұстап тұратын заттар, ішік және сыртқы тоңазытқыштар пайдалану есебінен басқару.

Тоңазытқыштар қолдану күрделі конфигурациялы құймалардың қатаюын бағыттауды немесе қалыпты толтыру кезінде металдың жергілікті қызуын болдырмауды қамтамасыз ету үшін қажет.

Сыртқы тоңызытқыштар құйманы қалыптан түсіргеннен кейін аыратылады. Олар металдан немесе отқа төзімді бұйымдардан жасалған монолитті және металл бытырысынан және отқа төзімді материалдар ұнтағынан жасалған қалыпталған болуы мүмкін.

Ішкі тоңазытқыштар қалып кеңістігі ішіне орнатылып, құймадан оны өңдеу кезінде немесе онда балқытылуы мүмкін. Балқытылатындар толығымен немесе біраз бөлігі құйма элементі металл жылуымен балқып, онымен ұқсас құрамды болуы керек. Ажыратылатындар көбінесе тесікке арналған орындарда бекітіліп, бұйымды механикалық өңдеу кезінде сверломен тесіледі.

Төменде ішкі тоңазытқыштың жуықталған есептеуі келтіріледі. Оның массасын оны қыздыру немесе балқыту (толық немесе бөлшектей) және құймадағы жылу мөлшерінің азаюы немесе тоңазытқыш орнатылуға тиісті термиялық тораптың шамасы үшін жылу балансы шарттарынан табады:

Q_суық = Q _аут,

Құймалардағы осьтен тыс шөгу кеуектілігі, олардан арылу тәсілдері.

         Кеуектіліктінң бұл түрі түзілу механизмінің еркшеліктерімен және алдын алу шараларымен байланысты бөлек қарастырылады. Құймалардағы таралған кеуектілік олардың қатаюы кезінде қос фазалы зона енінің шамасы құйманың қалыңдығы шамасымен салыстыруға болатындай жағдайда түзіледі. Егер қорытпаның кристалдану аралығы үлкен, құйманың суыну жылдамдығы төмен болса, ликевидус шекарасы тіпті қатаюдың бастапқы кезеңінде құйма осіне жетуі мүмкін және оның қатаюы көлемдік жүреді. Мұндай жағдайда шөгу түзілмейді деуге болады, ал құйманың барлық қималары кеуектілік зонасын түзеді. Кеуектілік құймадағы қорытпа беріктігі мен пластиналылығын төмендетеді де жоғары температура кезінде кеуектері бар қабырғаларға газ немесе сұйықтың енуі салдарынан оның герметикалылығын жоғалтуына әкелуі мүмкін.

Схемадан тұрақты температурада кристалданатын эвтектикалық құрамды қорытпалар және таза металдан жасалған металдарда тек шөгу раковиналары қалыптасады, ал кеуектілік тіпті түзілмейді. Бұл қос фазалы зона ені нөлге жақын шамада болғанда қатаю реттелген сипатта болуымен негізделеді.

Температуралар аралықтары шамаларының және оған сәйкес қос фазалы зона енінің өсуімен қатаю көлемдік жаққа ауысады да кеуекті көлемнің және оның құйма қабырғасында алып жатқан енінің ұлғаюына және бір уақтылы шөгу раковинасының кішіреюіне әкеледі. Берілген жүйе құрамы үшін кристалдану аралығы ең жоғарғы болатын кеуектілік жоғары шамада таралады да, шөгу раковинасы ең төменгі шамада тарайды.

Осьтен тыс кеуектіліктің түзілуінің алдын алу үшін үстемелер қолданудың пайдасы аз. Осьтен тыс кеуектіліктің алдын алу үшін мынадай тәсілдер қолданылады:

қатаю кезінде қысым түсіру арқылы құю, оның түрлеріне жан-жақтан газ қысымымен құю (автоклавта құю) және поршень қысымымен кристалдандырып құю (”сұйық штамптау”). Біріншісі – алюминий қорытпаларынан құм қалыптарға ірі ауқымды құймалар құю кезінде, екіншісі – түсті қорытпалардан қарапайым конфигурациялы құймалар алу кезінде қолданылады.

Физикалық өріс әсері жолымен балқымада ішкі қысым қалыптастыру. Бұған тік айналу осі бар, центден тепкіш құю және айнымалы электромагнит өрісінде құю жатқызылады.

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. [3] (с.223-242)

2. [5] (с. 197-219)

3. [6] (с.348-376)

4. [7] (с. 217-276)

5. [9](с. 27-29)

6. [10] (с. 222-249

 

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

1. Құйма ақауының шөгу механизм түзілуі.

2. Шөгу кеуектілігі және құйма қуысын ауысып түзілу әдістері.

3. Конструкциондық үстеме.

4. Үстеменің эффектілік жұмысын жоғарлату әдістері.

 

5-тақырып Құйманың қатаю мен шөгу процестері.

 Ауысымды әдістері құйма жарықшақтары, кернеуі, деформаиясы. (6 сағ)

       

         Дәрістер жоспары:

1. Құйма элементтерінің шөгу сызықтары.

2. Шөгу ұсталған механикалық құймалардың кернеуі және деформациясы.

3. Құйманың сыртқы кернеуі.

4. Құйма кернеуі сыртқы қалыптау  механизмін физикалық ұсынылуы.

5.Сыртқы кернеудің есебі. Құю бұйымдардың сыртқы кернеулігінің әсерлесуі.

 

 Құйма элементтерінің түзулік шөгуі

 

Әр түрлі қорытпалардан алынатын құймалардағы түзулік шөгу үрдістерін тәжірибелік зерттеулерінен құймалардың түзулік өлшемдері оның бетінде берік қабықша пайда болған сәттен немесе кристалдардың үздіксіз қаңқасы түзілгеннен бастап өзгере бастайтынын көруге болады.

Суретте, әр түрлі қорытпалардан алынған үлгілердің суынуы кезіндегі өлшемдерінің өзгеруі тәжірибелік графиктерді өңдеумен алынған температураға түзулік шөгудің тәуелділіктері келтірілген. Көптеген қортыпалар үшін түзулік шөгудің болуына температуралар аралықтарына бүтіндей қатты қабыршақтың түзілуінен бастап, солидус температурасына жеткенге дейінгі, жобамен құйма қалыңдығының жартысы, құйманың өлшемдері мен көлемінің ұлғаю үрдісі бастап келеді. Бұл құбылыс шөгу алдындағы кеңею деп аталады. Шөгу алдындағы кеңеюдің себебі, құм-балшық қалыптарындағы бір немесе бірнеше факторлар әсерінен қатайға құйма металының қабыршағының өсуі болып табылады. Ол факторларғы мыналар жатады: металды сұйық бөлігінен газдың бөлінуі, графиттің бөлінуі (шойындарда), кристалдану аралықтары кең қорытьпалардан алынған құймалардағы капилляр қысым құбылысы, қыздыру кезіндегі пішіннің кеңеюі.

Температуралар аралықтарында кристалданатын қорытпалардан алынған құймалардың түзулік шөгуі құйма көлеміндегі қатаймаған қорытпа үлесі 30%-ды құраған кезде басталады. Шөгу алдындағы кеңеюді ескере отырып, қатаю және әрі қарай суыну кезінде ең үлкен және ең кіші құйма өлшемдері аралықтарындағы айырымына тең болатын шынайы немесе теориялық түзулік шөгуді және қалып кеңістігі мен онда алынған құйма өлшемдері айырымына тең түзулік (практикалық) шөгуді айырады.

— түзулік шөгу

 

Шөгу механикалық тежелген кездегі деформация және кернеу.

 

Құйманың және оның элементтерінің түзулік шөгуі еркін түрде немесе күрделеніп жүреді. Соңғысының болу себебі, қалып немесе өзекше тарапынан шөгуге механикалық кедергінің болуы, яғни, құйма элементтерінің күштік өзара әрекеттесуі.

Күрделенген шөгу кезіндегі деформация.

 

Күрделеген шөгу еркін шөгуменсалыстырғанда қашан да аздау. Еркін шөгу тек берілген қорытпа қасиеттеріне тәуелді, оның берілген құрамы үшін оның шамасы тұрақты. Күрделенген шөгу шамасы құйма конфигурациясы мен қасиеттеріне қалып кедергісіне де тәуелді. Шөгуге кедергі шығыңқы бөліктер аудандары және құйма ұзындығы ұлғайған кезде өседі. Еркін және күрделенген шөгулер айырымы шөгу деформациясы деп аталады. Ол қалып тарапынан шөгу тежелген кезде құймада түзілуі мүмкін болатын созу деформациясы және ол шөгу тежелмеген жағдайда мүмкін болатын өлшем мен құйманың нақты өлшемінің айырымына тең.

Шөгу деформациясында серпімді және пластикалық құраушылар болады:

Серпімді деформация құймдағы кернеу көзі болып табылады, ол қалып және өзекшелер тарапынан кедергіні оларды бұзып алу, түсіру кезінде жойылады, ал платикалық еркін шөгумен салыстырғанда құйма өлшемдерінің айырымы ретінде қалып қояды.

Түзулік шөгу үлгі мен қалыпты дайындау кезінде ескерілуі керек (қалып кеңістігі өлшемдері құймаың түзулік өлшемдерінен түзулік шөгу шамасына үлкен болуы керек). өлшемдер түзетуі жүргізілетін шөгу шамасы қалыптың нақты тежелуі ескеріліп бекітілуі керек, ол мынадай факторларға тәуелді: құйма қабырғасы қалыңдығы мен конфигурациясы, қалыптың механикалық сипаттамалары мен конструкциясы. Аталған факторлардан құйманың бөлек элементтері шамалары бойынша өзгешеленуі мүмкін. Бүтіндей цилиндр тәрізді фланецтері жоқ құймалар алу кезінде диаметр бойынша шөгу шамасы, ұзындық бойынша шөгу шамасынан 40 – 50%-ға кем болуы мүмкін.

Құйманың түзулік шөгуі шамасын немесе құйыып алынатын бөлшек элементтері өлшемдерінг таңдауда технолог қателесен жағдайда, сызбадан ауытқулар болып, нәтижесінде құйма ақаулы болып шығуы мүмкін. Мұндай ақауларды болдырмау үшін үлгі өлшемдеріне түзетулер енгізу талап етіледі.

Массалы өндірісте құймалардағы шөгудің күрделенуі нәтижесіндегі тербелістер сәйкесінше, олардың өлшемдерінің номинал шамадан ауытқуына әкеп соғады, жалпы жағдайда бұл құйылып алынатын бұйымдавр массасы мен өндіріске кететін металл шығынын арттыру қажеттілігін тудырады. Қалып қоспасының қасиеттері (құм маркасы, қоспалар мен балшық мөлшері, ылғалдылығы) оны тығыздау тәсілі мен дәрежесі, қорытпа құрамы, қалыпқа құю температурасы мен жылдамдығыжәне басқа да технологиялық үрдіс параметрлері, неғұрлым, тұрақсыз болса, осы өлшемдер тербелістері соғұрлым жоғары болады.

Құйма шөгуіне қалып кедергісінің симметриялы емес таралуы кезінде онда  қақырау деп аталатын пішінін қатаң өзгеруі байқалады. Тіпті аз шамадағы қақырау кезінде құйма ақаулы болып саналады. Қақыраудың алдын алу үшін шөгуге мүмкіндігінше кедергіні төмендету мақсатында қалып қасиеттері мен конфигурациясын өзгертеді, немесе, құйма конфигурациясын қалып кедергісін шөгуге симметриялы етіп белдіктер көмегімен өзгертеді.

 

Шөгу тежелген кездегі құймалардағы кернеу. Ыстық және суық жарықшақтар.

 

Жоғарыда шөгудің тежелуімен келтірілетін құйма элементтеріндегі деформация және кернеу таратушы екендігі айтылды. Құйманың шөгу деформациясы нәтижесінде растягивающий кернеулер шамасы қандай да бір элементте берілген температурада материалдың беріктік шегіне жетсе, онда бұл элементте құйма қимасының толық және біраз бөлігінің қирауы болып табылатын жарықшақтар түзіледі. Теориялық тұрғыдан жарықшақтар құйманың кез-келген орнында түзілуі мүмкін.

Бірақ, құймалар қалыптасуы кезінде оларда шөгудің тежелуінен  екі температура аралықтарында жарықшақтар жиі түзіледі: 1) солидус температурасына жақын температура; 2) бөлме температурасына жақын температура.

Бұл көптеген қорытпалар үшін пластикалық қасиеттердің температураға байланысты ерекшеленетіндігімен негізделеді: созу кезіндегі металдың қирау деформациясы, төменгі температуралардағы ең кіші деформация температура өсуімен артады, бірақ, солидус температурасының маңайында қорытпалардың пластиналылығы төмендейді, себебі, бұл температурада жеңіл балқитын қоспалар шоғырланған дәнекшщелер шекараларында металдың жұмсаруы және балқу үрдісі басталады. Осы температура облысын қорытпалардың температуралық морт аралығы (ТМА) деп атайды. Бұл аралықта көптеген матеиралдардың салыстырмалды ұзару пайыздың ондаған үлесіне дейін түседі.

Құйманың шөгу деформациясының графигін температура-деформация координаталарында қорытпаның пластикалық қасиеттері температуралық тәуелділігінде түсіру, онда жарықшақтардың түзілу ықтималдығын және оның шамасы жоғары болатын суреттегі 1, 2 және 3 түзулердің қиылысу нүктелері температураны анықтауға мүмкіндік береді. Құйма элементінің шөгу деформациясы шамасы қалып қатаңдығы мен құйма атаңдығының ара-қатынасынан тәуелді.

Осындай локализациялауға байланысты бірінші аралықта түзілетін жарықшақтарды ыстық, екінші аралықта түзілетіндерді суық жарықшақтар деп атау қабылданған. Ыстық және суық жарықшақтар түрлі температуралар саладарынан оларды түзілуі кезінде сыртқы түрлері бойынша біршама ажыратылады.

Ыстық жарықшақтардың ерекшеленетін белгілеріне мыналар жатады: айырылу ені жеткілікті мөлшерде үлкен, извилсистая, кристалдың құрылуы айқын байқалатын жарықшақ сынығының беті күшті тотыққан. Жарықшақтың кеңінен ашылуы шөгудің бастапқы фазасында жарықшақтар түзіліп, одан кейін шеттерінің таралуымен жалғасады. Қирау, дәнекшелер шекараларында болады, сондықтан жарықшақ беті тегіс емес. Беттің тотықтануы жоғары температура кезіндегі металдың химиялық активтілігімен байланысты.

Суық жарықшақтардың ерекшеленетін белгілері: жарықшақтар айырылуы өте кішкентей, тіпті көрінбейді, сынық беті өте жылтыр, тотықпаған, сәл қиғаштанған. Жырықшақтар қабырғаларының аз шамада айырылуы,  оның шөгу соңында түзілетіндігімен, сәл қиғаштануы металдың сынуының дәнекше денесімен болатындығымен, тотығудың болмауы жарықшақтың төменгі температуралар облысында түзілетіндігімен түсіндіріледі.

