Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

того бария, буры и т. д. Для защиты от окисления поверхность расплавленного металла засыпают слоем древесного угля.

Плавка медных сплавов и заливка форм. Для плавки медных сплавов применяют тигельные горны, пламенные печи, дуговые и индукционные электрические печи.

Стационарные тигельные горны применяются для плавки не­ больших количеств металла в закрытом графитовом тигле.

В дуговой электроплавильной печи (рис. 84) металл расплав­ ляется электрической дугой, возникающей между двумя графито­

Рис. 84. Дуговая печь для плавки медных сплавов

выми электродами. После расплавления шихты печь покачивают для перемешивания металла и ускорения плавки.

Индукционная печь с металлическим сердечником пред­ ставляет собой своеобразный понижающий трансформатор, вто­ ричной обмоткой которого является находящийся в печи сплав. Печь работает только при наличии кольца из жидкого металла вокруг футерованной первичной катушки. В этом кольце возбуж­ даются токи, которые превращаются в тепловую энергщо и рас­ плавляют загружаемые шихтовые материалы. Поэтому после окон­ чания плавки из печи выливают металл не полностью; на жидкий сплав, частично оставшийся в печи, загружают отходы медных сплавов.

По мере расплавления первой порции загружается остальная часть шихты, за исключением цинка, олова и свинца, которые так же, как и при работе на других печах, загружаются к концу плав­ ки. Готовый сплав поворотом печи сливают через сливной носок в ковш, часть же сплава (около 20%) оставляют для начала сле­ дующей плавки’.

Жидкотекучесть большинства медных сплавов обеспечивает получение самых тонкостенных отливок. Мелкозернистые формо­ вочные материалы позволяют получать чистую и гладкую поверх-

14S

іюсть отливок. В наполнительную формЬвочную смесь добавляют около 10% свежих материалов, в облицовочную — до 40%.

Для приготовления стержневых составов применяют кварце­ вый песок, а в качестве крепителя — чаще всего декстрин и суль­ фитный щелок. Стержни окрашивают графитовыми чернилами, что нредотврашет пригар песка на внутреннюю полость отливки.

Медные сплавы отличаются значительной усадкой и легко окисляются с образованием на поверхности пленки окислов. По­

загообразного или ступенчатого стояка, который обеспечивает бо­ лее плавный подвод металла.

Для лучшего питания на отливке устанавливают массивные прибыли и питающие выпоры, осуществляя подвод металла в мас­ сивную часть отливки.

Алюминиевые литейные сплавы. К отливкам из алюминиевых сплавов предъявляются разнообразные требования по прочности, герметичности, коррозийной стойкости и т. д., поэтому в производ­ ственных условиях встречается большое разнообразие литейных алюминиевых сплавов (ГОСТ 2685—63 предусматривает 36 различ­ ных марок). Алюминиевые литейные сплавы по химическому со­

чительной усадкой и большой жидкотекучестью, но имеют неболь­ шую механическую прочность. Добавка в эти сплавы магния, меди и других элементов повышает их прочность; присутствие железа понижает пластичность.

150

Сплавы алюминия с магнием при добавке других металлов (марок АЛ8, АЛ 13, АЛ22 и др.) обладают наиболее высокими ме­ ханическими и пластическими свойствами, коррозийной стойкостью и наименьшим удельным весом по сравнению с другими литейными сплавами алюминия. Но они имеют меньшую жидкотекучесть и по­ вышенную склонность к окислению и образованию трещин в мес­ тах перехода от тонких стенок отливки к толстым. Поэтому сплавы с содержанием более 8 % магния плавят под слоем флюсов. Спла­ вы алюминия с магнием очень чувствительны к примесям железа й окислам, понижающим их механические свойства. Добавка в эти сплавы бериллия и титана улучшает механические свойства и кор­ розийную стойкость.

Сплавы алюминия с медью и добавками (марок АЛ7, АЛ7В и АЛ 19) значительно уступают по своим литейным свойствам спла­ вам Äl + Si. Они обладают меньшей жидкотекучестью и большей склонностью к образованию трещин. Увеличение содержания меди в сплавах (алькусинах) повышает их жидкотекучесть и жаропроч­ ность, но одновременно и хрупкость. Особенностью этих сплавов является их высокая износостойкость. Механические свойства от­ ливок из некоторых сплавов этой группы можно улучшить путем термической обработки.

Сплавы алюминия с цинком и другими добавками мало при­ меняются в литейной, практике из-за пониженной коррозийной стойкости и низких литейных и технологических свойств.

Сложные алюминиевые сплавы отличаются от обычных по хи­ мическому составу и микроструктуре. Они имеют высокую жаро­ прочность, хорошую жидкотекучесть и дают небольшую линейную усадку.

Плавка алюминиевых сплавов. Для плавки алюминиевых сплавов применяют чушковый алюминий, машинный лом, металлы, которые непосредственно входят в сплав, отходы литейного про­ изводства и различные лигатуры.

В состав металлической шихты входит 40—60% оборотных ме­ таллов (лома, брака, литников, выпоров, прибылей и т. д.) и 40— 60% чистых металлов. Для предохранения металла от окисления применяют флюсы (КС 1, MgCb, NaCl и др.). Для получения плот­ ного металла с более мелким строением в жидкий металл добав­ ляют модификаторы (натрий и его соли).

