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: 84
Скачиваний: 0
возможность совмещения процессов плавки и рафиниро вания, простоту изготовления и эксплуатации вакуумных установок и улучшение условий труда в литейном цехе.
К неадсорбционным методам рафинирования относит ся также обработка расплава ультразвуком. Сущность дегазации сплава с помощью ультразвука состоит в том,
Рис. 26. Вакуумная камера для дегазации сплава перед разливкой:
/ — съемная часть камеры; ! — резина |
вакуумная; |
3 — основание |
камеры; 4 — шамот; 5 — асбест; 6 — рамка с сеткой; |
7 — рукоятка |
|
для перемешивания |
расплава |
|
что при возбуждении упругих колебаний в расплаве воз никают знакопеременные давления (явления кавитации), приводящие к разрыву сплошности и образованию пустот в жидкой фазе, куда устремляется растворенный в рас плаве газ. Образование большого количества кавитационных пузырьков, а также рост под влиянием звукового давления существующих в расплаве мельчайших пузырь-
83
ков обеспечивает активное выделение газа из расплава. Отечественный промышленный агрегат для ультразвуко вой дегазации алюминиевых сплавов УЗД-100 (УЗД200) разработан в двух вариантах: передвигающийся по полу цеха и по монорельсу над печами.
При рафинировании ультразвуком повышенные требо вания предъявляются к материалу волновода, разруша ющегося вследствие эрозии. Материал волновода дол жен быть жаростойким, не разрушаться при знакопере менных нагрузках ультразвуковой частоты и поглощать ультразвуковые колебания, а также обладать определен ной вязкостью для предотвращения разрушения (дис пергирования) силами кавитации. Наилучшими материа лами для волноводов при обработке алюминия и его сплавов следует считать ниобий и титан. Ниобий практи чески не растворяется в алюминии, а растворение тита на имеет тенденцию к стабилизации при продолжитель ности обработки ультразвуком порядка 20 мин. Разру шение волновода приводит к некоторому насыщению ра сплава материалом волновода и некоторому поглощению водорода продуктами разрушения. Поэтому обработан ный ультразвуком расплав, как правило, ошбенно при малом исходном газосодержании, не дает газовой пори стости в отливках.
Исследованиями [40, 41] установлено, что водород в жидком алюминии находится в виде ионов, имеющих по ложительный заряд. Были проведены исследования [32, 42, 43] с целью определения возможности дегазации алюминиевых сплавов постоянным электрическим то ком. Катод изготавливали из неактивных к водороду материалов. Дегазация осуществлялась в результате удаления водорода посредством диффузии или через стадию образования пузырьков [44]. При этом устой чивые результаты получены не были.
В отличие от названных исследований дегазация пос тоянным электрическим током при взаимодействии водо рода с материалом катода представляет больший инте рес. Катод изготавливали из листового титана (марки ОТ-4), один грамм которого в определенных условиях способен при 700— 800°С адсорбировать около 180 см3 водорода [45, 46]. В тигель раздаточной печи емкостью 120 кг с температурой металла 700—720°С вводили два электрода — диска, изготовленных из листового титана,
84
поверхность металла наносили универсальный флюс. Не сколько плавок обрабатывали током обратной полярно сти при одновременном нанесении флюса.
На рис. 29 показана эффективность дегазации спла ва ВАЛ5 различными способами. Приведенные результа ты указывают на наличие определенного эффекта дега зации, в общем равного среднему уровню для силуминов.
