Ю.И. Категоренко

Дисциплина изучается в 4 семестре

Таблица 2

В приложении к диплому итоговая оценка по учебной дисциплине (модулю), изучаемая в течение нескольких семестров, указывается оценка за семестр № 4

2.4. Содержание и тематическое планирование дисциплины

Таблица 3

2.5. Содержание дисциплины

· Цели, задачи, содержание и формы работ по дисциплине «Теория литейных процессов». Краткий исторический обзор развития теории литейных процессов. Достижения современной науки о теории литейных процессов металлов. Достижения современной науки о теории литейных процессов. Связь курса с другими дисциплинами.

· Современные представления о строении жидких металлов, Модели жидкого состояния. Элементы структурной упорядоченности в жидких металлах. Характер теплового движения частиц расплава Природа межчастичных связей в жидких металлах. Предкристаллизационные явления в металлах. Связь строения жидких сплавов с формированием структуры при кристаллизации. Технические жидкие металлы как многофазные системы.

· Основные реологические понятия. Простейшие реологические модели. Реологическая модель гомогенных жидких металлов. Вязкость жидких металлов. Особенности механизма вязкого течения. Влияние температуры и давления на вязкость. Кинематическая вязкость и характер движения металла в каналах формы. Влияние на вязкость суспендированных включений.

· Поверхностные явления в металлах и сплавах. Смачиваемость и капиллярные явления. Поверхностно-активные и инактивные вещества. Адгезия и когезия. Роль поверхностных явлений в пригарообразовании. Виды и механизмы образования пригара в отливках.

· Факторы, определяющие ширину двухфазной области при затвердевании. Последовательное и объемное затвердевание отливок. Методы изучения кинетики затвердевания отливок. Построение кинетических кривых продвижения фронта ликвидуса и фронта солидуса. Критерии характера затвердевания. Методы управления характером затвердевания.

· Методы расчета затвердевания отливок сложных конфигураций.

· Основные закономерности самопроизвольной кристаллизации металлов и сплавов. Теория гетерогенного зародышеобразования. Механизм и кинетика роста кристаллов. Кинетика кристаллизации. Формула Колмогорова.

· Перераспределение примесей на фронте кристаллизации сплавов. Внутрикристаллическая ликвация. Концентрационное переохлаждение, Ячеистая и дендритная кристаллизация. Особенности кристаллизации эвтектик.

· Кристаллическая структура отливок. Структурные зоны в отливках. Химическая неоднородность сплава в отливках. Зональная ликвация. Прямая и обратная ликвация.

· Методы управления кристаллическим строением отливок: термовременная обработка жидких сплавов, регулирование тепловых условий разливки и затвердевания, применение вибрации, перемешивания расплава, ультразвука, воздействия электрических и электромагнитных полей, введение микрохолодильников. Модифицирование сплавов, его задачи. Основные типы модификаторов и механизмы их действия.

· Методические вопросы преподавания основ затвердевания отливок.

· Основные закономерности теплообмена при течении жидких металлов в каналах литейных форм. Реологическая модель кристаллизующегося металла Механизм остановки потока жидкого металла и связь его с характером затвердевания сплава.

· Жидкотекучесть литейных сплавов. Пороки отливок, вызываемые недостаточной жидкотекучестью. Понятие о практической и истинной жидкотекучести. Методы измерения жидкотекучести металлов (ГОСТ 16438-70).

· Расчет величины жидкотекучести для сплавов, затвердевающих при постоянной температуре и сплавов с широким интервалом кристаллизации. Влияние на жидкотекучесть температуры заливки, температуры формы, ее теплоаккумулирующей способности, теплофнзических свойств металла

· Связь жидкотекучести с положением сплава на диаграмме состояния. Основные факторы, определяющие заполняемость литейных форм. Технологические резервы повышения наполняемости форм.

· Физическая природа усадки. Объемная усадка в жидком состоянии, при затвердевании и в твердом состоянии. Коэффициенты объемной усадки. Влияние технологических факторов на усадку сплавов в отливках.

