Доклад по физике на тему: «Литье металлов» — способы и условия получения отливок

Металл играет важную роль в жизни человечества. Этот материал используется людьми во всех отраслях в огромном количестве. Поэтому неудивительно, что темпы металлургического производства только наращиваются. Несмотря на научно-технический прогресс, альтернативы железу, стали, чугуну и прочим близким к ним веществам пока не найдено. Изучить подробнее процесс изготовления продукции из этих материалов поможет доклад на тему литье металлов.

Немного истории

По нынешнему размаху промышленности современная цивилизация всего за один год перерабатывает металл в таком объеме, на добычу которого в прежние времена ушла бы как минимум пара столетий. И дело не только в усовершенствованных технологиях и возросшей скорости производственных процессов. Такой объем металлопромышленной продукции — насущная потребность современного человечества.

В докладе по физике о литье металлов нельзя не уделить немного внимания зарождению и развитию литейного дела. Способность железа застывать в заданной форме при определенных условиях была высоко оценена людьми еще в древности. По предположениям многих ученых и исследователей, знакомство человечества с металлом осуществилось посредством метеоритов.

Метеоритное железо обладало всеми характеристиками, необходимыми для успешного литья (плавкостью и т. д. ). Именно это вещество положило начало зарождению литейного дела. Древние люди довольно быстро изучили основы процесса «укрощения» металла, после чего наступила стадия развития литья как составляющей жизнедеятельности. К эпохе Средневековья литейное дело было уже крупной отраслью с большим оборотом денежных средств.

На протяжении многих веков человечество постигало тайны металла и не напрасно. Сейчас познание уже достигло такого высокого уровня, что практически любой мастер-любитель может в домашних условиях изготовить простую и небольшую металлическую деталь.

Общая информация

Основной способ получения металлических изделий — это литье. Суть этого процесса заключается в заполнении какой-либо емкости или полости материалом в жидком агрегатном состоянии. Расплавленный металл заливают в специальную литейную форму.

Рабочей частью этой емкости служит полость определенного формата. Она задает помещенному в нее материалу нужные параметры — форму и размер, поверхность и ее качество. Последующий этап — термовременной переход вещества из жидкого в твердое агрегатное состояние. На этом этапе материал, который залили в полость, охлаждается и затвердевает, в результате чего приобретает заданные литейной формой габариты, конфигурацию и прочие характеристики. Полученные изделия называются отливками.

Литейное производство — это метод изготовления фасонных заготовок деталей посредством заливки металла в расплавленном состоянии внутрь заранее подготовленной полой формы, имеющей нужную конфигурацию. После отвердевания и охлаждения материала в полости образуется отливка-заготовка детали.

Стоит подчеркнуть, что полученный результат литейного производства — это именно заготовка, а не копия детали. Произведенная отливка при правильном проведении процесса создания максимально приближена по размерам и форме к оригинальной детали, но все же не повторяет ее полностью. Посредством литья невозможно получить точную копию. Это задачи последующей обработки и уже совсем другие этапы производства (затачивание, шлифовка и т. п. ).

Наименование литья применимо ко всему, что получают посредством процесса отлива металлов. Эта категория представлена не только продукцией литейного производства, но и художественными изделиями, а также продуктами народных промыслов.

Области применения

Технологический процесс литья металлов отличается востребованностью, так как его применение позволяет производить разнообразную продукцию высокого качества, не прибегая к громоздкому оборудованию и огромному количеству работников.

Этот способ производства используется для создания и выпуска различных металлических изделий, которые, в свою очередь, широко применяются в следующих отраслях:

• автомобилестроительной;
• авиационной;
• машиностроительной;
• электротехнической;
• медицинской (в частности — стоматологической и ортопедической);
• ювелирной и т. д.

На современном рынке металлопромышленности эта производственная технология пользуется высочайшим спросом. Более того, литье металлов входит в топовую десятку лучших мировых технологий, наиболее эффективных и самых применяемых.

Классификация литья

Литье включает в себя множество подкатегорий, значительно отличающихся друг от друга по самым разным критериям. Классификация литья металлов на основные разновидности отображена в таблице.