Следует отметить |
интересные |
явления, |
обнаружен |
||||||||||||
ные |
при |
обработке сплава |
постоянным |
|
электрическим |
||||||||||
|
70 г |
|
|
|
током с |
применением |
|
(для |
|||||||
|
|
|
|
сравнения |
результатов) |
|
гра |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
^ |
60 |
|
|
|
фитовых |
электродов. |
|
Так, |
|||||||
Ц 50 |
|
|
|
концентрация |
водорода |
|
(по |
||||||||
|
|
|
данным |
оперативных |
заме |
||||||||||
|
|
|
|
|
ров) |
у катода |
|
при |
прямой |
||||||
|
|
|
|
|
полярности |
тока |
достигала |
||||||||
|
|
|
|
|
7,21 слг3/Ю0 г, |
а при |
обрат |
||||||||
|
|
+ |
|
|
ной |
полярности |
— только |
||||||||
|
|
|
|
3,78 |
см3/І00 |
г |
|
(исходное |
со |
||||||
|
|
|
|
|
держание |
|
водорода |
в |
спла |
||||||
1 |
ю |
|
|
|
ве 1,5 см3/100 |
г). |
При |
этом |
|||||||
|
о |
|
|
|
градиент |
концентрации |
во |
||||||||
|
Способрафинирования |
дорода |
по высоте |
|
меж |
||||||||||
|
|
электродного |
|
пространства |
|||||||||||
Рис. |
29. |
Эффективность |
дега |
также зависел |
|
от |
направле |
||||||||
ния |
полярности |
тока |
(рис. |
||||||||||||
зацин |
сплава ВАЛ5 |
различны |
|||||||||||||
|
ми способами |
|
30). |
Анализ |
структуры |
по |
|||||||||
|
|
|
|
|
макрошлифу, |
|
вырезанному |
||||||||
из слитка, закристаллизовавшегося в условиях |
воздейст |
||||||||||||||
вия постоянного |
электрического |
тока |
прямой |
поляр |
|||||||||||
ности, показал, |
что |
зона |
у катода — мелкозернистая. |
||||||||||||
Это позволяет предположить,, что |
центрами |
|
кристаллиза |
||||||||||||
ции 'были мелкодисперсные |
неметаллические включения, |
||||||||||||||
скопление которых у катода |
свидетельствует |
о положи |
|||||||||||||
тельном их заряде. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Указанные явления могут служить наглядным подт верждением адсорбционной связи водорода с мелкодис персными частицами окислов. Эта связь обусловила в первом случае различный градиент концентрации водо рода по высоте тигля при прямой и обратной полярности тока в условиях постоянного значения гравитационных сил, а во втором случае — мелкозернистую структуру в зоне максимальной концентрации водорода.
86
Однако все перечисленные методы рафинирования (адсорбционные и неадсорбционные) эффективны глав ным образом лишь в отношении какой-то одной из час тей комплекса А12 03 —Нй (твердой или газообразной). Например, рафинирование газами в большей степени способствует дегазации, чем обработка флюсами, пос-
Рнс. 30. Распределение водорода по высоте тигля |
(электро |
||
ды |
графитовые) : |
|
|
а — при прямой полярности; |
б — при обратной полярности |
||
кольку газ лучше адсорбируется |
на газовом |
адсорбенте, |
|
а твердые частицы — на флюсе. |
Поэтому |
в последние |
годы все большее распространение получают комбиниро ванные методы рафинирования, дающие максимальный эффект очистки расплава от твердых и газообразных неметаллических включений.
В табл. 31 приведены результаты влияния различных методов рафинирования на пористость сплавов.
Ниже приведена загрязненность сплава АЛ9 окисными включениями, мм2/см2 (отношение площади плен в изломе к площади излома) :
После |
расплавления |
0,35 |
|
После |
фильтрации: |
|
|
через |
стеклоткань |
0,23 |
|
через |
флюс |
0,20 |
|
После |
вакуумирования |
0,25 |
|
После комбинированного рафинирования (актив |
|||
ный фильтр и вакуум) |
0,08—0,1 |
87
Оценка загрязненности окисными включениями техноло гических проб из сплава АЛ9 после расплавления, пере лива и рафинирования различными методами наглядно иллюстрирует преимущества комбинированных методов рафинирования.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
31 |
||
Влияние различных методов рафинирования на пористость |
|
||||||||
|
|
сплавов АЛ4 и АЛ9 |
[39] |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Балл пористости по |
|||
|
|
|
|
|
|
пятибалльной шкале |
|||
|
Метод |
рафинирования |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сплав |
АЛ4 |
сплав |
АЛ9 |
До рафинирования |
|
|
|
4; |
5* |
4 |
|
||
Титановой |
стружкой |
|
|
|
3—4 |
3; |
4 |
||
Хлористым |
марганцем |
|
|
|
4 |
|
4 |
|
|
Гексахлорэтаиом |
|
|
|
|
3 |
|
3 |
|
|
Аргоном |
|
|
|
|
|
2—3 |
2—3 |
||
Универсальным флюсом |
|
|
|
3—4 |
3—4 |
||||
Фильтрация |
через |
инертный |
фильтр |
. |
. . . |
4 |
|
4 |
|
Фильтрация |
через |
активный |
фильтр |
. |
. . . |
3—4 |
3—4 |
||
Ультразвуком: |
|
|
|
|
3 |
|
3 |
|
|
до модифицирования |
|
|
|
|
|
||||
после модифицирования |
|
|
|
2—3 |
2—3 |
||||
Вакуумирование |
|
|
|
|
2—3 |
2—3 |
|||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
Кристаллизация |
в автоклаве |
|
|
2 |
|
2 |
|
* Первая относится к общей пористости, вторая — к зональной.