 

Құймалардағы ыстық жарықшақтардың түзілу механизмдері, олардан арылу тәсілдері.

 

Ыстық жарықшақтар суық жарықшақтармен салыстырғанда құймаларда жиі түзіледі, сондықтан олардың түзілу механизмін неғұрлым тиянақты қарастырған жөн.

Жалпы жағдайда жарықшақтың түзілу механизмі мына факторларға байланысты болады: қорытпаның түзулік шөгу шамасы, қалыптың шөгуге кедергісі, морт сынғыштық аралығындағы қорытпаның пластиналылығы.

Құймалар қорытпаларының ыстық ждарықшақтарға, немесе, ыстықтай сынғыштыққа бейім болуын, тәжірибе жүзінде технологиялық сынамалармен бағалайды. Технологиялық сынама арнайы дайыындалған үлгі болып табылады. Үлгіні алу кезінде қалып конфигурациясы мен қасиеттері жарықшақтардың түзілуіне әкелетіндей шөгу таңдалып алынады. Ыстық жарықшақтар қылыптастыруға бейімділік түрлі критерилер перпендикуляр үлгі өлшемдері, жарықшақтар ұзындығы, ені және мөлшері бойынша жүргізіледі. Материал қасиеттерінің неғұрлым объективті сипаттамасы үлгінің шөгу деформациясы қорытпаның еркін шөгуі шамасына тең болғанда, шөгу толық тежелгендже үлгілерде бір осьтік созу болғанда алынады.

Басқаша барлық жағдайда қорытпаның ыстықтай сынғыштығы күй диаграммасындағы оның күйін анықтайтын құрамына тәуелді (сурет). Жарықшақтыққа бейімділіктің жоғары шамасы кристалдану аралығы үлкен қорытпаларда байқалады, олардың кристалдану аралығы азайғанда жарықшақтыққа бейімділігі де төмендейді. Қорытпалардың эвтектикалық облысында ыстық жарықшақтыққ бейімділік төмендейді. Қорытпадағы эвтектикалық құраушыларды, олардың ыстықтай жарықшақтыққа қарсы тұрақтылық көрсеткіші деуге болады.

Жоғарыда көрсетілгендей, құймадағы ыстықө жарықшақ шөгу деформациясы морт сынғыштық облысында ескерілетін деформациядан асып кеткен кезде түзіледі. Егер морт сынғыштық аралығы температураның үлкен аралығын алып жатса және салыстырмалы ұзарудың төменгі шамасына сәйкес келсе, бірақ, бұл аралықта шөгу төмен шамада немесе бұл температурада құйма элементінде шөгу алдындағы ұлғаю болмаса, онда жарықшақ түзілмейді (сурет, 4-қисық сызық).

Тәжірибеде алынған мәліметтерге қарағанда көптеген құю қорытпалары үшін шөгу раковинасы құйма шөгуінің толық тежелуі кезінде берілген қорытпа үшін критикалық шамаға жетпейді. Қирау деформациясы еркін шөгу шамасынан 2-5 есеге дейін артық болады. Егер құйма қалыңдығы біркелкі және барлық бөліктерінде біркелкі суынса, онда оның бойында шөгу толығымен тежелгенде де ыстық жарықшақта түзілмейді.

Күрделі конфигурациялы құймаларда жарықшақтардың түзілуіне құйманың “әлсіз” деп аталатын бөлек орындарында жарықшақтың шоғырлануына әкелетін шөгу деформациясының құйма көлемінде біркелкі таралмауы. Егер құйма мен қалып конфигурациясының бөлек облыстарындағы суыну оынң аралық учаскелерінің суынуынан баяу жүрсе, температураның әр түрлі болуына байланысты, олардағы шөгу раковинасы көрші суық орындардан біршама жоғары дәрежеде жүреді, олар критикалық деңгейге жеткен жерде ыстық жарықшақтар түзіледі.

Негізгі “әлсіз” және “ыстық” орындарға мыналар жатқызылады:

құйманың байланысқан элементтерімен сабақтасатын қалың бөліктері;

—         өзара перпендикуляр қабырғалар жалғасуы, сол сияқты, суыну баяу жүретін өткір ішкі бұрыштар;

—         металл мен қалыптың қоректендіргіш пен үстеме маңайындағы қызатын орындар.

Құйма конфигурациясының шөгу деформациясы конфигурациясына әсерін мынадай мысалмен бағалауға болады. Құйма элементі 1 қалың және 2 жұқа учаскелермен жалғасқан, олардың қарама-қарсы ұштарында күрделенген шөгу жүреді.

Қалың учаскенің абсолют шөгу деформациясы мынадай қатынаспен табылады:

Δ l_шөгу  =   Δ ( L  —  l) _бос · a + Δ l _бос =  ε · (L  —  l) · a  +   ε · l,

Қарастырылған мысалдан шөгу деформациясы концентрациясының, одан әрі, жарықшақтықтардың түзілу ықтималдығы, жұқа учаске қатаңдығыың қылың учаске қатаңдығыныа қытынасы жоғары болуымен, өседі. Басқа факторларға байланысты “әлсіз” учаскелер, неғұрлым, құйма элементінің толық ұзындығының қалыңдаған учаске 1 ұзындығына қатынасы үлкенірек болса, температуралар айырымына қатысты болады. Бұл практикада белгілі, ұзындығы үлкен құймалардың ыстық жарықшақтармен жиі зақымданатындығының дәлелі.

Қазіргі кезеңде ыстық жарықшақтардан арылу тәсілдер жоғарыда баяндалға мағлұматтарға негізделеді және оған түрлі бағыттар жатқызылады:

—   қалып қоспасы құрамын таңдау, сол сияқты, қалып пен өзекшелерді рационал конструкциялаужолымен қалыппен шөгудің тежелуін жоғ,ары шамада азайту;

—   құймаларды конструкциялау кезінде (ескерілетін шектерде қабырға қалыңдығы айырымын таңдау, қабырғалар, бұрыштар, шығыңқы орындардың сабақтастығын қамту) ыстықтай жарықшақтарға қатысты мүмкіндігінше құймалар конфигурациясының технологиялылығын қамтамасыз ету;

—   күрделі конфигурациялы құймалар үшін ыстықтай жарықшақтыққа бейімділігін ескере отырып, қорытпа маркасын таңдау;

—   қалып пен металдың жергілікті қызып кетуіне жол бермеу, құю режимін дұрыс таңдау;

—   шөгу деформациясы концентрациясын азайту мақсатында, оның біркелкі таралуы үшін арнайы технологиялық амалдар қолдану.

Олардың қатарына мыналар жатқызылады:

—   шөгу қабырғаларының көмегімен “әлсіз” орындардың қатаңдығын және құйма қабырғасы қалыңдығына байланысты бекітілетін қалыңдық және геометриялық параметрлерді арттыру;

—         жарықшатардың түзілу температураларында қатаңдықты арттыру үшін “әлсіз” орындарда ішікі және сыртқы тоңазытқыштармен немесе басқа да жасанды суыту тәсілдермен суыту;

—         қалыпта арнай”ы шығыңқы орындар мен ойықтар көмегімен құймадағы неғұрлым қатаң учаскелерде шөгуге жол бермеу мақсатында құйма мен қалып қабырғаларының аралық байланысын арттыру.

Қарастырылған амалдарды қолдану көп жағдайда құюшы-технологтарға кез-келген күрделі құймаларда ыстық және суық жарықшақтардың түзілуінің алдын алуға жағдай жасайды.

 

Құймалардағы ішкі кернеулер

Құйылып аланған құймалардағы ішік кернеулер туралы жалпы мағлұматтар

Ішкі деп денеге күш түсірмеген кезде түзілетін кернеулерді айтады. Бұйымдар мен конструкцияларда ішкі кернеулердің түзілуі көптеген жағдайда оларды дайындаудың технологиялық үрдісінде құю, пісіру кезінде, қысыммен, термиялық, механикалық және т.б. өңдеу кезінде орын алады. Сондықтан ішкі кернеулердің түзілуіне әкелетін үрдісті көрсету үшін құю, пісіру, термиялық т.с.с. деп бөледі [1,2].

Ішкі кернеулердің түзілу негізінде материалдағы құрылымдық алмасулар, плстикалық деформация, қыздыру мен суынудың біркелкі болмай таралуы салдарынан көлемдік өзгерулер жатады [3].

Ішкі кернеулер денеде уақыт бойынша түрлі факторлар әсерінен тұзілетін және өзгеретін уақытша кернеу және олардың түзілуіне ықпал етуді тоқтатқаннан кейін қалатын қалдық кернеу болуы мүмкін.

Ішкі кернеулер қашан да  ықпал ететін дене көлемінде сырттан түсірілген күштен тәуелсіз теңестіріледі. Жалпы қабылданған классификацияға сәйкес ішкі кернеуледі олар теңестірілетін көлемдердегі шамаларына байланысты бірінші, екінші және үшінші текті кернеулер деп бөледі [3,4].

Бірінші текті кернеулер (макроскопиялық) дене көлемдерімен бір тәртіптегі көлемде теңесітірілетін кернеулер жатқызылады. Екінші текті кернеулерге (микроскопиялық) бір немесе  бірнеше кристаллиттер көмегімен бір тәртіптегі көлемде теңесетін кернеулер жатқызылады. Үшінші текті кернеулерге (субмикроскопиялық) элементар кристалдық тор өлшемдерімен бір тәртіптегі көлемде теңесетін кернеулер жатқызылады.

Металдардағы кернеулі күй мен деформацияны талдау кезінде, әдетте, бірінші текті кернеулер ықпал ескеріледі. Құймалардағы ішкі кернеулер суыну кезінде түзулік шөгудің біркелкі болмауына және кернеудің түзілуіне әкелетін факторларды үш түрге бөледі:

­         суыну үрдісінде құйма бөліктеріндегі температуралардың айырымымен негізделетін, температуралық;

­         құймадағы құлылымдық алмасулармен және оның құрылымының әр тектілігімен негізделетін, фазалық;

­         құйманың бөлек бөліктерінің қалып шөгуіне механикалық кедергінің бір келкі болмауымен негізделетін, механикалық.

Құймалардағы ішкі кернеулердің түзілуі, жалпы жағдайда, аталған факторларды бірігіп әрекет етуінен түзіледі, оның ішіндегі, ең негізгісі құймалар суынуының бір келкі болмауы болып саналады.

Құймалардың температуралық өрістері күрделі сипатта болады. Қандай да конфигурациялы құймада температуралық кернеулердің екі типін бөледі:

­         құйма бөлшектерінің күшпен өзара әрекеттесуімен негізделген, суыну кезінде әр түрлі қалыңдық немесе әр түрлі суыну жағдайлары салдарынан орташа температурасы әр түрлі болатын кернеулер. Оларды «» деп атайды.

­         қабаттардағы кернеулер деп аталатын, металдың сыртқы және ішкі қабаттарында суынатын құйманың қабырғалары элементтерінің қимасы бойынша температуралардың төмендеуімен негізделетін кернеулер [5].

Құймалардың конфигурациясы мен олардың суыну жағдайларына байланысты оларда екі типтегі кернеулердің де болуы мүмкін. Көптеген құймалар немесе элментерінде екі типтегі кернеулер шамасы бір тәртіпте болады.

 

Құймалардағы ішкі кернеулердің қалыптасу механизмі туралы физикалық түсініктер

 

Құймалардағы кернеудің түзілу және өрбу механизмі күрделі. Бұл құйма қалыптасуында жылу және күш жағдайының  күрделілігімен түсіндіріледі. Бұдан басқа, суыну кезінде құйма матеиралының механикалық қасиеттері де үздіксіз ауысып, оның кернеулі күйін талдауды тіпті қиындатып жібереді.

Әдебиеттерде Гейн ұсынған ішкі кернеулердің түзілу теориясы кеңінен тараған, оның негізін қазіргі кезеңге дейінгі  құюшы мамандар ұстанып келді .

Гейн теориясы бойынша металда жоғары температура кезінде тек пластикалық деформация ғана олрын алады, ал төменгі температура кезінде – тек серпімді, бұл кезде бір облыстан екіншісіне ауысу әрбір  қорытпа үшін белгілі критикалық температурада Т_кр секірмелі түрде жүреді.

Осы классикалық схема көмегімен құйманыі суынуы кезіндегі кернеудің түзілу үрдісін қарастырамыз. Құйма қалың және жұқа өзекшелермен өзара байланысқан жүйе болып табылады.

Өзекшелердің бастапқы температурасы бірдей. біраздан кейін өзекшелер температурасы уақыт бойынша әр түрлі болады (суреттегі 1,2 қисық сызықтар). өзекшелер температураларының ең үлкен айырымы олардың суыну жылдамдығы (τ_m) теңескен сәтте болады да, ол суыну соңына дейін нөлге дейін төмендейді. Басқа масштабта () температураның өзгеру графигі өзекшелердің еркін шөгу графигі болып табылады. Суреттен,  өзекшелрде барлық суыну кезеңінде шөгу шамасы бірдей, бірақ, суыну кезінде  ол өтіп жатқан температуралар айырымына сәйкес әр түрлі.  Байланысқан жүйеде өзекшелердің шөгуі барлық уақытта abcd орта қисық сызығына сәйкес, бірдей болады, 1 және 2 қисық сызықтар араларындағы ординаталар ε_т жүйесінің сомалық температуралық деформация болып табылады. Оның шамасы мына қатынаспен анықталады:

ε_т=α (Т₁ – Т₂),

мұндағы α – құйма материалының түзулік ұлғаю коэффициенті;

Т₁ ,Т₂ – өзекшелердің анымдағы температурасы.

Өзекшелердің әр түрлі жылдамдықпен суынуы себебінен, олар критикалық температураға әр түрлі уақытта жетеді: τ₁ және τ₂ .

Құйманың қалың және жұқа бөліктеріндегі қалдық деформация белгілері бойынша қарама-қарсы және τ₂ моментінде болған пластикалық деформация шамасы бойынша тең болады.  құймадағы қалдық кернеулер қалың бөліктер серпімді моментте Е серпімділік модуліне және ε_т температуралық деформацияға пропорционал [8]:

 

σ = к Е α (Т_кр. – Т₂),

мұндағы Т_кр. – металдың серпімсді күйге ауысу температурасы;

к – қалың және жұқа бөліктердің қималары алаңдарының қатынасына тәіуелді коэффициент.

2-сурет бойынша τ₂ моменті τ_m  температуралар айырымына жеткен моментпен сәйкес келмеуі мүмкін. Егер τ₂ > τ_m болса, онда пластикалық деформация бөлігі қайтымды болады, себебі, τ_m моментінде пластикалық деформация азаяды. τ₂ > τ_m болған жағдайда τ₂ және τ_m моменттері араларында алынған серпімиді деформация қайтамды болады. Осыдан, қалдық кернеу τ₂ моментінде құймада жиналдған пластикалық қайтамсыз деформацияға пропорционал болады[8].