· Линейная усадка. Причины, вызывающие затруднение усадки. Величины линейной усадки сплавов. Способы измерения линейной усадки Учет линейной усадки при изготовлении модельного при изготовлении модельного комплекта

· Объемные усадочные дефекты в отливках: усадочные раковины, пористость, осевая рыхлость. Механизмы образования усадочных раковин. Конфигурация усадочной раковины в отливках типа цилиндра, конуса и усеченного конуса.

· Объем усадочной раковины по Гиршовичу-Нехендзи. Влияние температуры заливки и скорости заполнения формы, ее теплофизических свойств на объем усадочной раковины. Методы экспериментального определения объема и расположения усадочных раковин. Зависимость вида усадочных дефектов от характера затвердевания сплава Условия формирования зоны осевой пористости в отливках.

· Прибыли как основной метод борьбы с объемными усадочными дефектами в отливках. Принципы конструирования и установки прибылей. Классификация прибылей по месту расположения, по конфигурации, по форме сечения. Легкоотделяемые прибыли.

· Особенности конструирования отливок с целью борьбы с объемными усадочными дефектами. Принцип направленного затвердевания.

· Понятие о технологическом выходе годного при литье. Факторы, определяющие протяженность зоны питания прибылей. Методы повышения эффективности действия прибылей. Теплоизоляция и обогрев прибылей, повышения рабочего давления в прибыли. Влияние способа подвода металла на работу прибыли. Применение наружных и внутренних холодильников для отливок.

· Горячие трещины в отливках. Теория горячеломкости сплавов. Реологическая модель сплава в интервале кристаллизации. Механизм образования горячих трещин. Мероприятия по борьбе с образованием горячих трещин в отливках.

· Литейные напряжения в отливках: усадочные, термические и фазовые напряжения. Механизмы возникновения напряжений. Формулы для приближенного расчета остаточных напряжений в отливках. Основные факторы, определяющие величину напряжений.

· Пороки отливок, вызванные литейными напряжениями: холодные трещины, коробление и деформации отливок. Расчет величины коробления для отливок типа балок.

· Мероприятия по борьбе с литейными напряжениями и их последствиями. Особенности конструирования отливок с целью предупреждения затруднений усадки и развития напряжений.

3. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.

Проблемная лекция, информационно-коммуникационная технология, модульная технология, мозговой штурм, дискуссии, реферирование литературы, тестирование.

4. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

4.1. Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы студентов для подготовки к практическим занятиям

1) Перечислите основные признаки, определяющие металлическое состояние.

2) Нарисуйте основные типы кристаллических решеток, в которые кристаллизуются металлы.

3) Опишите строении жидких металлов.

4) Опишите модели жидкого состояния металлов. Элементы структурной упорядоченности в жидких металлах.

5) Опишите характер теплового движения частиц расплава. Природау межчастичных связей в жидких металлах. Предкристаллизационные явления в металлах.

6) В чем заключается связь между строения жидких сплавов с формированием структуры при кристаллизации. Технические жидкие металлы как многофазные системы.

7) Дайте основные реологические понятия.

8) Простейшие реологические модели.

9) Реологическая модель гомогенных жидких металлов.

10) Вязкость жидких металлов. Особенности механизма вязкого течения.

11) Укажите как влияет температура и давление на вязкость.

12) Что такое кинематическая вязкость и характер движения металла в каналах формы.

13) Влияние на вязкость суспендированных включений.

14) Что такое поверхностные явления в металлах и сплавах.

15) Что такое смачиваемость и капиллярные явления. Поверхностно-активные и инактивные вещества. Адгезия и когезия.

16) Опишите роль поверхностных явлений в пригарообразовании. Виды и механизмы образования пригара в отливках.

17) Опишите факторы, определяющие ширину двухфазной области при затвердевании. Последовательное и объемное затвердевание отливок.

18) Опишите методы изучения кинетики затвердевания отливок. Построение кинетических кривых продвижения фронта ликвидуса и фронта солидуса.

19) Опишите критерии характера затвердевания. Методы управления характером затвердевания.