Алюминиевые сплавы плавят в поворотных пламенных тигельных горнах с металлическим тиглем- (рис. 86, а), элек­ трических тигельных горнах сопротивления (стационарных и

Плавка алюминиевых сплавов затрудняется их сильным окис­ лением и насыщением газами при нагревании свыше 800°. Плохая растворимость водорода в твердом алюминии- и хорошая раствори­ мость в жидком является одной из причин пористости алюминие­ вых сплавов. Для обеспечения высокого качества отливок приме­

151

няют плавку под слоем флюсов, газовое рафинирование, рафиниро­ вание солями, модифицирование и др.

Рафинируют сплавы алюминия продуванием через них хлора в течение 5— 10 мин. При этом хлор вступает в химическое взаимо­ действие с алюминием и другими элементами:

ЗСІ2+ 2А1 = 2А1С13; С12+ Н2= 2НС!.

Образующиеся газообразные продукты АІСІ3, НС1 и С12 удаляются из металла, захватывая с собой А120 3, Si02 и газы. Рафинирование хлором осуществляется при температуре 670—690°. Металл при-

Рис. 86. Печи для плавки алюминиевых сплавов:

/ — загрузочное окно; 2 — ванна; 3 — нагревательные элементы

обретает высокие механические свойства. Кроме хлора, для газо­ вого рафинирования можно применять азот.

При рафинировании солями (ZnCl2, ZrCl2, TiCK, ВС13) они взаимодействуют с алюминием по реакциям:

Образующийся хлористый алюминий выделяется в виде пу­ зырьков пара, увлекающих за собой растворенные в сплаве газы. Цинк или другие элементы (Zr, Ті, В) остаются в сплаве в качестве примесей.

Для дегазации алюминиевых сплавов может применяться также вакуумное рафинирование (рис. 87, а). В расплавленный металл по­ гружается пористый шамотовый или графитовый фильтр 1, который трубкой 2 подсоединен к вакуум-насосу. Удаление растворенных в металле газов происходит при степени разрежения 580— 660 мм рт. ст.

152

Модифицирование алюминиево-кремниевых сплавов позволяет получить более равномерную мелкозернистую структуру металла.' Перед модифицированием сплав нагревают до 800—820° и засы­

12 мин), поэтому его надо быстро разлить в формы. В связи с этим

пившийся в электрообогреваемом тигле 1, выпускается в раздаточ­ ный ковш 5 (при подъеме запорного стержня 4).

Комплексные способы плавки сочетают несколько рассмотрен­ ных выше способов.

Особенности производства отливок из алюминиевых сплавов.

Формовочные и стержневые смеси для алюминиевых сплавов дол­ жны обладать хорошей податливостью. В формовочную смесь вво­ дят связующие добавки: глину, сульфитный щелок и т. д. Влаж­ ность смеси должна составлять 5—7%. В массовом производстве в большинстве случаев литье производят в металлические формы.

Из алюминиевых сплавов получают отливки как простой, так и сложной конфигурации со стенками толщиной от 3,5 мм и выше. Из этих сплавов изготовляют картеры, блоки и другие детали. Применяют литниковые системы с сифонным подводом металла через вертикальные щелевидные литники . (рис. 88, б)' и заливку сверху через коллектор (рис. 88, в).

Внизу стояка 3 обычно устанавливают фильтровальные сетки, которые задерживают шлак. Такие же сетки устанавливаются по пути движения металла в различных местах коллектора 4.

153

В зависимости от конфигурации отливки применяют коллекто­ ры прямые (рис. 88, а) и кольцевые (рис. 88, в). Перпендикулярно к коллектору располагают питатели 2. Сумма площадей сечения питателей обычно в 1,5 раза больше сечения стояка. Выпоры / выполняют массивными, чтобы они не только способствовали уда­ лению газа из формы, но и служили прибылью для отливки. Сум­ марный вес выпоров нередко равен весу деталей, а вместе с литни­ ковой системой более чем в 1,5 раза превышает последний.

Рис. 88. Литниковые системы для алюминиевых сплавов

Магниевые литейные сплавы. Для отливки фасонных деталей применяются сплавы магния с алюминием, цинком, марганцем и кремнием, имеющие удельный вес 1,75—1,85. В отдельные сплавы вводят добавки: бериллий, кальций, титан, бор и др.

Наиболее высокие механические свойства имеют магниевые литейные сплавы, содержащие 4% алюминия. При содержании до 8—10% алюминия прочность при растяжении и вязкость понижа­ ются, а твердость увеличивается. Сплавы магния с алюминием, можно подвергать термической обработке с целью улучшения их механических свойств. В двойные сплавы магния и алюминия для повышения их механических свойств вводят от 0,2 до 3,5% цинка.

Металлическая шихта для приготовления магниевых сплавов обычно состоит из технического магния, лома, оборотного .метал­ ла и лигатур. Присадки могут вводиться в виде чистых металлов.

Состав лигатур: 70% алюминия + 20% магния + 10% марганца (температура плавления 550°); 90% алюминия-Ь 10% магния (тем­ пература плавления 560°); 50% алюминия+ 45% магния + 5 % бе­ риллия (температура плавления 575°).

Модификаторами для магниевых сплавов служат кальций, це­ рий, цирконий в виде углекислых солей, хлористое железо. Каль­

Флюсы для рафинирования: 50% MgF2+ 50% B20 2.

Плавка магниевых сплавов. Магниевые сплавы плавят в ти­ гельных печах с газовым или нефтяным обогревом, электрических печах сопротивления и индукционных печах. Емкость электротиг­

154