Шындығында металдың серпімді жәнге пластикалық күйінде нақты температуралық шакара болмайды. Металдар кез-келген температурада серпімді және пластикалық деформацияға ұшырайды. Пластикалық облыстан серпімді деформациялық облысқа ауысу кезіндегі секірмелі түрдегі ауысу деп есептеу,   құймалардағы қалдық кернеулерді есептеуді жеңілдету үшін жасалады. Себебі, көптеген есептеулерде ыңғайлы болып саналатын жоғары температуралық облыста түзілетін кернеулерді есепке алмауға негіз болады [2].

Қазіргі кезеңде құймалардағы қалдық кернеулердің түзілу механизмі туралы түсінік кернеу релаксациясы туралы түсінікті пайдаланумен негізделген. Кернеулер релаксациясы, металдарда жоғары температура кезінде сырғанағыштық қасиеттері немесе аққыштық шегінен төмен шамадағы кернеулі күйде баяу платикалық деформацияның болуымен негізделетін металдар күйінің серпім емес түрінің бірі болып табылады.

Кернеулердің  қалыптасуы үш кезеңнен тұратынг үрдіс ретінде қарастрылады (3-сурет). Температуралардың ең үлкен айырымы моментіне жеткенше  дейінгі кезең, онда релаксация үрдісімен үздіксіз төмендейтін кернеулердің өсуі жүреді. Екінші кезеңде, жалғасқан релаксацияның және температуралар  айырымының төмендеуімен  келтірілетін, олардың төмендеуі жүреді. Екінші кезеңнің соңы, онда температуралар айырымы болған кезде құйманың кернеуден арылуымен сипатталады. Үшінші кезеңде төмендейтін релаксация және кернеулер белгісі бойынша кері өсу жүреді.

Жүктеу кезіндегі металл деформациясын сипаттау үшін қарапайым формальді схемалар пайдаланылады. Оның біріне Максвелдің түзулік сенрпімді тұтқыр моделі жатқызылады. Оған сәйкес металл реттеліп келетін серпімді  және тұтқыр (дәнекшелер мен олардың араларындағы шекаралар) элементтерден тұрады. Суынатын құйманың металл деформациясы барлық температуралар диапазонында серпімді-тұтқыр деп қарастырылады.

Осы үлгіден құйманың және оның элементтерінің кез-келген суыну моментінде ε_т температуралық деформациясы серпімді және пластикалық бөліктерден тұрады, оның уақыт бойынша өзгеруінің дифференциалдық теңдеуі мынадай түрде болады:

Мына схемадан кернеулер релаксациясы бірінші және екінші кезеңде неғұрлым төмен болса, соғұрлым, құймадағы қалдық кернеулер шамасы төмен болатынын көруге болады. Бұл  кезде құйманың кернеу жүктеуінен арылу моменті температураның неғұрлым төмен жағына қарай орын ауыстырады. Үшінші кезеңдегі кернеу релаксациясы қалдық кернеулердің азаюына ықпал етеді.

Өзекшелердегі деформация мен олардағы ішкі кернеулер араларындағы байланыс теңдік жүйесімен келтіріледі, оның шешімі мындай түрдегі түзулік дифференциалдық теңдікке әкеледі:

 

dσ/dτ  +B(τ ) σ — C(τ ) = 0

 

Уақытқа тәуелді B және C коэффициенттері кернеу релаксациясы, деформация және температураның құйманың суыну жылдамдығына  тәуелділігі болып есептеледі теңдігі ЭЕМ-да сандық интегралдау әдістемесі ретінде шешіледі.

Тәжірибелер мәліметтері мен есептеулерінің көрсетуіне қарағанда жұқа қабырғалы құймалардағы қалдық кернеулер тек ІІІ кезеңдегі ғана емес, сол сияқты, І және ІІ кезеңдегі суыну жылдамдығынан тәуелді екенін байқауға болады.

Ішкі кернеулерді есептеу

 

Қалдық кернеулерге инженерлік есептеулер жүргізу үшін практикады қолдануға дәлдігі жоғары Гейн  ұсынған гипотеза және схеманы қолдануға болады.  Ол  1-суретте келтірілген.

Құймадағы ішкі кернеулердің тепе-теңдік күйде болатындығы шартынан мынаны жазамыз:

 ,

мұндағы   және Ғ₁; Ғ₂ – қалың және жұқа өзекшелер мен олардың қима  аудандарында болатын кернеулер;

деформация

Таратушы (қалың өзекшеде) және сығушы (жұқа қабырғаларда) қалдық кернеулер мына формулалармен есептеледі:

а) қалың брус үшін  (таратушы)

 

б) жұқа брустар үшін  (сығушы)

 

 

Т₁ –Т₂    — құйма брустарының серпімді күйге өтуі сәтіндегі температуралар айырымы;

a_Т  — қорытпаның түзулік шөгу коэффициенті;

Е  — серпімділік модулі;

f  — жұқа брустық қимасы ;

F  — қалың бруыстың қимасы.

 

Схемадан (1-сурет) жуықтап есептеулер үшін жеткілікті деп   қабылдауға болады.

Мұндағы — брустар торлары температураларының ең жоғарғы айырымы.     максимальная разность температур брусьев решетки.

Бұл шаманы есептеу жолымен тауып алуға болады. суынатын қалыптағы құйма мен оның бөлінінің ағымджағы температурасы мына формуламен анықталатыны  белгілі:

 

мұндағы,    — ағымдағы және бастапқы шығын температурасы;

  — уақыт;

К – суыну жылдамдығын сипаттайтын коэффициент, оның шамасы мынағанг  тең :

 

мұндағы        a  —  жылу беру коэффициенті;

с, d  —  құйма материалының меншікті жылу сыйымдылығы  және тығыздығы;

—  құйманың келтірілген өлшемі.

Қалың және жұқа өзекшелер үшін торларды былай жазуға болады:

 

 

Мұн                        — сәйкесінше қалдың және жұқа брустың ағымдағы температурасы;

К₁, К₂  — қалың жәнге жұқа брустың суыну коэффициенттері

 

Теңдіктің (5)  бірінші туындысын нольге  теңестіріп,  температуралардың ең жоғарғы айырымы шамасын тауып аламыз:

 

деп белгілейміз.

Сонда былай жазуға болады

 

М                         R₁, R₂ – сәйкесінше қалың және жұқа өзекшелердің келтірілген өлшемдері;

— қалың өзекше температурасы;

-жұқа өзекше температурасы.

Теңдіктен (7) температуралар айырымы, одан қалдық  кернеулер  шамасы қалың және жұқа өзекше мен температураға байланысты болады.

 

Құйылып алынған бұйымдарда ішкі кернеулердің түзілуі

Құймалардағы ішкі кернеулердің ықпалы теріс деп есептеледі. Олардың теріс ықпалы әсерінен құймалар мынадай жағадайларға тап болуы  мүмкін:

Құймалардың суынуы кезінде  таратушы ішкі кернеулердің әсенінен ыстық және суық жарықшақтардың  түзілуі;

Теориялық тұрғыдан жарықшақтар кез-келген температуралар аралықтарында түзілуі мүмкін. Бірақ, көбінесе суық жарықшақтар құйманың сынуы аяқталған сәтте 200 – 20 ºС  температуралар облысында түзіледі.

Құймалардың массивті элементерінде  суынудың бастапқы кезеңінде неғұрлым, суық сырқы қабаттарында  ыстық  жарықшақтар түзіледі. Бүтіндей цилиндр тәрізді құймаларда жарықшақтар суынудың аяқталуына қарай ішкі беттерде түзіледі.

Бұл  кезде жарықшақтар тек ішкі кернеулер ықпалымен ғана емес, сол сияқты,  олардың шөгудің тежелуімен болған кернеулермен (көбінесе өзекшемен) бірігіп  әрекеттесуінен де келтірілуі мүмкін.

Жарықшақтардың түзілуі қалыпқа құйманың жеткізілуі  кезінде де, қыздырғышпен құйғыштар  мен үстемелерді шабу кезінде де жергілікті қызу немесе үздіксіз ауада суыну нәтижесінде құйманы қалыптан алғаннан кейін  де орын алуы мүмкін.

Ішкі кернеулер ықпалымен симметриялы емес пішінді  құймалардың қақырауы.

Симметриялы емес пішінді құймалар суынуы біркелкі болмаған жағдайда,  температуралар айырымының  өсуіне пропорционал иіледі. Егер бұл  деформация қорытпаның  серпімділік шегінен асып кетпесе, суынудың  соңында құйма  бастапқы кездегі пішініне қайтып келеді. Қалып иілуге кедергі жасағандықтан, ол құйманың бір немесе  екі  бөлігінде пластикалық деформацияның болуына әкеледі, нәтижесінде  суыну соңында құйма қисық сзықты болып  қалады.

Термиялық өңдеу үшін  қыздырған кезде қалдық және температуралық кернеуледің біріккен әрекетінен  құймалардың қақырауы және қирауы.

Термиялық өңдеу үшін  құймаларды қыздырған кезде жұқа бөліктер қалың бөліктерге қарағанда, жоғарғы жылдамдықпен қызады. Бір келкі емес қыздыру белгілері бойынша қалдық кернеулермен, ал бірігіп әрекет етуі қақырау және жарықшақтардың түзілуіне сәйкес келетін температуралық кернеулердің  түзілуіне әкеледі.

Жарықшақтардың түзілуі  және бұйымдардың  қирауы. Немесе  олардың есептеумен салыстырғанда төменгі жүктеу кезіндегі пластикалық деформациясы.

Қалдық кернеулер тиімсіз таралған кезде олардың эксплуатациондық жүктеуден болатын кернеумен қосылуы, бұйымның серпімді  кедергі шегін төмендетеді, осының салдарынан пластикалық деформация немесе морт  сынғыш  материалдар болған кезде жарықшақтықтың пайда болуы және қирауы болады.

Механикалық өңдеу жүргізген кезде құйылып алынған  бұйымдардың қақырауы.

Металдың кернеулі күйлерін (әдіптер) алу кезінде бұйым көлеміндегі қалдық  кернеулердің тепе-теңдігі бұзылады да, олардың қайта таралуы деформацияның (қисаю) болуына әкеп соғады.

Бұйымның эксплуатациялау кезінде қалдық кернеулер релаксациясы салдарынан баяу деформациялануы (қақырауы).

Серпімді деформация бөлігінің пластикалық  деформацияға баяу ауысуы нәтижесінде өлшемдің дәлдікті жоғалтуға әкелетін ішкі кернеулердің қайта таралуы және бұйымның қақырауы болуы мүмкін; ол ішкі жүктеу болмаған кезде жүреді.

Қалдық кернеулер  шамаларынап әсер ететін факторлар, оларды азайту тәсілдері

Теңдік  бойынша (2) қалдық кернеулер  шамасы қорытпаның физика-механикалық қасиеттерімен  (Е серпімділік  модулі және α түзулік ұлғаю коэффициентімен) және қима аудандарының қатынасы  мен күштің  өзара  әсерлесуінде болатын құйма бөлшектері температураларының айырымы  қатынасымен анықталады.

Қорытпаның  құрамы мен құрылымы олардың түзулік   ұлғаю коэффициенттері мен серпімділік модуліне әсерін тигізеді. Мұндай құрамға құрылымға әсер ететін басқа да факторлар бар, олар: модифицирлеу, қыздыру, қабырғалар қалыңдықтары мен суыту жылдамдықтары.

Қалдық кернеулер тәуелді болатын негізгі факторға  температуралар айырымы жатқызылады. Ол құйма бөліктерінің пішіндері мен өлшемдеріне, қоршаған орта немесе қалыптың жылу физикалық қасиеттерімен  анықталатын қорытпаның жылу өткізгіштігі мен суыту жағдайларына байланыстьы.

Жоғарыда құйма элементтерінің қалың және жұқа элементтері аралықтарындағы температуралардың өзгеруінен түзілетін кернеулердің бөлек, қалыңдық бойынша  температуралық өзгерулерден болатын кернеулерді бөлек қарастыру тиімді болатындығы айтылды. Қалың және жұқа қабырғалар араларындағы айырымды ΔТ_р деп, неғұрлым қалың қабырғадағы темепатуралар айырымын ΔТ_с деп  белгілеп, олардың қатынасы көмегімен құйманың кернеулі күйін сипаттауға болады:

<< I, болған кезде – құйма  қимасы бойынша темепатуралардың төмендеуімен келтірілген кернеулерге ие болады.

>> I, болған кезде – құймалардың қалың және жұқа бөліктеріндегі температуралар айырымымен анықталатын кернеулерге ие болады.

Бірінші қатынас қалыңдығы біршама үлкен қарапайым пішінді құймалар мен олардың элементтерін сипаттайды, ал екінші қатынас күрделі пішінді жұқа қабырғалы құймаларды сипаттайды. Бұл  айырым суыну жылдамдығының кернеу шамасына әр түрлі ықпал етуімен негізделеді.

Қалған барлық жағдайларда қима бойынша температуралардың түсуі құйма қалыңдығы және оның суыну жылдамдығына прпопорционал. Қалыңдық пен суыну жылдамдығы неғұрлым, жоғары болса, температуралар түсуі және оған сәйкесінше қалдық кернеулер шамасы соғұрлым, үлкен болады.

Қалың және жұқа бөліктердің температуралар айырымы, жоғарыда айтылғандай, суыну жылдамдықтары қатынасына пропорционал және олардың абсолют шамасына тәуелділігі төмен. Тәжірибелік мәліметтер бойынша, жоғары температуралар облысында суыну шапшаңдығы жұқа қабырғалы құймаларда қалдық кернеулердің  төмендеуіне әкеледі. Бұл кернеу релаксациясы дәрежесінің кернеу қалыптасуының бастапқы кезеңдеріндегі әсерімен түсіндіріледі (сурет, І жәнеІІ).

Ішкі кернеулер әрекетінен жағымсыз жағдайлардың болу ықтималдығын төмендету үшін, алдымен, олардың деңгейін төмендетуді қамтамасыз ету керек. Оларға әсер ететін факторларды талдау осы тапсырманы орындаудың бірнеше негізгі тәсілдерін анықтауға мүмкіндік береді: құйма материалын таңдау, рационал конструкция, суытуды реттеу.

Ішкі  кернеулерді азайту үшін мүмкіндігінше түзулік сығу  коэффициенті төмен, жылу өткізгіштігі мен пластиналылығы  жоғары  қорытпаны таңдау керек. Мұндағы мүмкіндіктер шектелген.

Құйманың рационал конструкциясында құйма элементтері қалыңдықтарының  айырымының төмен болуы, байланыспаған конструкциялар құру, таратушы кернеулер шамаларын азайту, үшін шаралар (кесілген  күпшектер және бұрағыштар мен дөңгелектердің майыстырылған шабақтары және т.б.) қарастырылады.

