Фильтрование металла в литейной форме

Тэн Э.Б.

Металлург, 2005 г.

ЗАЧЕМ НАДО ФИЛЬТРОВАТЬ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ?

Изготовить качественную отливку - означает получить отливку, которая не содержит недопустимых наружных и внутренних дефектов и обладает требуемыми механическими, технологическими, структурными и другими свойствами. Целый ряд этих свойств тесно связан с наличием посторонних частиц (включений) в разливаемом металле. От таких частиц необходимо избавляться.

Включения могут иметь различное происхождение и в расплав могут попасть в течение всего процесса плавки и разлива жидкого металла.

В зависимости от способа возникновения включения подразделяются на:

• экзогенные, которые попадают в металл извне, например, вследствие эрозии футеровки печи, выпускных желобов или ковша, в виде частиц первичного шлака, возникших от окисления кислородом из воздуха;

• эндогенные - т.н внутренние, образующиеся в металле в результате металлургических реакций во время разлива или затвердевания.

При температуре разливки включения бывают в твердом, жидком или полужидком (вязком) состоянии. Некоторые имеют форму компактных частиц, другие образуют плёнку небольшой толщины, но с большим размером поверхности Некоторые представляют собой единичные частицы, другие собираются в связанные формации. Одни включения с микроструктурой сплава не связаны, другие собираются главным образом в полостях между зернами. В зависимости от их состава включения бывают металлические и неметаллические. Неметаллические включения встречаются в отливках намного чаще, и их действие, как правило, наносит больший вред, чем действие металлических включений.

Наличие включений в отливках в разной степени негативно проявляется несколькими способами.

Ухудшение качества поверхности отливки- Включения вредны тем, что ухудшают внешний вид поверхности отливок, тем более что они могут достигать значительных размеров. Избавиться от такого дефекта дорого и трудоемко.

Ухудшение механических свойств - Включение - это посторонняя частица, которая нарушает металлическую решетку сплава и приводит к ухудшению его механических свойств, особенно пластичности и выносливости. Кроме количества включений в отливке отрицательное влияние на ее механические свойства имеют также размеры включтений и их формы. Особенно вредны включения, образующие плёнку. Они нарушают структуру металла на больших площадях, кроме того, создают эффект "надреза".

Ухудшение обрабатываемости- Большинство неметаллических включений имеет более высокую твердость, чем основной сплав. В результате этого ухудшается качество обработанной поверхности, снижается режущая способность и долговечность обрабатывающих инструментов.

Неплотность оппивок- Как правило, возникает в связи с наличием включений типа оксидных пленок, что влечет за собой снижение гидроплотности отливок.

Газовая пористость- Такой дефект вызывается либо наличием включений, которые химически реагирует с металлом с образованием газа, либо из-за того, что сами включения могут служить подходящим материалом для образования зародышей газовых раковин во время затвердевания. Зачастую с устранением включений решается и проблема газовой пористости.

Включения, присутствующие в отливке, лучше всего устраняются при помощи фильтрования. Для этого на пути движения расплава устанавливается соответствующий тип фильтра, который способен фильтровать различные загрязнения.

При помощи фильтрования можно решить все проблемы, связанные с наличием включений. Благодаря введению технологии фильтрации уменьшается количество брака, повышается качество отливок, что приводит к определенному экономическому эффекту.

С точки зрения качества литья - фильтрование обеспечивает увеличение механических и эксплуатационных свойств отливок.

ПРИНЦИПЫ ФИЛЬТРАЦИИ И ВИДЫ ФИЛЬТРОВ

На рынке продукции для литья можно встретить множество типов фильтров, которые применяются различными способами и имеют разное фильтровальное воздействие.

Относительно дешевый способ фильтрации можно получить при помощи плоских фильтровальных сит, металлических или матерчатых. При процеживании через такие сита на их поверхности задерживаются включения, размер которых больше размера ячеек сита. К этим задержанным включениям привязываются меньшие включения и образуют т.н. фильтровальную лепешку. После образования фильтровальной лепёшки происходит засорение сита.

Область применения таких сит ограничивается фильтрованием легких сплавов, при котором легко устраняются, прежде всего, оксидные пленки.

Намного лучшего фильтровального эффекта можно добиться с т.н. объемными фильтрами, в т.ч. производства фирмы "Lanik". Это фильтры с прямыми круглыми отверстиями - прессованные фильтры и квадратными отверстиями - экструзионные фильтры. Большого эффекта фильтрации металлов и их сплавов можно достичь при применении пенокерамических фильтров, производимых этой фирмой под маркой

Прессованные фильтры рекомендуется применять, если фильтр помещается прямо под стояком, где существует больший риск эрозии формы. При такой установке фильтр становится препятствием для потока металла и тем самым редуцирует эрозионные силы, действующие на стенки формы. Эти фильтры тоже способны образовывать фильтровальную лепешку и обладают ограниченной способностью глубинной фильтрации. Глубинная фильтрация прямо зависит от величины внутренней поверхности отверстий фильтра. Преимуществом этих фильтров является невысокая цена.

Непрерывная и полунепрерывная разливка

К такой технологии обращаются в случае фильтрации большого количества жидкого металла, порядка нескольких тонн или десятков тонн. Применяется в основном в процессе первичной или вторичной обработки легких сплавов на металлургических предприятиях.

Как правило, расплав доставляется по транспортировочным желобам в неподвижно встроенный фильтрационный бокс, в котором горизонтально или вертикально установлены фильтры VUKOPOR®. Размер и форма фильтра выбираются с учетом компоновки фильтрационного бокса, требующейся пропускной способности фильтра, скорости разлива фильтра, а также в зависимости от необходимого качества фильтрации (выбранной пористости). Фильтры VUKOPOR® могут быть оборудованы собственным нагревом, что позволяет использовать их снова после окончания процедуры разливки - не дает им остыть.

На литейных предприятиях полунепрерывная фильтрация с успехом применяется при помощи передвижного фильтрационного бокса, где через один фильтр несколько раз можно фильтровать большое количество расплава, что значительно снижает расходы, связанные с заменой фильтра при другой технологии фильтрации. Здесь тоже необходимо предусмотреть газовое или электрическое нагревание фильтра в фильтрационном боксе, чаще всего это бывает обогреваемая крышка.

Такая технология применяется, прежде всего, при разливке под давлением (разливка расплава из печи в перевозные ковши), кокильном литье (разливка на кокильную ленту). Она с большим успехом может быть применена и в других технологиях, связанных с отливкой цветных металлов (например, отливка цилиндрических заготовок и профилей из сплавов меди и пр.).