Файл: Постников Н.С. Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 79
Скачиваний: 0
кий газообразный азот содержит до 2,5% примесей (кислород, .вода и т. д.). Через газоподводящую трубку азот под избыточным давлением 0,05—0,15 ат подается снизу в расплав. Пузырьки азота механически увлекают за собой встретившиеся на пути взвешенные примеси, а также адсорбируют растворенный в расплаве водород. Время рафинирования азотом составляет 10—'15 мин. Качество дегазации в значительной мере зависит от степени измельчения пузырьков газа, пропускаемых че рез расплав.
На рис. 15—17 показаны различные устройства для дегазации сплавов азотом. На рис.15 схематически пока зано устройство для подачи азота в расплав с помощью распределителя газов. Азот из баллона подается в труб ку, заканчивающуюся диффузором. Продувая 50 кг алю миниевого расплава в течение 8 мин при расходе азота
р. 15 |
р. 16 |
|
р. |
17 |
|
Рис. 15. Трубка с диффузором для рафинирования |
азотом: |
||||
|
1 — трубка; |
2 — д и ф ф у з о р |
|
||
Рис. 16. Трубка (/) |
с отверстиями |
(2) для |
рафинирования азотом |
||
Рис. 17. Схема подачи |
азота через нижнюю часть тигля: |
||||
/ — тигель; 2 — диск |
из пористого огнеупора; 3— огнеупорная |
крышка: 4 — |
|||
стальная газоподводящая |
трубка; 5 — огнеупорная защита трубки |
5 л/мин, можно удалить до 90% растворенных газов. При подаче азота через графитовую трубку (рис. 16) в ниж ней ее части для лучшего распределения газа просверли вают радиальные отверстия или надевают на выходной
66
конец трубки колпачок из |
пористого |
графита. |
Расход |
азота составляет 720 л на |
1 г алюминиевого расплава. |
||
Эффективность общеизвестного |
способа |
продувки |
инертного газа через всевозможные трубки при прочих равных условиях определяется размером пузырьков про дуваемого газа, зависящим от диаметра трубки. Прове денные расчеты показывают, что при уменьшении диа метра газовых пузырьков возрастает продолжительность
их контакта с обрабатываемым |
металлом и увеличивает |
||||
ся общая поверхность пузырьков инертного |
газа |
(табл. |
|||
25). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 25 |
|
Общая поверхность газовых пузырьков в зависимости |
|
||||
|
|
от их диаметра |
|
|
|
Д и а м е тр |
|
Внешная |
Количество |
Общая |
поверх |
Объем |
поверхность |
пузырьков |
ность |
||
пузырька, мм |
пузырька, мм3 |
пузырька |
газа в 1 л га |
пузырьков в 1 л |
|
|
|
газа, мм1 |
за |
газа, |
ммг |
0,5 |
0,065 |
0,785 |
15280000 |
12000000 |
|
1,0 |
0,524 |
3,14 |
1908000 |
6000000 |
|
5,0 |
65,49 |
78,54 |
15280 |
12000000 |
|
10,0 |
523,6 |
314,16 |
1908 |
600000 |
Для получения тонкодисперсных пузырьков газа раз работан способ введения газа в расплав через пористую керамику. При этом установлено, что непрерывный (ди намический) процесс дегазации более эффективен, чем дегазация в ковшах, так как при литье из ковша дегази рованного металла снова происходит насыщение его во дородом, что практически исключается при динамичес ком режиме.
На рис. 17 показана установка, с помощью которой азот 'можно подавать в расплав в течение всей плавки через пористый диск из огнеупора (глинозема), располо женный в нижней части тигля; графитовые диски для этого не годятся. При продувке образуется множество мелких пузырьков газа и тем самым увеличивается по верхность контакта между газом и расплавом. Диаметр пузырьков газа, пропущенного через пористый огнеупор, меньше 1 мм, а диаметр пузырьков, выходящих из труб ки, около 10 мм. Поэтому общая поверхность пузырьков
3* Зак, 610 |
67 |
в единице объема в первом случае почти в 20 раз больше (см.табл.25).
Предложенные схемы введения в расплав азота мо гут быть использованы и для других газов, так как про дувка азотом не всегда обеспечивает достаточно полную очистку спл.ава. Это объясняется тем, что при темпера турах рафинирования (690—700°С) вспльгвание пузырь ков и взвешенных частиц затруднено из-за повышенной вязкости сплавов, а рафинирование при температуре вы ше 700°С нежелательно, так как азот начинает реагиро вать с алюминием и образует нерастворимое соединение A1N. Лѵчшие результаты дает рафинирование аргоном аз течение 10—\2мин (табл.26).
