Проектирование и производство литых заготовок: Учеб. пособие

Кечин В.А., Селихов Г.Ф., Афонин А.Н.

Владимир, 2002 г.

1.5.1. Особенности плавки и литья алюминиевых сплавов

При плавке на воздухе алюминиевые сплавы окисляются и насыщаются водородом. По мере окисления на их поверхности образуется оксидная плёнка. В процессеплавкиоксидные плёнки разрушаются, их обрывки замешиваются в расплаве, а, попадая в отливки, ослабляют их сечения, снижают прочность. алюминиевые сплавырастворяют до 3 см3 водорода на 100 г расплава.

Щелочные и щелочноземельные металлы увеличивают растворимостьводорода в сплавах. Проведение плавки под флюсом предохраняет алюминиевые расплавы от окисления и насыщения водородом. Для сплавов, содержащих не более 1% магния, в качестве покрывного флюса применяют смесь хлоридовнатрия и калия (55%) в количестве 1…2% от массы шихты. Для алюминиевых сплавов, содержащих более 1% магния, в качестве флюса используют карналлит (MgCl2 ×KCl) и смесь карналлита с 10…15% фторидакальция или магния. В тех случаях, когда применение флюса невозможно, защиту этих сплавов от окисления проводят введением 0,01…0,05% бериллия. В последние годы для этой цели успешно применяют газовые смеси, например воздух с 0,1% шестифтористой серы (SF6). Из газов печной атмосферы для алюминиевых сплавов наиболее опасны пары воды. Взаимодействие их с алюминиемприводит к загрязнению расплавов оксидными плёнками и насыщению водородом:

2Al+3H2O → Al2O3+6H.

В целях предотвращения такого взаимодействия принимают ряд мер для удаления влаги: сушат шихтовые материалы, прокаливают футеровку печей и разливочных ковшей, окрашивают плавильный инструмент, сушат и переплавляют флюсы. Однако полностью предотвратить окисление не удаётся. Поэтому перед заливкой в формысплав необходимо рафинировать. Рафинированиесплава от взвешенных неметаллических включенийводорода осуществляют продувкой инертными газами (аргон, азот) и активными (хлор, смесь азота с 10% хлора) и последующим фильтрованием через зернистые и спечённые фильтры.

Технология продувки состоит в пропускании газов через пористые вставки из спечённого глинозёма для получения газовых пузырьков диаметром 1,5…2 мм. Продувкуазотом проводят при 720…730 0С в течении 15…20 мин (в зависимости от объёма расплава) с расходом газа 0,5…1 м3 на тонну расплава. Рафинирование смесью азота с хлором проводят при 710…720 0С в течение 10…12 минут с расходом газа 0,5…0,8 м3 на тонну расплава. При рафинированиихлоридами последние вводят в расплав в количестве

0,1…0,3% при температуре 720…750 0С. Взаимодействие хлоридов с алюминием сопровождается образованием хлористого алюминия, пары которого действуют также как азот или аргон. Для удаления мелких пузырьков рафинирующих газов расплавы после рафинирования отстаивают в течение 10…15 мин.

Рафинирование флюсом осуществляется при температуре 730…750 0С, расходфлюса 0,5…1% от массы расплава. Перед использованием флюс переплавляют для удаления кристаллизованной влаги. Обезвоженный флюс насыпают на поверхностьрасплава или вводят в расплав, который энергично перемешивают.

Вакуумирование алюминиевых сплавов ведут при остаточном давлении 6,6…13,3 МПа в течение 15…20 минут.

Эффективным способомочистки от неметаллических включений и плён является фильтрованиерасплавов через сетчатые, зернистые или пористые керамические фильтры. Сетчатые фильтры, изготовленные из стеклоткани с размеромячейки от 0,5×0,5 до 1,5×1,5 мм или титана, установленные в литниковых чашах, под стояками или в шлакоуловителях, позволяют в 1,5…2 раза снизить количество попавших в отливкувключений и плён, размер которых больше размераячейки сетки.

Значительно больший эффект дают зернистые фильтры, представляющие собой слой (толщиной 100…150 мм.) зёрен фильтрующего материаладиаметром 5…10 мм. Такие фильтры изготовляют из магнезита, графита, сплавовхлоридов и фторидов, алунда и других материалов. При оптимальных условияхфильтрования зернистые фильтрыработают в 2…4 раза эффективней, чем сетчатые.__ Эффективность операцийрафинирования перечисленными способами контролируют с помощью технологических проб, химического и газового анализа.

Алюминиевые сплавы модифицируют с целью измельчения зёрен. Для измельчения зерен в расплавы вводят титан, цирконий, бор, ванадий, титан совместно с бором. Измельчение зерен отливок повышает однородность их механических свойств в различных по толщине сечениях и увеличивает относительное удлинение. В качестве модификаторов используют смесь фтористого и хлористого натрия (33% NaCl, 67% NaF) или (25% NaF, 62,5% NaCl, 12,5% KCl). В некоторых случаях модифицирование совмещают с рафинированием,

используя для этой цели универсальный флюс (40% NaF, 45% NaCl, 15%

Na3AlF6). эффект от модифицированиянатрием сохраняется в течение 20…30 мин.

Модифицирующие действие стронция, который вводят в расплав лигатурой

алюминий – стронций (Sr 10%), при температуре 750…780 0С, сохраняется более 3 ч.

Заэвтектические силумины модифицируют с целью измельчения первичных кристаллов кремния. В качестве модификатора используют фосфор, который вводят в расплавы в количестве 0,05…0,1% лигатурой медь – фосфор или смесью красного фосфора (20%) с фторцирконатом калия (K2ZrF6) (10%)и хлористым калием (70%) при 790…825 0С.

Для измельченияформывыделениякристаллов железистой составляющей

(получение компактных, округлых кристаллов вместо иглообразных, резко снижающих пластические свойства) в алюминиевые сплавы вводят 0,3…0,4% марганца или бериллия.

Тщательно очищенный расплав может быть опять загрязнен в процессе заливки форм. Падение струи металла с высоты более 300 мм вызывает вспенивание и образование оксидов, часть которых попадает в отливки. Для алюминиевых сплавов недопустимо образование оксидов, часть которых попадает в отливку. В связи с этим применяют расширяющиеся литниковые системы, обеспечивающие отделение неметаллических включений и минимально допустимую линейную скоростьдвижения струи расплава на выходе из питателей.

Очень часто в шлакоуловителях устанавливают сетки (из стеклоткани, титана, стержневой смеси), усложняют литниковые системы поворотами, используют зернистые фильтры.

Алюминиевые сплавы склонны к образованию усадочной пористости, устранение которой в отливках достигают установкой массивных прибылей, холодильников, а для ответственных отливок кристаллизацией под давлением сжатого воздуха в автоклавах.

Отливки из алюминиевых сплавов изготовляют всеми известными способами литья.

Очищают оливки на гидропескоструйных установках. В зависимости от составасплаваотливкипроходят термическую обработку по определённым режимам.