20) Какие имеются методы расчета затвердевания отливок сложных конфигураций?

21) Какие существуют основные закономерности самопроизвольной кристаллизации металлов и сплавов.

22) Дайте определение теории гетерогенного зародышеобразования.

23) Дайте определение механизма и кинетики роста кристаллов.

24) Дайте определение кинетики кристаллизации.

25) Дайте определение формулы Колмогорова

26) Опишите особенности перераспределения примесей на фронте кристаллизации сплавов.

27) Опишите особенности внутрикристаллической ликвации.

28) Что называется концентрационным переохлаждением.

29) Что такое ячеистая и дендритная кристаллизация.

30) Опишите особенности кристаллизации эвтектик.

31) Опишите особенности кристаллической структуры отливок.

32) Опишите особенности структурных зоны в отливках.

33) Что называется химической неоднородностью сплава в отливках. Зональная ликвация. Прямая и обратная ликвация.

34) Что называется самопроизвольной кристаллизацией?

35) Что называется критическим размером зародыша и от чего зависит его величина?

36) Как влияет степень переохлаждения на величину числа центров кристаллизации и линейную скорость роста?

37) Что называется несамопроизвольной кристаллизацией?

38) Методы управления кристаллическим строением отливок:

39) Что называется модифицированием и для чего оно применяется?

40) Основные типы модификаторов и механизмы их действия.

41) От каких факторов зависят форма и размер образующихся при кристаллизации зерен?

42) Какие структурные зоны возникают в слитке и какие факторы оказывают влияние на величину этих зон?

43) Жидкотекучесть металлов и сплавов заполняемость литейных форм

44) Основные закономерности теплообмена при течении жидких металлов в каналах литейных форм.

45) Реологическая модель кристаллизующегося металла.

46) Механизм остановки потока жидкого металла и связь его схарактером затвердевания сплава.

47) Какие пороки отливок, возникают из-за недостаточной жидкотекучести литейных сплавов.

48) Что такое практическая и истинная жидкотекучесть.

49) Методы измерения жидкотекучести металлов (ГОСТ 16438-70).

50) Методы расчета величины жидкотекучести для сплавов, затвердевающих при постоянной температуре и сплавов с широким интервалом кристаллизации

51) Как влияет на жидкотекучесть температура заливки, температура формы, ее теплоаккумулирующие способности, теплофизических свойств металла.

52) Как связана жидкотекучесть сплава с положением на диаграмме состояния

53) Какие основные факторы влияют на заполняемость литейных форм

54) Основные виды усадки металлов и сплавов

55) В чем заключается физическая природа усадки.

56) В чем заключается объемная усадка в жидком состоянии, при затвердевании и в твердом состоянии. Коэффициенты объемной усадки

57) Охарактеризуйте влияние технологических факторов на усадку сплавов в отливках

58) Что такое линейная усадка. Величины линейной усадки сплавов. Способы измерения линейной усадки Учет линейной усадки при изготовлении модельного при изготовлении модельного комплекта.

59) Причины, вызывающие затруднение усадки.

60) Назовите объемные усадочные дефекты в отливках и механизмы их образования. Конфигурация усадочной дефектов в отливках типа цилиндра, конуса и усеченного конуса.

61) Механизмы образования усадочных раковин

62) Влияние технологических факторов на образование объемных усадочных дефектов в отливках типа усадочные раковины, пористость, осевая рыхлость

63) Методы экспериментального определения объема и расположения усадочных раковин.

64) Зависимость вида усадочных дефектов от характера затвердевания сплава

65) Что такое прибыли.

66) Какие основные принципы конструирования и установки прибылей.

67) Дайте классификацию прибылей по месту расположения, по конфигурации, по форме сечения.

68) Какие основные особенности конструирования отливок с целью борьбы с объемными усадочными дефектами.

69) Дайте определение принципа направленного затвердевания.

70) Дайте определение понятие о технологическом выходе годного при литье.

71) Назовите основные методы повышения эффективности действия прибылей

72) Назовите основные принципы применение холодильников для отливок (наружных и внутренних).