Т а б л и ц а |
26 |
Механические свойства |
о |
сплава АЛ9 (Т4), |
|
Продувка аргоном производилась через окрашенную
защитной |
краской стальную |
трубку — спираль (рис. |
||
18). В трубке было просверлено |
около |
100 |
отверстий |
|
диаметром |
1 мм; избыточное давление при рафинирова |
|||
нии составляло 0,1—0,2 ат, а средний |
расход |
аргона |
5 л/мин.
Хлор является химически активным по отношению к алюминию газом; при продувке расплава хлором обра зуются химические соединения; хлористый алюминий (АІСІз) и хлористый водород (HCl). Баллон с хлором защищают от нагрева экраном или покрывают краской, отражающей тепло. Осушение хлора осуществляют кон-
68
центрированной серной кислотой. После хлорирования расплав продувают азотом, чтобы удалить из него взве шенные в нем хлориды и остатки хлора.
Для лучшего распределения хлора пользуются по ристыми трубками или трубками с пористыми насадками. Трубки изготовляют из графита или из кварцевого стекла, последние 'более термостойки, химически инертны по отношению к хлору и почти не реагируют с жидким
алюминием. Давление хлора |
составляет |
80—120 |
мм |
|
рт. ст., оптимальное время |
хлорирования |
8—12 мин, |
а |
|
температура 720—730°С. |
По |
окончании |
хлорирования |
систему трубопроводов очищают от хлора, продувая ее азотом одну минуту.
Недостатком этого способа рафинирования является сложность технологического процесса, так как из-за токсичности хлора требуются специальные меры по тех нике безопасности.
Рафинирующее действие хлористых солей (ZnCb МпСЬ, АІСІз и др.) основано на быстром разложении и испарении этих солей при взаимодействии с расплавлен ным алюминием и образовании газообразного хлористо го алюминия (А1С13). Недостатком этого способа рафи нирования является повышенная гигроскопичность хло ристых солей, особенно ZnC^. Вместе с рафинирующими солями в расплав попадает влага, что значительно сни
жает эффект рафинирования. Кроме |
того, |
рафинирова |
|
ние хлористым цинком является нежелательным |
для |
||
сплавов, в которых цинк является |
вредной |
примесью, |
|
так при этом происходит насыщение |
сплава |
цинком. |
В |
последние годы делались попытки использовать другие хлориды для дегазации алюминиевых сплавов, а имен но — органические; гексахлорэтан, гексахлорбензол, четыреххлористый углерод, хлорид алюминия и др.
В качестве дегазирующего средства широкое приме нение нашел гексахлорэтан (СгОб) — органическое ве щество белого цвета; плотность его 2,091 г/ом3, темпера тура возгонки 185,5°С. В отличие от МгіСЬ и других хлоридов гексахлорэтан негигроскопичен, значительно дешевле хлористого марганца и обладает более высокой іегазирующей способностью. Интенсивность дегазации гексахлорэтаном можно сравнить с интенсивностью ра финирования хлором. При введении в алюминиевый расплав гексахлорэтана 30% заключенного в нем хлора
69
взаимодействует с алюминием, а остальной хлор оста
ется в соединении с углеродом, |
образуя |
тетрахлорэтилен. |
||||||
Тетрахлорэтилен представляет собой жидкость с тем |
||||||||
пературой кипения 121°С и плотностью |
1,624 |
(при |
15°С). |
|||||
В условиях |
обработки расплава |
он превращается |
в |
пар |
||||
и производит дегазацию наряду с хлористым |
алюминием. |
|||||||
•В результате проведенных исследований было уста |
||||||||
новлено, что |
гексахлорэтан |
значительно |
увеличивает |
|||||
жидкотекучесть сплава ВАЛ5, которую |
определяли |
nq |
||||||
спиральной |
пробе, отлитой в |
сырую |
песчаную |
форму. |
||||
Рафинирование осуществляли |
при |
730°С. В табл. |
27 |
приведены сравнительные результаты исследований для двух дегазаторов: гексахлорэтана и аргона.
