Выплавка и разливка сплавов являются ключевыми процессами в литейном производстве. Строгий контроль всего процесса плавки и разливки играет важную роль в предотвращении дефектов отливки, таких как точечные отверстия, включения, дефекты, трещины, пористость и усадка.
Поскольку расплавленный алюминий имеет сильную склонность к поглощению водорода, сильные окислительные свойства и легко растворяет железо, во время процессов плавки и литья необходимо принимать простые, но осторожные меры предосторожности, чтобы получить отливки высокого-качества.
1. Охлаждение печных материалов из алюминиевых сплавов и контроль качества.
Чтобы производить высококачественный-расплавленный алюминий, в первую очередь необходимо выбрать качественное сырье. Сырье должно храниться с научной точки зрения и должным образом обрабатываться; в противном случае качество сплава серьезно пострадает. Производственная практика показала, что при отсутствии строгого контроля за сырьем (в том числе металлическими и вспомогательными материалами) партии отливок могут быть списаны.
(1) Сырье должно иметь определенный химический состав и структуру с соблюдением следующих конкретных требований:
Помимо анализа основных компонентов и содержания примесей в слитках сплавов, поступающих на завод, также проводятся проверки низколегированных структур и поверхностей изломов. Практика показала, что использование алюминиевого расплава, содержащего сильные усадочные полости, поры и пузыри, затрудняет получение плотных отливок и может даже привести к слому всей печи или партии отливок.
При изучении влияния слитков алюминиево-кремниевого сплава на пористость алюминиевых сплавов установлено, что пористость не появляется при использовании тестовых блоков, изготовленных из расплавленного чистого песка-литых форм. Однако после добавления слитков низкого-и некачественного алюминиево-кремниевого сплава-испытательные блоки показали сильную пористость и крупные зерна. Причиной этого является эффект наследования материала. Для алюминиево-кремниевых сплавов эффект наследования увеличивается с увеличением содержания и становится значительным, когда содержание кремния достигает 7%. Продолжающееся увеличение содержания кремния до эвтектического состава несколько снижает эффект наследования. Для устранения дефектов литья, вызванных эффектом наследования печной массы, необходимо выбирать алюминиевые слитки высокого металлургического качества, промежуточные сплавы и другие печные материалы. Конкретные стандарты заключаются в следующем:
1) Поверхность излома не должна иметь микропор или газовых отверстий.
Проколы должны быть в пределах третьего класса, а локально (не более 25% проверяемой площади) не должны превышать третьего класса. Если он превышает третий класс, необходимо выполнить переплавку, чтобы уменьшить уровень точечных отверстий. Метод переплавки и рафинирования такой же, как и при плавке обычных алюминиевых сплавов. Температура литья не должна превышать 660 градусов. Для алюминиевых слитков или слитков сплавов с крупными исходными зернами сначала следует использовать более низкую температуру формы, чтобы они быстрее затвердевали и измельчали зерна.
(2) Обращение с шихтовым материалом
Перед использованием шихтовые материалы следует подвергнуть пескоструйной очистке для удаления поверхностной ржавчины, жира и других загрязнений. Слитки алюминиевых сплавов и металлический лом с относительно чистой поверхностью и коротким сроком хранения могут не требовать пескоструйной обработки, однако любые железные фильтры или закладные компоненты, смешанные с шихтой, должны быть удалены. Все шихтовые материалы перед закладкой в печь должны быть предварительно нагреты для удаления поверхностной влаги и сокращения времени плавки более чем на 3 часа.
(3) Управление и хранение материалов печи
Правильное хранение и обращение с материалами печи важны для обеспечения качества сплавов. Печные материалы следует хранить на складах с небольшими перепадами температур и в сухих условиях.
2. Подготовка тиглей и плавильных инструментов
(1) Для литья алюминиевых сплавов используются обычные железные тигли, а также тигли, изготовленные из литой стали или сварных стальных пластин.