Құймалардың қалыпта суынуын реттеуге негізделген температуралар айырымын азайтудың әр түұрлі әдістемелері тереңінен зерттеліп, кеңінен қолданылады: тоңазытқыштар және басқа да жасанды суыту құралдары көмегімен құймалардың қалың бөліктерінің суынуын шапшаңдату, жұқа бөліктердің суынуын бәсеңдету. Бұл әдістемелер өте қарапайым және дара өндіріс жағдайлары үшін тиімді. Массалы, конвеерлі өндірісте өндірісте сатылы басқарылатын тәсіл неғұрлым тиімді, мұнда  құйманы қалыптан жоғары температурада алу, әрі қарай бақыланатын тепературалы конвеерлі суыту камерасында суытылады.

Құймалардағы ішкі кернеулерді зерттеу әдістемелері

 

Құймалардағы ішкі кернеулерді өлшеу үшін механикалық әдістемелер тиімді  қолданылады. Ол әдістемелер зерттелетін денені қиратып және бұл кезде түзілетін деформацияны механикалық, оптикалық аспаптар, сол сияқты, кернеу тензометрі көмегімен өлшеуге негізделеді.

Механикалық әдістемелер денені толығымен немесе жарым-жартылай қиратумен байланысты болуы мүмкін. Біріншісі барлық дене көлеміндегі кернеулді, екіншісі – беттік және онда жатқан қабаттардағы кернеуді анықтауға мүмкіндік береді.

Толығымен қиратумен байланысты әдістемеге кез-келген пішщінді дене үшін қоллданылатын босату әдістемесі жатқызылады. Ол бұйымның кішкене бөліктеріндегі серпімді деформацияны көрші денелермен байланыстан ажыратуға негізделген (мысалы, бағандарды кесу немесе  сверломен тесу).

Қалдық кернеулерді  зертеу кезінде арнайы үлгілер құймасын, шөгу торларын жиі қолданады, торлар  әр түрлі пішінді болуы мүмкін, оның ішінде кеңінен қолданылатыны – бір қалың және екі жұқа брустан тұратын үш звенолы тік  бұрышты торлар және дөңгелекше торлар, олардың диаметр бойынша белдігі  бар дөңгелек,  оның қалыңдығы дөңгелек қалыңдығынан айырықша болады.

Үш звенолы түзу бұрышты тордың артықшылығы, оның өзекшелердінде ұзындығы бойынша тұрақты сығу және созу  кернеулері ғана болады. Мұны арқалықтар қалыңдығын өте жоғары ету арқылы алуға болады. Арқалықтар қатаңдығы төмен болған кезде, ол майысып, жіңішке өзекшелер онымен қоса майысады. Дөңгелекті толарда да дөңгелек майсады да, нәтижесінде оның әрбір қимасында созушы және сығушы кернеулер, ұзындығы бойынша  айнымалы кернеулер әсер етеді. Шөгу торларында қалдық кернеулерді анықтау қалың өзекшені кесумен және осы кезде жүретін деформацияны өлшеумен байланысты.

Өлшенген деформация кернеуге қайта есептеледі, ол үшін тор материалының серпімділік модулін білу керек. Ол арнайы дайындалған үлгілерді сынаумен немесе тор  дөңгелегі деформациясы және гидравликалық престе сығу кезіндегі жүктеумен келтірілген деформация араларындағы қатынасы бойынша анықталады.

Алынған қатынас бойынша серпімділік модулі мен қалдық кернеуді есептеп алуға болады.

Арқалықтар деформациясын ескермей есептеу былай жүргізіледі. Барлық тор көлемінде орнатылған тепе-теңдік жағдайында:

 

бұдан

 

мұндағы         F  — қалың брус қимасы;

f  — жұқа брус қимасы;

G₁ – қалың брустағы кернеу ;

G₂ – жұқа брустағы кернеу.

 

σ ₂ кернеулері  жұқа брустарда серпімді деформациялардың болуына әкеледі, σ ₁ кернеулері   қалың брустарда серпімді деформациялардың болуына әкеледі.

 

Брустар өлшемдерінің абсолют өзгеруі  және  серпімді деформация  шамасына сәйкес келеді

G₂ –ні  G₁ арқылы көрсетіп, мынаны аламыз:

 

бұдан

 

мұндағы ,     — тордың жұқа және қалың брустарының ұзындығы;

Е  — серпімділік модулі.

Дөңгелекше тордағы кернеуді анықтау мына формула бойынша жүргізіледі:

 

мұндағы,      R  — тор дөңгелекшесінің орташа радиусы;

r  — қима радиусы;

—  қалдық деформация.

 

Үлгінің кернеулі деформацитялы күйін бұзбай ішкі кернеулерді өлшеу мүмкіншілігі балкалар мен өзекше тәрізді жүйелердің статикалық сұрақтары шешу үшін қолданылатын амалдың көмегімен алынады.

Абсолют қатаң арқалығы бар тік бұрышты тордың бір арқыалығын қандай да қазғалмайтын тірекке, ал екінші арқалықтың еркін орын ауыстыруына мүмкіндік туғызамыз әрине, бұдан тордағы ішкі кернеулердің түзілу жағдайлары өзгермейді. Егер қозғалмайтын арқалықты бөлсек, бұл кезде шеткі өзекшелерді қозғалмиайтын тірекпен жалғасқан күйінде, ал ортадағы өзекше шеті мен тірек ортасына күш өлшеуіш қойса, жүйенің кернеулі күйі өзгермейді.

Үлгіде өрбитін ішкі күштер шамасы датчикпен бекітілген аспаппен жазылады. Орын ауыстыру датчигінің 10 көмегімен үлгінің шөгуін тіркеуге болады. өзекшелер тепературалары термопаралармен 10 бақыланады

 

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. [5] (с. 305-317)

2. [8] (с. 122-138)

3. [19] (с. 417- 423)

 

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары (тақырып 5) [5, 8, 9]

1. Суық және ыстық жарықшақтар.

2. Құйма ыстық жарықшақтар ауыстыру әдістері.

3. Құйма сыртқы  кернеуін қазіргі әдіспен зерттеу.

4. Құйма кернеуін қалдық шамасын азайту әдістері.

4 Практикалық жұмыстар орындау арналған әдістемелік нұсқаулар

№ 1-практикалық жұмыс. «Қорытпаның сұйық ақыштығын анықтау» (2сағат)  

       Жұмыстың мақсаты: Қорытпалардың сұйықтай ақыштығына әсер ететін факторларды және сұйықтай аққыштығын анықтау әдітерін оқып білу.

Жұмысты орындау тәртібі:

1. Балқыту пешінде үлгілік қорытпаның балқымасын дайындау.

2. Спиралдық және  U – сияқты сынамаларды қалыптарын құюға дайындау.

1. Тәжірибелердің келесі варианттары үшін сынама қалыптарын құю:

а) U – сияқты сынама: металл және ағаш қалыптар, құю температурасы  60, 70, 80⁰ С;

б) Спиралдық сынама: металл, ағаш, құрама қалыптар, құю температурасы   60, 70, 80, 90⁰ С;

в) Спиралдық сынама металл қалып, тқалыптың температурасы 20, 30, 50⁰ С.

1. Құйылған сынамалардың ұзындығын өлшеп, нәтижелерін кестеге енгізу.

Тәжірибе номері

Сынама мен қалып

Температура0 С;

 Сұйықтай аққыштығы, ммҚорытпаның Қалыпты

1. Эксперимент нәтижелері бойынша сұйықтай аққыштығының қорытпаның құю температурасына және қалып температурасына байланысын графикке түсіру.

Бақылау сұрақтары:

1. Қорытпаның сұйықтай аққыштығы дегеніміз не?
2. Құйма алу процесіне қорытпаның сұйықтай аққыштығының әсер етуі қандай?
3. Қорытпа аққыштығы қандай факторлармен байланысты?
4. Нағыз, шартты түрде нағыз және нақты сұйықтай аққыштық деген ұғымдарын нені түсіндіреді?

 

Ұсынылатын әдебиеттер:

1.[5]

2.[21]

 

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары [1, 5, 19]

1. Қорытпаның әр түрлі құрамын аққыштығын практикада анықтап, қандай шарттары болуы керек?

2. Жылу ортада  «интенсивті жылуалмасу»не үшін түсіндіреді?

3.Құйма  сызықтық шөгу қарқындылығы қалай анықтайды?

№ 2-практикалық жұмыс.  «Құю жағдайы мен қалып қасиеттерінің толтырылуына әсерін зерттеу»

Жұмыстың мақсаты: Құю қалыбының металмен толтырылуын анықтайтын факторларды зерттеу.

Жұмысты орындау тәртібі:

1. Тік каналдарының қуыстары  (диаметірі5, 6, 7, 8, 10 мм) жылу физикалық қасиеттері әр түрлі заттан алдын ала істелінген өзекшелерімен әлде металл өндірмелерден тығыз екі қалыпты ұқсас амал мен жасау.Өзекшелер мен өндірмелерді үлгіге қалыптаудың бұрын орнатуы жөн.
2. Балқу технологиясы шартына тиісті құрамы берілген қорытпаны балқытып алып оны белгіленген құю температурасынан  30 – 50^оС жоғары қыздыру.
3. Құю тостағанына арқылы қалыбын тығынға дейін құю.Құймаларды суытып алып қалыптан шығару және қалып қоспасынан тазалау.
4. Цилиндірлік сынамалардың ұзындығын өлшеу.
5. Қалып толтыруының келесі факторларға байланысын анықтау:

а) канал диаметіріне немесе жайрақ қабырғаларының қалыңдығы (тұрғыштан бірдей қашықтықта);

б) каналдар диаметірі бірдей болғанда тұрғыштан алыстатуына;

в) қалып материалының жылу физикалық қасиеттеріне;

г) гидр статикалық ағынға.

Бақылау сұрақтары:

бет. 43 – 45 бет.123-125

  1.Қалыптың толтырылу оның жылу физикалық және геометриялық сипаттамаларына қалай байланысты?

2.Меттал құю жылдамдығының қалып толтыруына әсері қандай?

  3.Қорытпаның қандай қасиеттері қалып толтыруына әсер етеді?

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. [5]

2. [21]

 

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары [1, 5, 19]

1. Құйманың қатуына жүретін принциптері әдістері және қалай анықталады?

2. Ұнтақты қысыммен кристалдану құюды не үшін қолданылады?

3. Құйманы «конусносты сіңіру » қалай құрылады?

 

№ 3-практикалық жұмыс «Құйманың қалып ішінде заңдылықтарын және оларды зерттеу әдістерін үйрену»

Жұмыстың мақсаты: Құйманың қалыпта қатаю  заңдылықтары мен олардың зерттеу әдістерін оқып білу.

Жұмысты орындау тәртібі:

1.Бұл жұмыста сумен суытылатын жұқа қабырғалар болат қалыпта парафин кинетикасы төгіп алу тәсілі арқылы зерттелінеді. Парафин электр шкафы немесе пешінде балқытылатын және сынапты термометрмен өлшеніп тексерілетін артық қыздырудың берілген температурасына дейін жеткізіледі.

2.Құюды бастағанша болат қалыптары ағын су ваннаға алдын-ала орналастырады.Судан бір қалыпты алып тез парафинмен толтырады.Құюдың аяғында секундомерді іске қосқан соң қалыпты лезде қайта суға қояды.

3.Ұқсас амалмен қалған қалыптарды құяды. Құйғаннан 1, 2, 3, 5, 7, 9 мин кейін қатып қалмаған парафинды төгіп тастайды.Ол үшін төгу мезгіліне бірнеше секунд қалғанда қалыпты судан алып керекті кезде қатып қалмаған парафинды қайта пештің тигеліне төгіп тастайды.

4.Қатаю жылдамдығына қалып материалы жылу физикалық көрсеткіштерінің әсерін зерттеу үшін парафинді қабырғалары мыс, ағаш, керамика өңдірмелерден қапталған құрама қалыптарға құяды.Құю температурасы  65, 75, 90⁰ С. Қалыпты ұстау мезгілі 10, 15, 20, 30 минут.

5.Қабықша қалындыған білу мақсатымен оның сынған жер биіктігінің орташа бөлігін жіңішке металл сызғышпен 0,1 мм дәлдікпен өлшейді.Қабықша қалыңдығы ретінде әртүрлі сынған жерлерінде жасалған 3 өлшеудің арифметикалық орта шамасын алады.

6.Әрбір бригада жазылған жұмысты құюдың екі температурасымен жасайды.Бірінші температурада парафин қату температураға жақын алынады. Ол үшін парафин бетінде қалыңдығы  4 – 5 мм тең пайда болғанша сұйық парфинмен кружканы ауада суытады. Содан кейін қабықшаны бұзып парафинды құяды. Құюдың екінші температурасы шамамен 100⁰С болу керек.

Бақылау сұрақтары

1. Құйманың қатайып қалған қабаты қалыңдығының бойы өзгеру заңының түрі қандай?
2. Қатаю коэффицентінің физикалық мәні қандай және мөлшерін қандай факторлар анықтайды?
   1. Құйма қатуының процестерін зерттеу әдістері қандай?

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. [5]

2. [21]

 

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары [1, 3, 5]

1.Құйма фасонды қатуының жүргізетін қандай жолдармен жүреді?

2. Металл  қатуының қалпы екі фазалы қалыңдығы зонасын макроқұрылымдық құйманы қалай байланыстырады?

3. Құйма қатуының жүргізетін принциптері реализацияның әдістері не болып табылады?

 

№ 4-практикалық жұмыс «Құймалардағы шөгу раковиналарының көлемі мен сипатын анықтау»

 

Жұмыстың макқсаты: Құйма құрылымына қатаю жылдамдығыны әсерін зерттеу.

 

Жұмысты орындау тәртібі:

         1Құйманың қатаю жылдамдығы үлкен құрылымының қалыптасу процесін, кему ақауларының мөлшері мен орналасуын ли квация дамуын анықтайтын негізгі фаекторлардың бірі болып табылады. Қатаю жылдамдығын құрылымға әсерін цилиндрлік және жалпақ сыналарда зерттейді. Әр түрлі жылдамдық сынамаларының әр түрлі келтірілген қалыңдығымен, жылу жинау коэффицентінің шамасы әр түрлі қалыптау материалдарын қолданумен құюдың алдында қалыпты қыздырумен қамтамасыз етіледі.

         2.Шөгу бос орналасқан сипаттайтын құйманың қатудан кейінгі кесіп анықтайды.

         3.Шеткі беттін қатынасын құйма ақауын координата контур бойынша әр түлі қашықтықта сызықтарымен құйманы кесіп сызғыштың көмегімен есептеледі.

         4.  2 до 50⁰С шегі ликвидус қыздыру температурасымен жылдамдығын анықтап, цилиндрлік қалып бірдей құйып балқыманы қыздыру әсерін оқытады.

 

Бақылау сұрақтары

1. Құйма ақауы және кеуектілік шөгу дефектісі көлемі қандай механизм түзіледі?
2. Қатаю қатты күйінде, сұйық шөгу дегеніміз не?
3. Температура аралықта кристалданушы қорытпа қатаю шөгу көлемі қалай анықталады?
4. Құйманы қатаю қалпын екіфазалы зонасы дегеніміз не және шекарасын қалай анықтайды?