73) Дайте определение горячей трещины в отливках и теории горячеломкости сплавов.

74) Реологическая модель сплава в интервале кристаллизации

75) Дайте определение принципа образования горячих трещин.

76) Какие основные мероприятия по борьбе с образованием горячих трещин в отливках.

77) Какие литейные напряжения возникают в отливках. Основные факторы, определяющие величину напряжений.

78) Механизмы возникновения напряжений. Формулы для приближенного расчета остаточных напряжений в отливках.

79) Дайте определение образования холодных трещин, коробления и деформации отливок.

80) Основные принципы расчета величины коробления для отливок типа балок.

81) Какие мероприятия по борьбе с литейными напряжениями в отливках и их последствиями применяют для предупреждения их развития.

4.2. Темы рефератов и эссе для подготовки к занятиям

1) Строение и свойства жидких металлов и сплавов

2) Затвердевание и кристаллизация отливок

3) Жидкотекучесть металлов и заполняемость литейных форм

4) Усадка металлов и сплавов

5) Линейные напряжения и деформации в отливках

6) Горячие трещины в отливках.

7) Холодные трещины, коробление и деформации отливок.

8) Теория горячеломкости сплавов

9) Реологическая модель сплава в интервале кристаллизации

10) Методы повышения эффективности действия прибылей

11) Объемная и линейнай усадки

12) Жидкотекучесть. Методы измерения жидкотекучести металлов (ГОСТ 16438-70).

13) Ликвация.

14) Методы управления характером затвердевания

15) Поверхностные явления в металлах и сплавах на поверхности раздела метал форма

4.3. Вопросы для подготовки к экзамену

1. Механизм остановки потока при последовательном затвердевании. Расчет длительности течения в третьем периоде.

2. Тело Шведова.

3. Особенности строения металлических кристаллов.

4. Затрудненная линейная усадка. Учет линейной усадки при проектировании и изготовлении моделей.

5. Тело Ньютона.

6. Ликвация (внутрикристаллическая и зональная).

7. Поверхностное натяжение металлов и сплавов. Его зависимость от концентрации компонентов сплава. Уравнение Гиббса. Поверхностноактивные и интерактивные вещества.

8. Физико-химические методы управления кристаллической структурой.

9. Влияние технических факторов на жидкотекучесть. Способы определения жидкотекучести сплавов.

10. Реологическое поведение сплавов в пределах интервала температур кристаллизации.

11. Жидкотекучесть. Пробы на жидкотекучесть. Зависимость жидкотекучести от ширины интервала кристаллизации. Истинная и практическая жидкотекучесть.

12. СВЦК при гомогенном зародыше образования. Формула для расчета СВЦК. Зависимость СВЦК от переохлаждения.

13. Расчет продолжительности течения сплава в первом периоде при литье в песчаную форму.

14. Концентрационное переохлаждение.

15. Реологические свойства жидких и твердых сплавов. Тело Бингама.

16. Методы управления кристаллическим строением отливки. Модифицирование сплаовов.

17. Гетерогенное зародышеобразование. Принцип Данкова.

18. Тело Гука. И его реологический закон.

19. Рост кристаллов и его механизмы. Формулы для расчета линейной скорости роста.

20. Тело Сен-Венана. Характер его реологического поведения.

21. Гомогенное зародышеобразование при кристаллизации жидких металлов. Критический зародыш и его радиус. Энергия образования критического зародыша.

22. Реологическое поведение сплавов в пределах интервала температур кристаллизации.

23 .Механизм образования утяжин.

24. Линейная усадка. Объемная усадка.

25 .Роль поверхностных явлений в пригарообразовании. Виды пригара.

26. Переспределение примесей на фронте кристаллизации сплавов. Ликвация. Коэффициент распределения. Роль диффузии в жидкой и твердой фазах.

27. Поверхностное натяжение металлов и сплавов. Его зависимость от концентрации компонентов сплава. Уравнение Гиббса. Поверхностно активные и инактивные вещества.

28. Физико-химические методы управления кристаллической структурой.