Как новые тигли, так и старые тигли, давно не использовавшиеся, перед использованием следует подвергнуть пескоструйной очистке и нагреть до 700–800 градусов, выдерживая эту температуру в течение 2–4 часов для выжигания влаги и горючих веществ, налипших на внутреннюю стенку тигля. При охлаждении ниже 300 градусов тщательно очистите внутреннюю стенку тигля и нанесите покрытие при температуре не ниже 200 градусов.
Тигель перед использованием следует предварительно нагреть до темно-красного цвета (500–600 градусов) и выдержать при этой температуре более 2 часов. Для нового тигля лучше всего сначала расплавить партию переработанного материала той же марки, прежде чем плавить сам материал.
(2) Подготовка инструментов для плавки
Крышка колокольчика, разбивающаяся крышка, ложка для перемешивания, мешок для разлива.
Формы и другое оборудование перед использованием следует предварительно нагреть, покрыть защитным слоем при температуре 150–200 градусов и тщательно высушить. Температура сушки должна быть 200–400 градусов, время выдержки более 2 часов. После использования следует полностью удалить с поверхности любые оксиды и фториды (рекомендуется пескоструйная обработка).
3. Контроль температуры плавления
Если температура плавления слишком низкая, это не способствует растворению легирующих элементов и удалению газов и включений, увеличивая склонность к сегрегации, холодным закрытиям и сбоям в работе. Это также может привести к недостаточному нагреву стояка, что препятствует правильной подаче отливки. По некоторым данным, температура плавления всех алюминиевых сплавов должна достигать не менее 705 градусов и необходимо проводить перемешивание. С другой стороны, чрезмерно высокая температура плавления не только приводит к потере энергии, но, что более важно, приводит к повышенному поглощению водорода, образованию более крупных зерен, более сильному окислению алюминия и большим потерям некоторых легирующих элементов. Вследствие этого ухудшаются механические свойства сплава, ухудшаются характеристики литья и механической обработки, снижается эффективность термообработки, снижается газонепроницаемость отливки.
Производственная практика доказала, что быстрый нагрев расплава сплава до более высокой температуры и правильное перемешивание способствуют растворению всех легирующих элементов (особенно элементов из тугоплавких металлов). После удаления плавающего шлака понижение температуры до температуры застывания минимизирует сегрегацию, снижает содержание растворенного водорода и помогает получить однородный плотный сплав с высокими механическими свойствами. Поскольку о температуре алюминиевого расплава трудно судить невооруженным глазом, какой бы тип плавильной печи ни использовался, температуру следует контролировать с помощью измерительного прибора. Измерительные приборы следует регулярно калибровать и обслуживать. Гильзы термопар следует периодически чистить металлической щеткой и покрывать защитной краской для обеспечения точного измерения температуры и длительного срока службы.
4. Контроль времени плавления
Для уменьшения окисления алюминиевого расплава, газопоглощения и растворения железа время пребывания алюминиевого расплава в печи должно быть сведено к минимуму, а плавка должна проводиться быстро. От начала плавки до окончания разливки продолжительность не должна превышать 4 часов для литья в песчаные формы, 6 часов для литья в металлические формы и 8 часов для литья под давлением.
Чтобы ускорить процесс плавления, сначала следует добавить лом среднего-размера с более низкой температурой плавления и алюминиево-кремниевые промежуточные сплавы, чтобы на дне тигля быстро образовалась ванная расплава. Затем добавляются более крупные куски лома и слитки чистого алюминия, что позволяет им постепенно погружаться в расширяющуюся ванну расплава и быстро плавиться. После расплавления основной части шихты добавляют небольшое количество более легкоплавких промежуточных сплавов, повышают температуру и перемешивают для ускорения плавления. Наконец, температура снижается и для минимизации потерь впрессовываются легкоокисляемые легирующие элементы.
5. Перенос и заливка расплава.