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. [5]

2. [21]

 

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары [1, 5, 19]

1. Металдың шығыны және үстеме өлшемін азайту қандай әдістерімен өтеді.

2. Құймаға үстеменің әсері эффектісінің зонасы  ажыратуға көбейтуге қандай әдістер өтеді?

3. Бір үстемені мен шөгу қуыстарын көмегінсіз құйма қалыбын орналастыру қандай вариантарымен алынады?

 

№ 5-практикалық жұмыс «Құймадағы шөгу қуыстарының түрі мен көлемін айыру»

 

Жұмыстың мақсаты: Құйманың қасиеттері мен басқа факторлардың шөгу қуыстарының түрі мен көлеміне әсерін зерттеу.

Жұмысты орындау тәртібі:

1.Берілген құймалар үшін изосолидтер тәсілін пайдаланып шөгу қуыстары пайда болу нобайларын графикалық құрып олардың өлшемдерін анықтау. Құру кезінде қабаттар адамның   2,5мм деп,  E₃ = 4% деп алуға болады.

2. Берілген сынамалар үшін (I) формула арқылы шөгу қуысының мөлшерін және осы жұмыстағы (I) формула бойынша пішіні мен өлшемдерін есептеу.   Т_ср^ж,    Т_кр,    ⁰_ж,    Е₃,    ^л_т шамаларын үлгілеуіш қорытпа сипаттамаларының кестесі және берілген құю температурасы мен суыту жағдайлары бойынша алу керек.

           Үлгілеуіш қорытпаны балқытып және температурасын   110⁰С дейін жеткізіп сынаманың берілген пішіні мен суыну жағдайы бойынша қалыптарды құю. Суыту жағдайларының өзгеруі жылу жинау қабілеті әртүрлі материалдардан істелінген қалып элементтерін 4 суретте көрсетілгендей құрастырумен қамтамасыз етіледі.

       4. Құйылған сыналарды қалыптан алып өлшеуіш бюретка жәрдемімен шөгу қуыстарын сумен толтырып олардың көлемін өлшеу. Әуелде ашық қуыстардың көлемі өлшенеді. Жабық шөгу ақауларының көлемін айыру үшін тасада тесікті тесіп алып өлшеуді қайтару керек.

5. Остік жазықтық бойымен сынамаларды кесіп алып шөгу қуыстарының пішіні мен орналасуын суреттеу. Шөгу кеуіктілікті аймақтың салыстырмалы ені мен сипатын көзбен шолып бағалау.

6. Экспериментал сынамалар өлшеудің нәтижелерін есеп пен графикалық құрудың деректермен салыстырып олардың жинақтылығына баға беру. Әртүрлі суыту жағдайында алынған, бірақ пішіні бірдей құймалардағы (сынамалардағы) ақауларын салыстыру.

Бақылау сұрақтары

1. Көлемдік шөгу ақауларының қуыстар  мен кеуектерінің пайда болу механизмі  салдары қандай?

2. Құйма орналасу ақаулардың қалып бөліктерін әсерлесу қасиеттерімен жылуфизикасын қалай сипатталады?    

3.Көлемдік шөгу изосолид көмегімен графикалық әдіспен қалай анықтайды?

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. [5]

2. [21]

 

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары  [4, 5, 8]

1.  Температура аралығында кристалданатын қорытпалардың қатаю кезіндегі көлемдік шөгуін қалай анықтайды.?

2.  Құйма үстеме мен әсерінен аралығын шамасын  көбейту қандай әдістерін қолданылады?

3. Металдық қалып үстемесіз құйманы шар тәрізді алып шөгу қуыстарын конфигурациясы қандай болуы мүмкін?

 

№ 6-практикалық жұмыс «Құйылған бұйымдардағы көлемдік шөгу қуыстарының таралуына суыну жағдайының әсері»

Жұмыстың мақсаты: Құймада көлемдік шөгу ақаулары пайда болуының заңдылықтарын және олардың таралуына әсер ететін факторларды оқып білу.

Жұмысты орындау тәртібі:

1. Құрамы оқытушымен берілетін зерттелетін қорытпаға тиісті беттік қоспаның 5-6кг дайындау.
2. Құрамы берілген қорытпа үшін шихтаны есептеу.
3. Суретте келтірілген үлгілер арқылы сызықтық және құю шөгуін анықтау үшін арналған қалыптар жасау.
4. Балқыту технологиясының шарттарына берілген, құрамды қортпаны қорытып алып балқыманы ликвидус температурасымен  100 – 120⁰С жоғары артық қыздыру.
5. Қалыптарға металл құйып құймаларды қалып ішінде бөлме температурасына дейін суыту.
6. Құймаларды қалыптан шығарып белгі дөнестерінің орталықтары арасындағы қашықтығын өлшеу және құю шөгуінің мәнін есептеу.
7. Оқытушының нұсқауы бойынша И.Ф. Большаков аспабы немесе А.А. Бочвар тәсілімен сызықтық шөгуді анықтау.

Бақылау сұраулары

1.  Сызықтық шөгу дегеніміз не?

2.  Құю шөгуі дегеніміз не?

3. Сызықтық және құю шөгуін айыру әдістері.

Ұсынылатын әдебиеттер:

1. [5]

2. [21]

 

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары [4, 5, 8]

1.Конусты конфигурациялық болуы жерасты шарттары қатуы құйманың ашық шөгу қуыстарын қандай факторлар әсерлеседі?

2.  Метал шығындарын үстеменің өлшемін азайту әдістерін көрсет?

3.    Кристалдану температура кең аралықта қорытпаның құйма кеуектілігін шөгу түзілуі қандай әдістерімен алынады?

 

5 Студенттің оқытушымен дербес жұмысының тақырыптамалық жоспары

 

СОДЖ тақырыбының атауы	Сабақтың мақсаты	Сабақты өткізу түрі	Тапсырманың мазмұны	Ұсынылатын әдебиеттер
1	2	3	4	5
Тақырып 1. Қалыпты еріксіз және   гравитациялық толтыру процестерінің  есептері	Берілген тақырып бойынша білімін тереңдету	Берілген тапсырма	Қалыпты мәжбүрлі  және   гравитация-лық толтыру процестерін  есептеу	[2, 11]
Тақырып 2. Құйманың   температуралық өрісі мен суу процестерінің есептері	Берілген тақырып бойынша білімін тереңдету	Берілген тапсырма	Құйманың   температуралық өрісі мен суу процестерін есептеу	[8, 11]
Тақырып 3.Құйылған бұйымдардың металының қатаю есебі	Берілген тақырып бойынша білімін тереңдету	Берілген тапсырма	Құйылған бұйымдардың металының қатаюын есептеу	[2, 3, 6]
Тақырып 4. Метал бұйымдардың қоректендіргіш элементерінің параметрлері мен көлемді ақаулардың есептері	Берілген тақырып бойынша білімін тереңдету	Берілген тапсырма	Метал бұйымдардың қоректендіргіш элементерінің параметрлері мен көлемді ақауларды есептеу	[2, 3, 6]
Тақырып 5.Құйылған бұйымдардағы  деформация мен шөгу кернеулердің есептері	Берілген тақырып бойынша білімін тереңдету	Берілген тапсырма	Құйылған бұйымдардағы  деформация мен шөгу кернеулерді есептеу	[2, 5, 7, 11, 12]

 

6 Межелік бақылау және қорытынды аттестация кезеңінде студенттердің білімдерін бақылауға арналған материалдар

6.1 Пән бойынша  жазба жұмыстарының тақырыптамасы

Рефераттар тақырыптамасы:

1. Веркумулярды графитті шойынды өндіру үшін модификациялайтын қосымшалар ішіндегі мадификациялайтын элементтер құрамындағы деглобуляциялайтын  элементтердің мәні.
2. 110Г13Л жоғары марганецті болатты  балқыту технологиясын жетілдіру.
3. Құйылған дайындамалардың сапасын жоғарлату сұрақтарын кешенді есептеу.
4. Конструкциялық материалдар ыстыққа төзімді.
5. Ультрадисперсті ұнтақпен модификациялағанда кристалдық жүйелердің  құрылымының қалыптасуы.
6. Алфюминийлі қорытпаның  кристалдануына электрлі тоқтың әсері.
7.  Түрлі қалыптың графиттің қосындысы бар шойынның  тозуға төзімділігі.
8. Хромалюминий болаттың ыстыққ төзімді қасиетердің құрылымдары.
9.  Радиацияға тұрақты және тотығуға төзімді шойындар және тасты құймалар.
10. Композициялы материалдардан жасалған металл қалыптар.
11. Сығумен құю кезінде құйманың қалыптасуын басқару.
12. Металдың жылжуын есепке алумен  легірлеуші материалдардың игеру  процестерін зерттеу.
13. Суық қатаю қалыптарында құйма қатаю кезіндегі газдың бөлінуін компьютерде үлгілеу.
14. Қоңырау дыбыстары неден байланысты.
15.  Құю өндірісінің дизайыны.
16. Қоңырау дыбыстарының өткені мен бүгіні
17. Құю өндірісі   дамуының жаңа тенденциялары
18. Жаңа конструкциялы материалдар мен құюдың прогресивті технологиясының синтезі
19.  Жоғары хромды, эвтетикадан кейінгі шойындардағы хромның алғашқы кабидтерінің кристалдануы
20. Шойын құймаларындағы газды кеуектіліктің пайда болуына көміртекті эквиваленттің әсері
21. Эвтетикадан кейінгі болаттың құрылымына кремний мен көміртектің әсері
22. Биметалды құю.
23.  Модификацияланған силуминдерден тығыз құймаларды алу
24. Болат құймаларға арналған ішкі мұздатқыш туралы
25. Құю өндірісі бүгін мен ертең.

6.2 Өзін-өзі бақылауға  арналған сұрақтар

Құймалардың қату заңында көрсетілген формуладағы к₃ коэффициенті

2. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Құймадағы ыстық саңлаулар болмау үшін

1. Теплотехникалық «жұқа» денелердің ішіндегі температураның ауыспалдығы

 

4. — клтірілген формуладағы μ коэффициенті келесі шарттардың қайсысына тәуелді.

5. Дұрыс емес жауапты көрсет.

Литник жүйесінде макро металл қосындылары келесі заттардың қайсысының көмегімен ұсталып қалады.

6. Жан-жақта газ қысымы мен кристалды құю не үшін қолданады

7. Дұрыс емес жауапты көрсет.

Пайда мөлшерін және металл шығысын үнемдеу үшін.

 

8. Қате жауапты белгіле.

Кристалдану температурасы кең интервалды қорытпаның құймасындағы шөгу кеуекілігін алдын алу үшін.

9. Литник жүйесіндегі макро қосындылары ұстап қалуға мүмкін, егер олар ерітінді ағынының қозғалысында.

10. Практикалық қорытпаның сұйық ағуы деген мағынада келесі жолмен анықталатын сұйық ағуды түсінеді.

11. Қатып жатқан құйманың микроқұрылымы, металдың екі фазды зонасы үлкейгенде, келесі бағытта өзгереді.

12. Қате жауапты белгіле.

Құймадағы пайда әсерінің тиімділігін келесі жолмен көтеруге болады.

13. Құйманы қалыптаудағы бағытталған қатып қалу принципі келесі шартты орындауды талап етеді.

14. Құйма элементінің шөгу қиындығының негізгі және жобаланған мөлшердің лайық келмеуі құйма сапасына әсері қандай.

1. — келтірілген формула келесі жазба үшін қажет.

16. Суретте көрсетілген қалыпты толтырған сайын, питательдегі металдың жылдамдығы.

17. Литник жүйесіндегі макрометалл емес қоспаларды ұстап қалу мүмкін, егер

18. I және II қалыпты толтыру жолында металл ағысының жылдамдығы қалай өзгереді.

19. Суретте көрсетілген құйма, биіктікте еркін, ал диаметрде – қиын шөгуге шыдайды. Модельде Н және Д мөлшерлері қалай орындалу қажет, егер құймада Н=500 мм, Д=600 мм, еркін шөгу 2%, қиын шөгу — 1%.

20. Биіктігі мен көлемі бірдей көрсетілген құймалардың қайсысының шөгу бақ алшағы ең терең

21. Литник жүйесінде металл қоспаларын ұстап қалу тиімділігін арттыру үшін, толтыру кезде шлак ұстаушы келесі биік қорытпаға тола болу керек.

22. Қате жауапты белгіле.

Поршеньді қысым астындағы кристалды құю келесі мүмкіндікті береді.

23. Шөгу бақалшақтары жоқ құйма алу үшін, керегі

24. “Термиялық буын” деген ұғым құйманың келесі бөлшегіне қарайды.

25. Қате жауапты белгіле.

Қалып шөгуінің қиындығы құймадағы келесі дефекттерді шақырады.

26. “Жылуауысу қарқындылығы” түсінігі қажет.

27. Құймада “толтырудың конустігінің” болуы, келесі жайттардықамтамасыз етеді

28. Қате жауапты белгіле.

Қалыпты үстінен толтыру уақыты келесі жайтқа тәуелді.

29. Қалыпта құйманы орналастыру варианттарының қайсысы, бір пайдамен шөгу бақалшақсыз құйма алуға мүмкіндік береді.

30.

келтірілген формуладағы алымның шамасы келесіні белгілейді.

31. Пленкалы металл емес қосындылар

32. Металдың екі фазды зонасының кеңдігінің үлкеюі, құйма қату кезіндегі шөгу кеуекелдіктерінің көлемін.

33. Қате жауапты белгіле.

Пайда әсерінің зонасының мөлшерін көбейту жолы.

34. — келтірілген формула келесі анықтамаға қолданылады.

35. Құйманың сызықты шөгуінің орнықсыздығы келесі себебке әкеліп соғады.

36. «Келтірілген радиус» түсінігі мінездейді.

37. Питательдегі металдың ағу жылдамдықтарының қатынасы, I және II қалыпта толтыруды соңында көрсет, егер а_I= а_II болса.

38. Суретте көрсетілген конфигурацияның құймасының қай жерлеріне шөгу кеуекілдері пайда болады (пайда әсерін есептемегенде).

39. Құйманың еркін және қиын шөгуінің қатынасының өлшемі қандай.

40.  — келтірілген формуладағы μ өлшемі.

41. Екі фазды қалып зонасының кеңдігі үлкейгенде, құйма қатқандағы шөгу кеуекілдерінің саны.

42. Айда алынған құймадағы шөгу бақалшағы, жерде алынған құйманың бақалшағынан өзгешелігі неде

43.  — келтірілген формула келесіні көрсетеді.

44. Е_е =(1_қалып — 1_{құйманың})/1_{құйманың} – келтірілген формула келесі өлшемді анықтайды.

45. Қате жауапты белгіле.

Қалыптағы құйманың суу жылдамдығына не әсер етеді.