Основными критериями считаются материал изделия и технология отлива. Поэтому стоит рассмотреть относящиеся к ним категории подробнее.

Материал отливок

Литью поддаются все существующие металлы, но их пригодность для этого процесса далеко не одинакова. Они отличаются друг от друга по своим литейным свойствам — ключевым параметрам для процесса. Главным показателем пригодности материала для литья служит его жидкотекучесть. Этот параметр отражает способность к заполнению литейной формы любой конфигурации. Степень жидкотекучести вещества находится в зависимости от следующих его характерных особенностей:

• химического состава;
• внутренней структуры;
• температуры плавления.

Материал для отлива должен обладать высоким значением жидкотекучести. Для этого у него, в частности, должна быть низкая температура плавления. Чем ниже этот показатель у материала, тем легче производится его отлив и, соответственно, тем меньше затрат требует производственный процесс. Именно поэтому самые востребованные и распространенные в промышленности металлы — это обладатели низкой температуры плавления.

Металлы, пригодные для литья и активно применяемые в этом процессе, делятся на три категории:

• черные;
• цветные;
• редкоземельные.

Кроме того, иногда в отдельную категорию выделяются сплавы, в основу которых положены черные или цветные металлы (например, для первых это чугун с шаровидным графитом). К группе черных металлов относятся отливки из сплавов на основе железа:

• стали;
• ковкого чугуна;
• литейного чугуна.

Редкоземельными металлами называются 17 элементов периодической системы Менделеева. Разумеется, по востребованности в металлопромышленности они значительно уступают масштабам литья черных и цветных металлов.

Что касается цветных металлов, то они представлены драгоценными материалами, а также веществами, не включающими в свой состав большого количества железа:

• алюминием;
• бронзой;
• висмутом;
• золотом;
• латунью;
• медью;
• магнием;
• никелем;
• оловом;
• платиной;
• свинцом;
• серебром;
• титаном;
• цинком и т. д.

Для каждого вида материала в соответствии с его свойствами и характеристиками определены предпочтительные технологии отлива. Это позволяет произвести изделие с нужными параметрами и качествами, а также, что не менее важно, избежать брака.

Технология производства

С момента возникновения литейного производства и до настоящего времени было разработано множество различных техник отлива, отличающихся по условиям. Так как этих технологий очень много и охватить их все в рамках одного доклада невозможно, стоит рассмотреть главные из них. К основным способам литья металлов относятся следующие:

• статический;
• центробежный;
• под давлением.

Статическое литье выражается в заливке материала в неподвижную форму. Это самый часто применяемый метод и, вероятно, наиболее легкий и простой. Металл, который расплавили, заливают в полость неподвижной литейной емкости пока та не заполнится. Затем материал выдерживают в форме до его отвердевания.

Центробежный тип литья подразумевает заливку расплавленного материала в специальную металлическую или песочную форму, которая вращается вокруг оси (горизонтальной или вертикальной). Этот способ отлива отличается экономичностью, к тому же для производства определенных видов продукции он подходит гораздо больше, чем отлив статического типа. К такой продукции относятся кольца и трубы осесимметричного типа и многое другое. Особым спросом пользуются изготовленные центробежным способом заготовки с формой тел вращения — это всевозможные втулки, роторы, гильзы и т. д.

Метод отливки под давлением отличается:

• высокой производительностью;
• высоким качеством;
• точными размерами изделия, что сводит потребность в его последующей механической обработке к минимуму.

Суть процесса выражается в следующем — автоматический литейный механизм наполняет специальную пресс-форму из металла (матрицу для отливки) расплавленным материалом под давлением в диапазоне 7−700 МПа. Отливки, произведенные таким методом, широко применяются в качестве составных деталей при сборке автомобилей, компьютеров и большой части бытовой техники.

Стоит также отметить, что различные виды литья металлов могут применяться как по отдельности, так и в объединенном (совмещенном) варианте — например, литье электрошлакового типа в кокиль и т. п.

Изучение процесса литья входит в школьную программу и относится к физике за восьмой класс. Такой доклад на тему литье металлов поможет учащимся в усвоении изучаемого материала.