Хотя плотность твердого глинозема примерно равна плотности расплавленного алюминия, после попадания в алюминиевый расплав ему требуется достаточно много времени, чтобы оседать на дно тигля. Напротив, пленка оксида алюминия, образующаяся на поверхности алюминия после окисления, имеет плотную сторону, контактирующую с расплавом алюминия, тогда как сторона, контактирующая с воздухом, рыхлая и содержит многочисленные поры диаметром 60–100 Å. Эта пленка имеет большую площадь поверхности и сильные адсорбционные свойства, благодаря чему она легко адсорбирует водяной пар и даже имеет тенденцию всплывать. Поэтому, поскольку разница плотностей между этой оксидной пленкой и расплавом алюминия невелика, ее смешивание с расплавом приводит к очень медленному погружению и всплытию, что затрудняет ее удаление из расплава и приводит к образованию газовых пор и включений в отливках. Следовательно, при транспортировке расплавов алюминия важно свести к минимуму перемешивание расплавленного металла и максимально снизить воздействие на расплав воздуха.
При использовании опрокидывающегося тигля для разливки расплавленного металла во избежание смешивания расплавленного металла с воздухом ковш следует располагать как можно ближе к изливу печи и наклонять так, чтобы расплавленный металл стекал по боковой стенке ковша, не допуская его прямого попадания на дно ковша, что могло бы вызвать перемешивание или разбрызгивание.
Использование правильного и разумного метода заливки — одно из важных условий получения отливок высокого-качества. Производственная практика показывает, что внимание к следующим моментам очень эффективно предотвращает и уменьшает дефекты литья.
(1) Перед заливкой тщательно проверьте температуру расплава в печи, емкость разливочного ковша и сухость слоя покрытия на его поверхности, а также адекватно ли подготовлены другие инструменты. Металлический стакан для заливки следует поставить на песчаную форму за 3–5 минут до заливки. В это время температура разливочного ковша не должна превышать 150 градусов. При слишком раннем размещении или слишком высокой температуре в заливочном канале может скопиться большое количество газа, что создает опасность взрыва во время заливки.
(2) Запрещается разливка в местах со сквозняками, где расплавленный металл может сильно окислиться или подгореть, что может привести к появлению окислительных включений и других дефектов отливки.
(3) При получении расплавленного металла из тигля сначала осторожно удалите оксидную пленку или слой флюса на поверхности расплава дном ковша, затем медленно погрузите ковш в расплавленный металл, зачерпните расплав широкой горловиной ковша и плавно поднимите ковш.
(4) При переноске ковша не наклоняйте его ладонью; идти стабильно. Ковш не следует поднимать слишком высоко, а уровень металла внутри должен оставаться устойчивым и ненарушенным.
(5) Непосредственно перед разливкой удалите весь шлак из ковша, чтобы предотвратить попадание шлака, оксидных пленок и других примесей в форму во время разливки.
(6) Во время заливки следите за тем, чтобы поток расплавленного металла оставался стабильным; его нельзя прерывать или направлять непосредственно на нижнюю часть литника. Литник должен быть заполнен сверху вниз, а поверхность жидкости должна оставаться устойчивой. Контролируйте скорость заливки соответствующим образом. Обычно начинают разливку немного медленнее, чтобы расплав заполнился равномерно, затем немного увеличивают скорость и поддерживают относительно постоянную скорость разливки.
(7) В процессе разливки расстояние между желобом ковша и патрубком должно быть как можно меньшим, не более 50 мм, чтобы избежать чрезмерного окисления расплавленного металла.
(8) Для литника с заглушкой не следует удалять заглушку слишком рано. После заполнения литника расплавленным металлом постепенно удаляйте заглушку под углом, чтобы предотвратить образование вихрей в каналах формы.
(9) Расплавленный металл на высоте менее 60 мм над дном тигля не следует использовать для разливки.