46. Астынан газ қысымымен Р_газ = const толтырылған қалыпқа  кірудегі металл жылдамдығы, қалып толған сайын

47. Құйма металына металл емес макроқосындылар түсуін тоқтату үшін

48. Шынайы сызықты шөгуді келесі жағдайда анықтауға болады.

49. Қате жауапты белгіле.

Металдың стопор ожауынан төгілу кезіндегі, шығару тесігіндегі металл ағысының жылдамдығы келесі жайттардан тәуелді.

50. Металды жоғарыдан келтіріп қалыпты толтыру кезінде гидростатикалық қысым тең.

51. Пайда қолданбай металл қалыпта алынған шар құймасындағы шөгу бақалшақтарының орны мен конфигурациясы қандай.

52. – келтірілген формулаға R_пр мағынасы

 

 

53. Қате жауапты тап.

Құйманың сызықты шөгуінің қалыпсыздығының себебі.

54. Құйманың келтірілген радиусы тең.

55. Құймада пайданың әсері тиімді болу үшін орны

56. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Қалыпты толтыру кезінде металды жоғарыдан әкелудің себебі.

57. Құйманың толық қатып қалу уақытын есептейтін формула.

58. Суретте көрсетілген қалыпты толтыру барысында, питательден аққан металдың жылдамжығы.

59. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Құймаға металл емес пленкалар түсуін тоқтату үшін қандай тәсілдер қолдануға болады.

60. Екі фазды зонадағы металл температурасы.

61. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Макрометалл емес қосындылар болмау үшін.

62. Жер жағдайында қатайтың құйманың шөгу бақалшақтары конфигурациясы конус сияқты, бұған әсер еткен.

63. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Ыстық жарықшақтың сыртқы белгілері қандай.

64. Теплотехникалық «семіз» денелерде, дененің беті мен ортасы арасындағы температураның айырмашылығы.

65.

Бұл формула қалыпты толтырудағы уақытты анықтауға қолданылады.

66. Қатып жатқан құйманың екі фазды металл жағдайында

67. Құйманы идеалды салмақсыздық жағдайына алғанда, шөгу бақалшақтары тізбекті қату кезінде келесі жолмен орналысады.

68. Металды стопор ожауынан төкенде, стопор тесігіндегі ағу жылдамдығы.

69. Металды төменнен әкелгенде, толтырып жатқан қалыптың питательіндегі гидростатикалық қысым тең

70. Белгілі қорытпаның сызықты шөгуінен шығатын құйма 2% болады. Құйма моделінің өлшемі қандай болу керек, егер толық суығаннан кейін 528 мм болса?

71. Идеалды салмақсыздық жағдайында көлемді қатқан құймада пайда болады.

72. Қорытпаның практикалық сұйық ағуы деп, келесі жолмен анықталатын процесті айтады.

73. Қалыпты металмен толтыруды арттыруға болады.

74. Құйманың көлемді қату кезінде.

75. Құйманың шөгу алдындағы кеңеюі.

76. Температуралық морттық интервал дегеніміз

77. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Қалыптың шөгуді тоқтатқаннан шыққан құйма жиірылуын келесі жолмен төмендетуге болады:

78. Құйма жиірылуы деп.

79. Суретте көрсетілген, көлемі бірдей, бірдей литник жүйесі арқылы, жоғарғы опока биіктігі бірдей құйма қалыптарында қай тізбекте металмен толу аяқталады.

80. Бағытты жылу бұру жағдайында, кристалдану, құйылған металдың қандай микроқұрылымын қамтамасыз етеді.

81. Кристалданып жатқан металға вибрация әсерінің эффекті негізінен.

82. Кристалдану процесіндегі, құйылған металдың, механикалық араластырудан кейінгі макроқұрылымы қалай өзгереді.

83. Микротоназытқыш енгізіп құю тәсілі неде?

84. Құйма немесе оның эллентінде, аралас пайда арасындағы максимальді арақашықтығы.

85. Құю бұйымдарының жоғары жылдамды бағытты кристалдану енгізіледі.

86. Осьті шөгу кеуекелдік дегеніміз.

87. Осьтен сызықты шөгу кеуекелдігі құйылған бұйымдар пайда болады.

88. Осьті кеуекелдігінің құймаларда пайда болу себебі.

89. Дұрыс емес жаупты белгіле.

Металл шығысымен пайда көлемін келесі жолмен азайтуға болады.

90. Жүйелі қататын құймалар.

91. Қорытпалардың сұйық ағу деп.

92. Қорытпалардың шынайы сұйық аққыштығы анықталады.

93. Тиімді питание болу үшін қату

94. Қате жауапты белгіле.

Қатуда жылдамдату және құйманың қалың бөлшектерін суыту үшін арналған тоңазытқыштар.

95. Атмосфералық немесе одан да жоғары қысым әсерімен істейтін құймадағы пайдалар қамтамасыз етеді.

96. Атмосфералықтан жоғары қысым әсерімен пайда жұмысы.

97. Қате жауапты белгіле.

Фасонды құйманың қатуын бағыттау үшін.

98. Қате жауапты белгіле.

Құймадағы ішкі кернеудің жаман әсерлері қатарына.

99. Қате жауапты белгіле.

Қалдық кернеудің әсеріне құйылған затта былай көруге болады

100. Қате жауапты белгіле.

Құйылған заттарда осьтен сыртқы шөгу кеуекілдігінің пайда болуын азайту немесе тоқтату үшін.

 

6.2 7.3 Емтихан тестілері

Тестілер

Құймалардың қату заңында көрсетілген формуладағы к₃ коэффициенті

А. тек қана материалдың қасиеттеріне;

В. тек қана қорытпаның кристалдану температурасына;

С. қорытпамен қалып қасиеттеріне;

Д. тек қана қалыпты құю шарттарына;

Е. басқа факторларға байланысты.

 

2. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Құймадағы ыстық саңлаулар болмау үшін

А. қалыптың шөгуінің тежеклуін азайту;

В. құйманың жай суыйтын бөлшектерінде шөгу қабырғаларын орындау;

С. сызықты шөгуді арнайы тасқын және көлденең қабырғалар арқылы жаймалау;

Д. гидростатикалық қысымды көбейту;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

1. Теплотехникалық «жұқа» денелердің ішіндегі температураның ауыспалдығы

А. сыртқы дене мен айналаның температурасының айырмасынан әлдеқайда көп;

В. дене сырты мен қоршаған орта температурасының айырмасынан әлдеқайда аз;

С. дене сырты мен айналадағы ортаның температурасына тең;

Д. жоғарыда айтылған температуралардан (0,2-0,3) айырмашылығы бар;

Е. дененің абсолютті температурасына байланысты емес.

 

4. — клтірілген формуладағы μ коэффициенті келесі шарттардың қайсысына тәуелді:

А. литник жүйесіндегі каналдардың ұзындығы мен конфигурациясының күрделілігінен;

В. қысымнан;

С. құйманың биіктігінен;

Д. каналдардың қысымының ауданынан;

Е. құйма көлемінен.

 

5. Дұрыс емес жауапты көрсет.

Литник жүйесінде макро металл қосындылары келесі заттардың қайсысының көмегімен ұсталып қалады:

А. қалыпты фильтрлі элементтер (тор);

В. шынышүберек фильтрлар;

С. үлкен қималы питатель;

Д. орынды кедергі-дросселдер;

Е. дәнді фильтрлер.

 

6. Жан-жақта газ қысымы мен кристалды құю не үшін қолданады:

А. суық жарықшақты болдырмау;

В. құйма өлшемдерінің дәлдігін жоғарылату;

С. шөгу кеуектілігін азайту;

Д. құйманың сызықты шөгуінің қиындылығын құрту;

Е. шөгу бақалшақтарының тереңдігін кеміту.

 

7. Дұрыс емес жауапты көрсет.

Пайда мөлшерін және металл шығысын үнемдеу үшін.

А. пайданы жылыту;

В. құйманы салқындатуды жылдамдату;

С. металды пайдаға араластыру;

Д. пайдаға металды қосу;

Е. пайда жылуын оқшалау.

 

8. Қате жауапты белгіле.

Кристалдану температурасы кең интервалды қорытпаның құймасындағы шөгу кеуекілігін алдын алу үшін:

А. үлкен пайда орнатылу керек;

В. жан-жақты газ қысымы қолданылған құю;

С. бағытталған жылу жинау жолы бар құю;

Д. орталықтандырылған құю;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

9. Литник жүйесіндегі макро қосындылары ұстап қалуға мүмкін, егер олар ерітінді ағынының қозғалысында:

А. шөгін кетсе;

В. бетіне шықса;

С. талғаусыздық тепе-теңдікте болса;

Д. аталған шарттың барлығы да дұрыс;

Е. аталған шарттың барлығы да дұрыс емес.

 

10. Практикалық қорытпаның сұйық ағуы деген мағынада келесі жолмен анықталатын сұйық ағуды түсінеді:

А. ликвидус температурасынан бірдей қызып кеткенде;

В. бір келкі құю температурасында;

С. нольдік сұйық ағу температурасынан бір келкі қызып кеткенде;

Д. барлық жауап дұрыс;

Е. дұрыс жауап жоқ.

11. Қатып жатқан құйманың микроқұрылымы, металдың екі фазды зонасы үлкейгенде, келесі бағытта өзгереді:

А. құбырлы кристалдардың кеңдік зонасы үлкейеді;

В. ұсақ ортақ бағаналы кристалдардың зонасының кеңдігі үлкейеді;

С. ірі ортақ бағаналы кристалдардың зона кеңділігі үлкейеді;

Д. өзгермейді;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

12. Қате жауапты белгіле.

Құймадағы пайда әсерінің тиімділігін келесі жолмен көтеруге болады:

А. атмосфера қысымын пайдаланып;

В. қалыптың айналуы арқылы;

С. поршеньді қысым арқылы;

Д. пайдадағы металды захолдау арқылы;

Е. құйма нұсқасын өзгерту арқылы.

 

13. Құйманы қалыптаудағы бағытталған қатып қалу принципі келесі шартты орындауды талап етеді:

А. бірдей қалыңдықтарды құйма бөліктері бір уақытта қату керек;

В. құйманың жоғары жатқан бөліктерінің төмен жатқан бөліктерін бұрын қатуы;

С. жоғары жатқан құйма бөліктерінің төменгі жатқандарынан кейін қатуы;

Д. құйма бөлшектерінің барлығының мейліңше жылдам қатуы;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

14. Құйма элементінің шөгу қиындығының негізгі және жобаланған мөлшердің лайық келмеуі құйма сапасына әсері қандай:

А. құйма беріктігі төмендейді;

В. құйма элементінде шөгу кеуекілігі пайда болады;

С. толық құймау;

Д. құйма мөлшерінің чертежбен дұрыс келмеуі;

Е. құйма салмағының үлкеюі.

 

1. — келтірілген формула келесі жазба үшін қажет:

А. құймадағы металдың қатқан қабырғаның қалыңдығының өсуі процесі;

В. қалыпты металмен толтыру процесі;

С. құйманың қалыпта және ауада суу процесі;

Д. қалыптағы жылудың тарау процесі;

Е. сызықты шөгу процесі.

 

16. Суретте көрсетілген қалыпты толтырған сайын, питательдегі металдың жылдамдығы:

А. үлкейеді;

В. азаяды;

С. өзгермейді;

Д. қалып 60% толғанда 0-ге төмендейді;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

17. Литник жүйесіндегі макрометалл емес қоспаларды ұстап қалу мүмкін, егер

А. питатель биіктігі есептік биіктіктен кем болмаса;

В. питатель биіктігі есептік биіктіктен үлкен емес болса;

С. питатель стоякқа есептік қашықтықтан жақын орналасса;

Д. литник жолында металл жылдамдығы мейліңше үлкен болса;

Е. аталған шарттардың қайсысы болса да.

 

18. I және II қалыпты толтыру жолында металл ағысының жылдамдығы қалай өзгереді:

А. I-де үлкейеді; II- өзгермейді;

В. II-де үлкейеді; I- төмендейді;

С. I-де өзгермейді; II- үлкейеді;

Д. I- және II-де өзгермейді;

Е. I-де өзгермейді; II- төмендейді.

19. Суретте көрсетілген құйма, биіктікте еркін, ал диаметрде – қиын шөгуге шыдайды. Модельде Н және Д мөлшерлері қалай орындалу қажет, егер құймада Н=500 мм, Д=600 мм, еркін шөгу 2%, қиын шөгу — 1%.

А. Н=510 мм; Д=606 мм;

В. Н=520 мм; Д=612 мм;

С. Н=510 мм; Д=610 мм;

Д. Н=505 мм; Д=606 мм;

Е. Н=500 мм; Д=600 мм.

20. Биіктігі мен көлемі бірдей көрсетілген құймалардың қайсысының шөгу бақ алшағы ең терең

А. I құйманың;

В. II құйманың;

С. III құйманың;

Д. барлығы бірдей;

Е. I құймадан, II және III құймалардікі терең және үлкен. Һ₁=һ₂=һ₃

 

21. Литник жүйесінде металл қоспаларын ұстап қалу тиімділігін арттыру үшін, толтыру кезде шлак ұстаушы келесі биік қорытпаға тола болу керек:

А. 1/3 биіктігіне;

В. 1/2 биіктігіне;

С. толық биіктікте;

Д. 1/4 биіктігіне;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

22. Қате жауапты белгіле.

Поршеньді қысым астындағы кристалды құю келесі мүмкіндікті береді:

А. құйма металының тығыздығын көбейту;

В. құйма металының сызықты шөгуінің мөлшерін үлкейту;

С. құймадағы шөгу кеуекілігінің мөлщерін кішірейту;

Д. құйма металының механикалық қасиеттерін жақсарту;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

23. Шөгу бақалшақтары жоқ құйма алу үшін, керегі

А. пайда құймамен қатар қатса;

В. пайда құймадан кеш қатса;

С. пайда құймадан бұрын қатса;

Д. барлық жауап дұрыс;

Е. дұрыс жауап жоқ.

 

24. “Термиялық буын” деген ұғым құйманың келесі бөлшегіне қарайды:

А. жанында көрші және биік жатқан ерте қататын;

В. суық жарықшақтар пайда болатын;

С. жанында көрші және биік жатқан кеш қататын;

Д. құймаға сыртқы қысым немесе басқа қүштердің әсерімен қататын;

Е. шөгу алдындағы кеңумен қататын.

 

25. Қате жауапты белгіле.

Қалып шөгуінің қиындығы құймадағы келесі дефекттерді шақырады:

А. ыстық жарықшақ;

В. суық жарықшақ;

С. шөгу кеуекілдігін;

Д. құйма мөлшерінің дұрыс еместігі;

Е. құйма геометриясының қисық өзгеруі.

 

26. “Жылуауысу қарқындылығы” түсінігі қажет:

А. дененің қызу немесе суу абсолютті жылдамдығын белгілеу үшін;

В. дененің ішкі және сыртқы температурасының ауыспалығының айналамен қатынасын белгілеу үшін;

С. дененің геометриялық параметрлерін белгілеу үшін;

Д. құйманың қату уақытын белгілеу үшін;

Е. қалыптың теплофизикалық қасиеттерін белгілеу үшін.