Из приведенных данных следует, что по эффективно сти дегазации действие адсорбционных методов, за иск лючением аргона, уступает неадсорбционным: адсорбци онные методы позволяют снизить пористость в отливках на один балл, а неадсорбционные — на два. Загрязнен ность сплава окисными включениями после фильтрации как через инертный, так и через активный фильтр сни жается примерно в два раза. Вакуумирование несколько меньше, чем фильтрация через стеклоткань, снижает со держание окисных включений. Это объясняется тем, что пониженное давление при вакуумировании не стимули рует образование новых зародышей газовых пузырьков, а действие максимально возможного снижения давления
88
незначительно по сравнению с действием сил поверхност ного натяжения на газовые пузырьки малого радиуса.
Поэтому при дегазации больших масс металла целе сообразно совмещать вакуумирование с каким-либо дру гим способом рафинирования, способствующим образова нию зародышей газовых пузырьков. К таким способам относятся обработка расплава флюсом или ультразву ком. Обработка расплава ультразвуком, как уже говори лось, способствует интенсивному образованию газовых пузырьков и их коагуляции, что приводит к ускорению процесса дегазации и получению металла более высокой чистоты. При комбинированном рафинировании (актив ный фильтр плюс вакуум) видимые окисные плены прак тически отсутствуют.
. Эффективные результаты очистки сплава АЛ7 от не металлических включений путем комбинированной обра
ботки |
гексахлорэтаном |
и высококриолитовым |
флюсом |
||||||||||
приведены |
в работе |
[47]. |
Необ |
|
|
|
|
||||||
ходимость |
проведения |
такой |
ра |
|
|
|
|
||||||
боты |
была |
вызвана |
тем, что при |
|
|
|
|
||||||
литье |
.мелких |
деталей в |
кокиль |
|
|
|
|
||||||
•неизбежно |
длительное |
выстаива |
|
|
|
|
|||||||
ние |
|
расплава, |
|
а периодическое |
|
|
|
|
|||||
его перемешивание |
для |
предуп |
|
|
|
|
|||||||
реждения |
ликвации |
по |
|
плот |
|
|
|
|
|||||
ности нарушает сплошность окис- |
|
|
|
|
|||||||||
ной 'пленки, которая, |
замешива |
Рис. 31. Устройство |
для |
||||||||||
ясь |
в расплав, |
загрязняет |
его не |
||||||||||
металлическими |
|
включениями, |
разбора |
сплава из |
раз |
||||||||
|
даточного тигля |
|
|||||||||||
снижая ѳффект |
рафинирования. |
|
|
|
|
||||||||
Сплав |
готовили |
в печах |
«Колеман», |
рафинировали |
|||||||||
гексахлорэтаном, |
затем |
сливали в раздаточные |
тигли |
и |
|||||||||
покрывали |
защитнорафинирующим |
флюсом: |
38—43% |
||||||||||
NaCl, |
8—10% |
KCl, |
34—37% NaF, |
10—15% |
Na3 AlF6 . |
||||||||
Для |
периодического |
перемешивания |
и разбора |
сплава |
|||||||||
без |
снятия |
флюса использовали устройство, показанное |
|||||||||||
на рис. 31. Графитовый |
стакан 4 свободно плавает в рас |
плаве 2. Зеркало сплава в тигле 1, ограниченное внутрен ней поверхностью стакана, не имеет флюсового покрытия и служит для перемешивания и разбора сплава в зоне 5.
Остальная |
поверхность расплава защищена флюсом 3 |
все время |
выстаивания. |
Плотность сплава определяли гидростатическим взве-
89