Гексахлорэтан вводился в расплав при помощи коло
кольчика |
тремя |
порциями в |
количестве |
0,3—0,5% |
от |
||||||
|
|
Т а б л и ц а 27 |
массы |
шихты. |
Продувку |
||||||
|
|
сплава |
аргоном .произво |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
Влияние адсорбционных |
дили |
по обычной, |
приня |
||||||||
дегазаторов на жидкотекучесть |
той ів производстве |
мето |
|||||||||
сплава ВАЛ5 |
|
дике. |
|
После |
дегазации |
||||||
|
|
Темпера |
|
металл |
отстаивался |
5— |
|||||
|
|
Ж и д к о т е |
—8 |
мин. |
|
|
|
|
|||
Д е г а з а т о р |
|
тура |
з а |
|
|
|
|
||||
|
ливки |
спи |
кучесть, |
Данные |
табл. 27 |
ука |
|||||
|
|
рали, |
°С |
мм |
|||||||
|
|
|
|
|
зывают на |
значительную |
|||||
Гексахлорэтан |
680 |
560 |
зависимость |
|
жидкотеку |
||||||
|
|
700 |
690 |
чести |
|
сплава |
ВАЛ5 от |
||||
|
|
|
|
|
применяемого |
дегазато |
|||||
Аргон |
|
680 |
430 |
ра. Так, при |
680°С |
жид |
|||||
|
|
700 |
620 |
котекучесть |
после |
дегаза |
|||||
ется весьма высокой (560 мм), |
ции гексахлорэтаиом оста |
||||||||||
а аргон при тех же усло |
|||||||||||
виях снижает жидкотекучесть до 430 |
|
мм. |
|
|
|
|
|||||
Таким |
образом, |
в условиях низкотемпературной |
за |
ливки формы в качестве дегазатора 'следует применять гексахлорэтан, у которого дегазирующая способность не ниже, чем у хлора [33, 34]. При сравнении результатов дагазации гексахлорэтаиом сплавов ВАЛ5, АЛ9 и алю
миния марки А99 было установлено |
(рис. 19),что наибо |
|
лее полной дегазации подвергается |
чистый алюминий |
|
[30, С.82, |
35]. |
|
На основании исследований влияния легирующих до бавок на газосодержание алюминиевых сплавов можно утверждать, что многокомпонентному сплаву ВАЛб при-
70
суща склонность к повышенному по сравнению с обыч ными силуминами исходному содержанию водорода в расплаве. Вместе с тем необходимо отметить, что сте пень дегазации сплавов ВАЛ5 и АЛ9, как видно «а рис. 19, 'Практически одинакова. Отсюда можно предполо жить, что легирующие добавки титана и бериллия в сплаве ВАЛб не оказывают заметного препятствия дега зации исследованньши способами, и количество остаточ ного после дегазации водорода такое же, как и у обыч ных силуминов. Однако при наличии в сплаве ВАЛ5 после дегазации такого же количества остаточного водо рода, как іи в сплаве АЛ9, отливки из сплава ВАЛ5 бо лее пористы. Макрошлифы (рис. 20) технологических об-
|
2,0 |
Переддегазацией |
После дегазации |
||
|
|
||||
*5 |
1,5 |
|
|
|
|
ta |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I5? |
0,5 - |
0,96 |
1,20 1,47 |
0,70 |
0,75 |
|
О |
|
|
Щ5 |
|
|
А99 |
АЛ9 ВАЛб |
А99 АЛ9 |
ВАЛ5 |
|
|
|
Paie. 19. Газонасыщенность алюминия марки А99 и сплавов АЛ9 и ВАЛ5 до и после дегазации
разцов (рис. 21), отлитых из сплавов АЛ9 и ВАЛ5 при идентичных условиях приготовления и заливки металла, резко отличаются пористостью. Ступенчатые образцы из сплава АЛ9 и ВАЛ5 после дегазации аргоном и об работки тройным модификатором заливали при темпе
ратуре 730°С в сырые формы. |
На |
фотографиях |
четко |
|
видно, |
что плотность образцов |
неодинакова. |
Порис |
|
тость образца из сплава АЛ9 |
характеризуется |
первым |
||
баллом, |
пористость образца |
из сплава ВАЛ5 — пятым |
||
баллом. |
Это подтверждается |
также данными |
работы |
[36], в которой приведены разультаты определения пре дельного содержания водорода в расплаве, исключаю щее появление пор в слитках сечением 150X37 мм:
71