 

27. Құймада “толтырудың конустігінің” болуы, келесі жайттардықамтамасыз етеді:

А. құйма қимасының осьі бойынша шөгу кеуекелдігінің болмауы;

В. жарықшақтардың болмауы;

С. құйманың сызықты мөлшерлерінің дұрыстығы;

Д. қалыптың сапалы толтырылуы;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

28. Қате жауапты белгіле.

Қалыпты үстінен толтыру уақыты келесі жайтқа тәуелді:

А. гидростатикалық қысымның өлшеміне;

В. литник каналдарының қима аудандарына;

С. қалып қуысының ені мен ұзындығына;

Д. литник жүйесінің (шығыс коэффициенті) күрделілігіне;

Е. металл тұтқырлығына.

 

29. Қалыпта құйманы орналастыру варианттарының қайсысы, бір пайдамен шөгу бақалшақсыз құйма алуға мүмкіндік береді:

А. тек қана I;

В. тек қана II;

С. тек қана III;

Д. үшеуіде;

Е. I және III.

 

30.

келтірілген формуладағы алымның шамасы келесіні белгілейді:

А. литник жүйесіндегі металл ағуының жылдамдығын;

В. металдың тұтқырлығын;

С. қалыпқа құйылатын металдың көлемін;

Д. қосындылардың бетіне шығу жылдамдығын;

Е. қалыптағы металл деңгейінің көтерілу жылдамдығын.

 

31. Пленкалы металл емес қосындылар

А. қалып болуының түйір бөлшектері;

В. қиын балқитын металл шлактары бар бөлшектер;

С. Cr₂O₃6 Al₂O₃ сияқты металл окмстерінен тұратын бөлшектер;

Д. металдар мен металл еместердің окистерінің әрекеттесуі реакциясынан пайда болатын бөлшектер;

Е. басқа бөлшектер.

 

32. Металдың екі фазды зонасының кеңдігінің үлкеюі, құйма қату кезіндегі шөгу кеуекелдіктерінің көлемін;

А. аз ғана көбейтеді;

В. азайтады;

С. өзгертпейді;

Д. маңызды көбейтеді;

Е. дұрыс дауап жоқ.

 

33. Қате жауапты белгіле.

Пайда әсерінің зонасының мөлшерін көбейту жолы:

А. ішкі және сыртқы мұздатқыштарды қолдану;

В. құйма конфигурациясының өзгеруі — пайда жағына қарай қалыңдауы;

С. пайда биіктігінің өсуі;

Д. шөгу қабырғаларын қолдану;

Е.газ қысымын қолдану.

 

34. — келтірілген формула келесі анықтамаға қолданылады:

А. қалыпты толтыру уақыты;

В. құйманы керекті температураға дейін суыту уақыты;

С. құйманың толық қатып қалу уақыты;

Д. құймада қатты қабық пайда болу уақыты;

Е. құйманың толық суу уақыты.

 

35. Құйманың сызықты шөгуінің орнықсыздығы келесі себебке әкеліп соғады:

А. ыстық;

В. суық;

С. құйманың мөлшерінің өзгеруінің анық еместігі;

Д. құйманың беріктігінің төмендеуі;

Е. шөгу кеуектігінің пайда болуы.

 

36. «Келтірілген радиус» түсінігі мінездейді.

А. тек қана дене өлшемін (құйманың);

В. дененің өлшемдері мен конфигурациясын;

С. тек қана дене конфигурациясын;

Д. дененің (құйма) ортада (қалып) орналасуы;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

37. Питательдегі металдың ағу жылдамдықтарының қатынасы, I және II қалыпта толтыруды соңында көрсет, егер а_I= а_II болса.

А. I қалыпта, II қалыптан үлкен;

В. жылдамдықтары тең;

С. II қалыпта, I қалыптан үлкен;

Д. жылдамдықтар қалыпты толтыру дәрежесіне тәуелді емес;

Е. дұрыс жауап жоқ.

 

38. Суретте көрсетілген конфигурацияның құймасының қай жерлеріне шөгу кеуекілдері пайда болады (пайда әсерін есептемегенде):

А. біреу, 1элементтің жоғары жағында;

В. біреу, 2 элементтің ортасында;

С. 1 элементтің жоғары жағында екеуі, 2 элементтің – төменгі жағында;

Д. екеуі – 1 элементтің жоғары жағында, 2 элементтің – үстінгі жағында;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

39. Құйманың еркін және қиын шөгуінің қатынасының өлшемі қандай.

А. қиыны еркінінен үлкен;

В. қиыны еркінінен кіші;

С. шөгу өлшемдері тең;

Д. қиыны еркінінің 50% тең;

Е. қиыны еркінінің 1,5 тең.

 

40.  — келтірілген формуладағы μ өлшемі.

А. жоғарғы жарты қалыптың биіктігімен құйма биіктігінің қатынасын білдіреді;

В. литник ауданының қатынастық өлшемін білдіреді;

С. литник жүйесіндегі шығыс коэффициентін білдіреді;

Д. литник пен қалып құйысының деңгейлерінің қатынасын;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

41. Екі фазды қалып зонасының кеңдігі үлкейгенде, құйма қатқандағы шөгу кеуекілдерінің саны.

А. көбейеді;

В. азаяды;

С. өзгермейді;

Д. шөгу кеуекелдері пайда болмайды;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

42. Айда алынған құймадағы шөгу бақалшағы, жерде алынған құйманың бақалшағынан өзгешелігі неде

А. конфигурациясымен;

В. өлшемінің үлкендігімен;

С. ештеңемен;

Д. орналасуымен;

Е. құйманың барлық көлеміне тарап кетуімен.

 

43.  — келтірілген формула келесіні көрсетеді:

А. құйманы суыту процесі;

В. кристалдар өлшемінің өсуі;

С. құйманың қатқан қабығының қалыңдығының өсуі;

Д. қалыптағы металл деңгейінің көтерілуі;

Е. шөгу кеуекілдігін толтырудағы ерітінді қозғалысы.

 

44. Е_е =(1_қалып — 1_{құйманың})/1_{құйманың} – келтірілген формула келесі өлшемді анықтайды.

А. шынайы сызықты шөгуді;

В. қату кезіндегі шөгуді;

С. қю шөгуін;

Д. шөгу алдындағы кеңуді;

Е. перлиттен кейінгі шөгуді.

 

45. Қате жауапты белгіле.

Қалыптағы құйманың суу жылдамдығына не әсер етеді.

А. қалыптың теплофизикалық қасиеттері;

В. қалыптағы құйманың орны;

С. құйма металының меңшікті жылу сыйымдылығы;

Д. құйманың келтірілген радиусы;

Е. құймадағы металдың тығыздығы.

 

46. Астынан газ қысымымен Р_газ = const толтырылған қалыпқа  кірудегі металл жылдамдығы, қалып толған сайын

А. үлкейеді;

В. өзгермейді;

С. азаяды;

Д. қалып жартылай толғанша азаяды да, кейін өзгермейді;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

47. Құйма металына металл емес макроқосындылар түсуін тоқтату үшін

А. литниктегі металл ағысының жылдамдығын көбейту керек;

В. питательдердің биіктігін кішірейту керек;

С. литник жүйесінің өткізу қабілетін үлкейту керек;

Д. литниктегі металдың турбулент ағысын қалыптастыру керек;

Е. питательдердің биіктігін ұзарту.

 

48. Шынайы сызықты шөгуді келесі жағдайда анықтауға болады:

А. бір қалыптан алынған екі құйаның өлшемдерін салыстыру арқылы;

В. модель мен құйманың өлшемдерін салыстыру арқылы;

С. алынған құйма мен қалыптың өлшемдерін салыстыру арқылы;

Д. аталған тәсілдің қайсысы болса да;

Е. құйманың қалып ішінде сууы кезінде өлшемдерінің өзгеруін қадағалау арқылы.

 

49. Қате жауапты белгіле.

Металдың стопор ожауынан төгілу кезіндегі, шығару тесігіндегі металл ағысының жылдамдығы келесі жайттардан тәуелді:

А. ожаудағы металдың деңгейінен;

В. металл тұтқырлығынан;

С. шығару тесігінің диаметрінен;

Д. шығару тесігінің қарсы тұру коэффициентінен;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

50. Металды жоғарыдан келтіріп қалыпты толтыру кезінде гидростатикалық қысым тең:

А. төменгі жарты қалыптың биіктігіне;

В. литник воронкасы мен қалып қуысындағы металл деңгейінің айырмасына;

С. литник воронкасындағы металл деңгейі мен питаттельдің орнының айырмасына;

Д. қалып қуысының биіктігіне;

Е. питательдің орны мен қалып қуысындағы металл деңгейінің айырмасы.

 

51. Пайда қолданбай металл қалыпта алынған шар құймасындағы шөгу бақалшақтарының орны мен конфигурациясы қандай:

А. қатан ортада және сфера конфигурациясындай;

В. ортадан төменге қарай сырғыған және эллипсоидаға ұқсас;

С. ортадан жоғарыға сырғыған және эллипсоида конфигурациясы сияқты;

Д. ортадан төменге сырғыған және конус конфигурациясында;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

52. – келтірілген формулаға R_пр мағынасы:

А. қабырғаның дөңгелену радиусы;

В. қосындылардың аумалы өлшемі;

С. құйманың келтірілген өлшемі;

Д. құйма радиусы;

Е. пайда жерінің радиусы.

 

 

53. Қате жауапты тап.

Құйманың сызықты шөгуінің қалыпсыздығының себебі:

А. қалыпталатын қоспаның қасиеттері мен құрамының өзгеретіндігі;

В. қалыптың қатаю дәрежесінің өзгеруі;

С. қалыпты толтыру уақытының өзгеріп тұруы;

Д. қалыпты толтыру температурасының өзгеріп тұруы;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

54. Құйманың келтірілген радиусы тең:

А. қабырға қимасының ауданының қалыңдығына қатынасына;

В. құйманың көлемінің бүйір бетіне қатынасына;

С. құйма көлемінің қима периметріне қатынасына;

Д. құйманың элементтер биіктігінің еніне қатынасына;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

55. Құймада пайданың әсері тиімді болу үшін орны

А. құйманың толатын жерінен биік болуы керек;

В. құйманың толатын жерінен төмен болуы керек;

С. толатын жермен бір деңгейде болуы керек;

Д. бәрі бір;

Е. толу жерінен әлдеқайда алыс болу керек.

 

56. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Қалыпты толтыру кезінде металды жоғарыдан әкелудің себебі:

А. литник жүйесінің канал қималарының ауданы;

В. құйманың қалаптағы орны;

С. гидростатикалық қысым;

Д. құйылып жатқан металл массасы;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

57. Құйманың толық қатып қалу уақытын есептейтін формула:

А.

В.

С.

Д.

Е. дұрыс жауап жоқ.

 

58. Суретте көрсетілген қалыпты толтыру барысында, питательден аққан металдың жылдамжығы:

А. көбейеді;

В. азаяды;

С. өзгермейді;

Д. құйма биіктігінің жартысына дейін өзгермейді ал кейін азаяды;

Е. дұрыс жауап жоқ.

59. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Құймаға металл емес пленкалар түсуін тоқтату үшін қандай тәсілдер қолдануға болады:

А. вакуумда еріту;

В. инерт газдарында еріту;

С. шлак ұстағыштарды қолдану;

Д. гранулды фильтрлер қолдану;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

60. Екі фазды зонадағы металл температурасы:

А. ликвидус температурасынан биік;

В. солидус температурасына тең немесе төмен;

С. солидус температурасынан биік, ал ликвидус температурасынан төмен;

Д. барлық жауап дұрыс;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

61. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Макрометалл емес қосындылар болмау үшін:

А. балқыту агрегаттарында фильтрлі элементтер қолдану қажет;

В. литник жүйесінде фильтрлі элементтерді қолдану;

С. шлак ұстаушы конструкцияларын жақсарту;

Д. қорғаушы газдармен балқыту;

Е. питательдердің есептік биіктігін таңдау.

 

62. Жер жағдайында қатайтың құйманың шөгу бақалшақтары конфигурациясы конус сияқты, бұған әсер еткен:

А. ауа қысымы;

В. жердің магнит өрісі;

С. жердің ауырлық күші;

Д. металдың беттік тарту күші;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

63. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Ыстық жарықшақтың сыртқы белгілері қандай:

А. беті қышқышдалған;

В. беті жылтыр;

С. контуры сынық;

Д. ені өте кең (ашық);

Е. барлық жауап дұрыс.

 

64. Теплотехникалық «семіз» денелерде, дененің беті мен ортасы арасындағы температураның айырмашылығы:

А. шама бойынша орта мен дене бетінің температурасының айырмасына тең;

В. орта мен дене бетінің температурасының айырмасынан көп төмен;

С. орта мен дене бетінің температурасының айырмасынан көп биік;

Д. дененің абсолютті температурасына тәуелді емес;

Е. тек қана дененің абсолютті өлшемдеріне тәуелді.

 

65.

Бұл формула қалыпты толтырудағы уақытты анықтауға қолданылады:

А. питательді төменнен әкелгенде;

В. питательді жоғарыдан әкелгенде;

С. питательді жанынан әкелгенде;

Д. мәжбүрлі толтырылғанда;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

66. Қатып жатқан құйманың екі фазды металл жағдайында

А. қатты және сұйық фазалардың саны барлық жерде бірдей;

В. қатты фаза саны температура жоғары орындарда көптеу;

С. қатты фаза саны температура төмен жерлерде көптеу;

Д. қатты фаза саны қорытпа температурасынан тәуелсіз;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

67. Құйманы идеалды салмақсыздық жағдайына алғанда, шөгу бақалшақтары тізбекті қату кезінде келесі жолмен орналысады:

А. жоғарғы бетіне жақын;

В. бүйір жағына шығады;

С. құйманың геометриялық осьі бойынша;

Д. құйманың жылу (термиялық) ортасының жанында;

Е. шөгу бақалшағы пайда болмайды.

 

68. Металды стопор ожауынан төкенде, стопор тесігіндегі ағу жылдамдығы:

А. ожау босаған сайын ұлғаяды;

В. өзгермейді;

С. белгілі мағынаға дейін төмендейді, кейін өзгеріссіз қалады;

Д. нольге дейін төмендейді;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

69. Металды төменнен әкелгенде, толтырып жатқан қалыптың питательіндегі гидростатикалық қысым тең:

А. жоғарғы жарты қалыптың биіктігіне;

В. төменгі жарты қалыптың биіктігіне;

С. құймадағы металл деңгейімен орналасқан жерінің айырмасына;

Д. литник воронкасы мен қалып қуысындағы металл деңгейінің айырмасына;

Е. жоғарғы мен төменгі жарты қалыптардың айырмасына.