29. Усадка, дефекты, возникающие при усадке и методы борьбы с ними.

30. Горячие трещины, природа их образования.

31. Устойчивость плоской формы фронта кристаллизации. Ячеистая дендритная кристаллизация.

32. Тело Ньютона. Характер его реологического поведения при τ=const

33. Строение слитков и отливок. Три характерных кристаллических зоны. Механизмы их формирования.

34. Тело Максвелла. Характер его реологического поведения при τ=const.

35. Релаксация напряжения.

36. Расчет продолжительности течения во втором периоде при литье в песчаную форму.

37. Тело Кельвина. Характер его реологического поведения.

38. Капиллярные явления. Смачиваемость. Адгезия и когезия.

39. Кинетика кристаллизации. Формула Колмогорова. Закономерности объемной кристаллизации.

40. Вязкость жидких металлов и сплавов. Зависимость вязкости от температуры, давления и состава сплава.

41. Усадочное напряжение.

42. Объемный и последовательный характеры затвердевания. Критерий характера затвердевания и влияние на него технологических факторов.

43. Особенности зародышеобразования в сплавах.

44. Рост кристаллов и его механизмы. Формулы для расчета линейной скорости роста.

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная

1. Чуркин Б.С. и др. Специальные способы литья Учеб./ Екатеринбург: Изд-во Рос.гос.проф.-пед.ун-та, 2010.-730с.

2. Д. М. Кукуй, В. А. Скворцов, Н. В. Андрианов Теория и технология литейного производства. В 2 частях. – М.: Новое знание, 2011.–– 800 с.

Дополнительная

1. Чуркин Б.С. Теория литейныхпроцессов. Екатеринбург: Рос. гос. проф.-пед. ун-т, 2006. 453 с.

2. Теория литейных процессов/Б.С.Чуркин, Э.Б.Гофман, А.Б.Чуркин, Ю.И. Категоренко. Екатеринбург, 2006. 196 с.

3. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливок.- М.: Машиностроение, 1976,- 328 с.

4. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки: В 2 ч. 4.2, Формирование макроскопического строения отливки. - М: Машино­строение, 1979. - 335 с.

5. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллического строения отливок.-М.: Машиностроение, 1973.- 286 с.

6. Баландин Г.Ф., Васильев В А. Физико-химические основы литейного производства. - М.: Машиностроение, 1971. - 244 с.

7. ГуляевВ.В. Теория литейных процессов- Л.: Машиностроение, 1976. -216 с.

8. Константинов ЛС, Труте АЛ. Напряжения, деформации и трещины в отливках,- М: Машиностроение, 1981. -194 с.

9. Куманин И.В. Вопросы теории литейных процессов. - М.: Машиностроение, 1976.- 216 с.

10. Рабинович Б.В. Введение в литейную гидравлику. - М.: Машиностроение, 1967-272 с.

11. Чуркин Б.С, Теоретические основы литейных процессов: Учеб. пособие/Свердд.инж.-пед.ин-г- Свердловск, 1991. - 200 с.

12. Чуркин Б. С. Численные методы расчета кинетики затвердевания отливок/ Урал, политехи, ин-т. - Свердловск. 1986. - 62с.

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Требования к аудиториям (помещениям, местам) для проведения занятий:

- Видеопроектор, экран настенный, компьютер;

- Перечень наглядных пособий: плакаты, слайды, фотографии макро- и микроструктур.

· Требования к оборудованию рабочих мест преподавателя и обучающихся:

Специализированная лаборатория со специальным оборудованием для проведения лабораторно-практических работ.

· Требования к специализированному оборудованию:

Печь плавильная ИСТ006, лабораторное смесеприготовительное и формовочное оборудование, измерительные приборы, слесарный инструмент.

Рабочая программа дисциплины

«ТЕОРИЯ ЛИТЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ»

Подписано в печать _________. Формат 60´84/16. Бумага для множ. аппаратов.

Печать плоская. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж экз. Заказ № .

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет». Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.

Ю.И. Категоренко

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………………..