 

70. Белгілі қорытпаның сызықты шөгуінен шығатын құйма 2% болады. Құйма моделінің өлшемі қандай болу керек, егер толық суығаннан кейін 528 мм болса?

А. 527,5 мм;

В. 530,5 мм;

С. 535,0 мм;

Д. 525 мм;

Е. дұрыс жауап жоқ.

 

71. Идеалды салмақсыздық жағдайында көлемді қатқан құймада пайда болады:

А. құйманың термиялық орталық жанынан шөгу бақалшағы;

В. құйманың барлық көлемінде бір қалыпты шөгу кеукелдігі;

С. құйманың геометриялық осьіне жақын зонада шөгу кеуекелдігі;

Д. құйманың геометриялық осьі жанында шөгу кеуекелдігі;

Е. құйманың шет жағында үлкен, орта жағында ұсақ шөгу кеуекелдіктері.

 

72. Қорытпаның практикалық сұйық ағуы деп, келесі жолмен анықталатын процесті айтады:

А. бір қалыпты құю температурасында;

В. ликвидус температурасынан бірдей биіктікте;

С. нольдік сұйық ағу температурасынан бірдей биіктікте;

Д. ерікті құю температурасында;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

73. Қалыпты металмен толтыруды арттыруға болады:

А. тек жылытылған қалыпқа құяды;

В. литник жүйесіндегі гидравликалық қысымның күшеюімен;

С. тек құю температурасын көтеріп;

Д. тек еріксіз толтырумен;

Е. аталған кәсіптің кез-келгені.

 

74. Құйманың көлемді қату кезінде.

А. металдың сұйық қалпынан қатты қалпына өту кезі құйманың барлық көлемінде бір мезгілде өтеді;

В. металдың сұйыққа қатты қалыпқа өту кезі бірінші құйманың ортасынан басталады да кейін шет жағына  тарайды;

С. құйма металы қату кезеңінде бірінші уақытта сұйық қатты қалпында болады;

Д. құйма металының қату кезінде көлемі өзгереді;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

75. Құйманың шөгу алдындағы кеңеюі:

А. құйманың көлемі мен сызықты өлшемдерінің қатқаннан кейін үлкеюі;

В. құйманың көлемі мен сызықты өлшемдерінің қату кезіндегі үлкеюі;

С. құйма металының тек қана көлемінің қату кезінде үлкеюі;

Д. құйманың көлемі мен сызықты өлшемдерінің сууды соңғы фазасында үлкеюі;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

76. Температуралық морттық интервал дегеніміз

А. қорытпаның иілгіштігінің жылдам төмендеп кетуі, температураның солидус температурасына жақындағанда;

В. 0-ден төмен температурада қорытпа иілгіштігінің төмендеуі;

С. Т_{солидус} (0,4+0,5) температуралық интервалда қорытпа иілгіштігінің төмендеуі;

Д. Т_{солидус} (0,2+0,3) интервалында қорытпа иілгіштігінің төмендеуі;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

77. Дұрыс емес жауапты белгіле.

Қалыптың шөгуді тоқтатқаннан шыққан құйма жиірылуын келесі жолмен төмендетуге болады:

А. қалыптық және өзектік қоспалардың икемге келгіштігін асыру;

В. құйма конструкциясын өзгерту;

С. модельді  дайындау кезіндегі жиірылуды есептеп отырып;

Д. шөгу қарсылығын төмендету үшін қалыптың тиімді конструкциясын таңдау;

Е. құю жылдамдығын төмендету.

 

78. Құйма жиірылуы деп:

А. құйманың қалыпты жинаудағы дәлсіздікті есептегендегі бөлек элементтерінің қабырға қалыңдықтарының өзгеруі;

В. өзек немесе қалып беріктігінің біркелкі еместігінен құйма қабырғаларының қалыңдықтарының айырмашылығы;

С. тегіс емес шөгу арқасында құйма конфигурациясының жаман өзгеруі;

Д. негізгі және есепті шөгудің айырмашылығы негізінде құйманың бөлек бөлшектерінің өлшемдерінің өзгеруі;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

 

79. Суретте көрсетілген, көлемі бірдей, бірдей литник жүйесі арқылы, жоғарғы опока биіктігі бірдей құйма қалыптарында қай тізбекте металмен толу аяқталады:

А. II мен III ден, I-де бұрын;

В. I мен III ден, II-де бұрын;

С. I мен II ден, III-де бұрын;

Д. барлығы бір уақытта;

Е. III-ге қарағанда, I мен II бір уақытта.

80. Бағытты жылу бұру жағдайында, кристалдану, құйылған металдың қандай микроқұрылымын қамтамасыз етеді:

А. ұсақ дәнді тең осьті;

В. ірі дәнді тең осьті;

С. құбырлы;

Д. аралас (ұсақ және ірі дәнді зоналы);

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

81. Кристалданып жатқан металға вибрация әсерінің эффекті негізінен:

А. көлемнің орта бөлігінде металдың сууының жылдамдауы;

В. жүйелі қатуды қамтамасыз еткенде;

С. қосымша көп кристалдану орталықтарының пайда болуында;

Д. жылу шығару арқылы суудың жай өтуінде;

Е. аталған жағдайдың барлығының бірге болғанында.

 

82. Кристалдану процесіндегі, құйылған металдың, механикалық араластырудан кейінгі макроқұрылымы қалай өзгереді:

А. құбырлы кристалдар ұзындығы көбейеді;

В. бөлек осьті кристалдар үлкейеді;

С. монокристалды құрылым пайда болуы мүмкін;

Д. структура ұсақ дәнді болады;

Е. құбырлы кристалдар бойы 90⁰ өзгереді.

 

83. Микротоназытқыш енгізіп құю тәсілі неде?

А. қалыпқа құю кезде литник жүйесіндегі арнайы канал арқылы, негізгі қорытпамен қатар, сол құрылымды, ұсақ (0,2+2,0 мм) қатты бөлшектер енгізіледі;

В. сол бөлшектер қалыпқа құю алдында ожауға енгізіледі;

С. ожауға 3-8 мм бөлшектер енгізіледі;

Д. литник жүйесіне алдын-ала суыған модификаторлар бөлшектері енгізіледі;

Е. бөлшектерді арнайы контейнерлерге қалып қуысының әр жерлеріне қойып қояды.

 

 

84. Құйма немесе оның эллентінде, аралас пайда арасындағы максимальді арақашықтығы:

А. құйма қабырғасының екі есе қалыңдығынан көп емес;

В. пайда биіктігінің екі есе өлшемінен көп емес;

С. пайда ұзындығына тең;

Д. аралас пайдалардың тиімді зоналар ұзындығының қосындысынан көп емес;

Е. қысымның үш есе өлшеміне тең.

 

85. Құю бұйымдарының жоғары жылдамды бағытты кристалдану енгізіледі:

А. қалыпты кристалдану жылдамдығына тең жылдамдықпен, ерітіндімен, толтыру жолымен;

В. қалыпты бөлек зоналармен, жылжымалы жылжытқыш арқылы, жылжыту арқылы;

С. жұқа қабырғалы, металл құрылған, кристалдану температурасына дейін ысытылған қалыптың сұйық металды суытқышқа салынуы арқылы;

Д. ерітіндіге арнайы суытқыштар енгізу арқылы;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

86. Осьті шөгу кеуекелдік дегеніміз:

А. құйманың орта бөлшек терендігі орынды қабырға қалыңдығындағы ұсақ шөгу бақалшақтараның зонасы;

В. құйманың созылған элементтерінің тар осьті облысында тізбек боп созылған ұсақ шөгу бақалшақтарының жиналуы;

С. қалыпқа құю кезіндегі металдың локальді ысып кеткен жерлеріне ұсақ шөгу бақалшақтарының жиналуы;

Д. құймаың қимасын жағалаған шөгуге ұқсасты ұзақ кеуекілдер;

Е. құйманың жоғары жағындағы кеуекелдік, көбінесе пайда астында.

 

87. Осьтен сызықты шөгу кеуекелдігі құйылған бұйымдар пайда болады:

А. жүйелі қату кезінде;

В. пайда биіктігінің толымсыздығында;

С. көлемді қату кезінде;

Д. құйманың бір қалыпты емес қатуы;

Е. қалыптағы металдың орнында қыздырылуы.

 

88. Осьті кеуекелдігінің құймаларда пайда болу себебі:

А. қату кезіндегі екі фазды жағдай зонасының ерекше кеңдігі;

В. пайданың аз көлемі;

С. құймадағы шөгудің қиындығы немесе бағытсыз қату;

Д. қалыпты орнында қыздыру арқасындағы, құйманың бөлшектерінің питаниясы бұзылуы;

Е. металл құйылуының төмен температурасы.

 

89. Дұрыс емес жаупты белгіле.

Металл шығысымен пайда көлемін келесі жолмен азайтуға болады:

А. пайданың жылу изоляциясымен;

В. пайда үшін экзотермиялық қабық және қоршау қолдану;

С. пайдаға сұйық металл қасу;

Д. ұйманың қатуын, ішкі суытқыштар арқылы жылдамдату;

Е. құймаларда жылу ұстағыш қондырғыштар қолдану.

 

90. Жүйелі қататын құймалар:

А. кең интервалды температурада, үлкен жылдамдықты сууда кристалданатын қорытпалардан;

В. эвтектикалық құрылымды таза металдармен қорытпалардың қалаған суу жылдамдығында;

С. тар интервалды температура, суудың төменгі жылдамдығында кристалданатын қорытпалардан;

Д. қатты кезінде шексіз ери алатын қорытпалардан;

Е. эвтектикалық дейінгі құылымды қорытпалардан.

 

91. Қорытпалардың сұйық ағу деп:

А. ерітінді ағатын, гидравликалық қысымның ең төменгі өлшемі;

В. берілген қорытпамен толатын қабырғаның тіп қалыңдығы немесе анал диаметрі;

С. қалыпты толтыру жағдайында канал ұзындығы;

Д. қорытпадағы қатты фаза саны;

Е. ерітінді ағатын ең төменгі температура.

 

92. Қорытпалардың шынайы сұйық аққыштығы анықталады:

А. ликвидус температурасынан биік ысып кетудің бірқалыпты өлшемі;

В. құю температурасының бірдей болуы;

С. нольдік сұйық ағу температурасынан жоғары бірқалыпты өлшемді ысуы;

Д. пештің тұрған қорытпаның біркелкі ысуы;

Е. қорыту мен құюдың еркін жағдайлары.

 

93. Тиімді питание болу үшін қату

А. құйманың толық көлемінде бір уақытта өту керек;

В. пайда тұрған дерден шетке қарай жылжу керек;

С. жүйелі жоғарыдан төменге қарай жүру керек;

Д. шеттен ортадан пайдаға қарай жылжу керек;

Е. дұрыс дауабы жоқ.

 

94. Қате жауапты белгіле.

Қатуда жылдамдату және құйманың қалың бөлшектерін суыту үшін арналған тоңазытқыштар.

А. сыртқы монолитты;

В. сыртқы еритін;

С. сыртқы қалыптасатын;

Д. ішкі еритін;

Е. ішкі ерімейтін.

 

95. Атмосфералық немесе одан да жоғары қысым әсерімен істейтін құймадағы пайдалар қамтамасыз етеді:

А. ыстық жарықшақтарды пайда болуына кедергі жасайды;

В. сұйық металдың пайдадан шөгу кеуекелдері пайда болған жерлерге жылжуының тиімділігін көтереді;

С. транскристализацияны басады;

Д. осьтан сырт шөгу кеуекелдігінің алдын алады;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

96. Атмосфералықтан жоғары қысым әсерімен пайда жұмысы:

А. газ пайда болатын зарядтан газ шығады;

В. сұйық металда еріген газдардың щығуы;

С. қалып қызған кезде шығатын газдар;

Д. құйма металындағы химиялық әрекеттесудегі газ бөлінеді;

Е. дұрыс жауабы жоқ.

 

97. Қате жауапты белгіле.

Фасонды құйманың қатуын бағыттау үшін:

А. қалыптан шығарылған құйманы жылуды көп беретін (су, тұман, суық ауа) ортаға орналастыру керек;

В. технологиялық қоспа және қалыңдық арқылы құйманың конфигурациясы өзгерту керек;

С. жылдам суыту қажет құйма бөлшектеріне сыртқы және ішкі мұздатқыштар қолдану керек;

Д. құйма бөлшектерінің сууын бояулату үшін қалыпқа жылу ұстайтын қосымшалар қолдану керек;

Е. қалыпты сұйық металл жылуымен қыздыруды қолдану керек.

 

98. Қате жауапты белгіле.

Құймадағы ішкі кернеудің жаман әсерлері қатарына:

А. суып жатқан құймада суық кеуекілдердің пайда болуы;

В. термиялық өңдеу үшін қыздырылған құймада жарықшақтардың пайда болуы;

С. қалыпты ауада суыған құйманың қақырауы;

Д. термиялық өңдеуге қыздырылғандағы қақырауы;

Е. талапқа сай келмейтін макроқұрылымдардың пайда болуы.

 

99. Қате жауапты белгіле.

Қалдық кернеудің әсеріне құйылған затта былай көруге болады:

А. жону сияқты механикалық өңдеу кезінде бұйымның кернеулі орындарында конфигурация өзгереді;

В. қолдану немесе сақтау кезінде конфигурацияның жай өзгеруі;

С. есептіден кем ауырпашылықтан бұйымның бұзылуы;

Д. макроқұрылымның бағытының өзгеруі;

Е. барлық жауап дұрыс.

 

100. Қате жауапты белгіле.

Құйылған заттарда осьтен сыртқы шөгу кеуекілдігінің пайда болуын азайту немесе тоқтату үшін:

А. қату кезінде жылдам суыту керек;

В. сыртқы қысым арқылы кристалдану;

С. үлкейтілген мөлшерде тиімді пайда қолдану;

Д. бағытты кристалданудағы жылу беруді қолдану;

Е. ішкі қысымды қоса кристалдану.

 

«Металл жүйелерінің қалыптасуы теориясы»пәні бойынша дешрифтары.

 

1     C

2     D

3     B

4     A

5     C

6     C

7     C

8      A

9      B

10    B

11    C

12    D

13    C

14    D

15    C

16    B

17    B

18    E

19    A

20    B

21    C

22    B

23    B

24    C

25    C

26    B

27    A

28    C

29    E

30    C

31    C

32    B

33    D

34    C

35    C

36    B

37    B

38    D

39    B

40    C

41    A

42    C

43    C

44    C

45    B

46    C

47    B

48    E

49    C

50    C

51    C

52    C

53    C

54    B

55    A

56    B

57    B

58    C

59    C

60    C

61    D

62    C

63    B

64    C

65    B

66    B

67   D

68    D

69    D

70    E

71    B

72    A

73    E

74    C

75    B

76    A

77    E

78    E

79    B

80    C

81    C

82    D

83    A

84    D

85    C

86    B

87    C

88    C

89    E

90    B

91    C

92    C

93    D

94    B

95    B

96    A

97    A

98    E

99    D

100