Лабораторная работа №7 плавка алюминиевых сплавов

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучить технологию выплавки алюминиевых сплавов, химический состав шихтовых материалов, модификаторов, флюсов, лигатур, используемых при их выплавке. Ознакомиться с методикой расчёта шихты сплавов цветных металлов и рассчитать шихту для выплавки заданной марки сплава.

Выплавить в электрической печи сопротивления сплав марки АК7 и оценить его макроструктуру на образце по излому.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Алюминиевые сплавы широко применяют в авиационной, автомобильной, тракторной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Они обладают высокой прочностью, хорошими литейными свойствами, коррозийной стойкостью, высокими теплопроводностью и электрической проводимостью. Из алюминиевых сплавов можно изготавливать сложные прочные и плотные отливки; лёгкие, с хорошей обрабатываемостью.

Алюминий относиться к лёгким и одновременно к легкоплавким металлам. Температура плавления чистого алюминия при атмосферном давлении равна 658 С. Плотность его при комнатной температуре 2,7 г/см³.

Особенность алюминиевых расплавов – повышенная склонность их к газонасыщению, главным образом при температуре плавки, и высокая химическая активность. Поэтому алюминиевые расплавы необходимо предохранять и очищать от газовых и неметаллических включений. Для улучшения качества алюминиевых сплавов производят их дегазацию путём продувки различными газами, не растворимыми в этих сплавах. Одновременно происходит очистка сплавов от неметаллических включений. Качество алюминиевых сплавов обычно повышают за счёт их модифицирования.

В современных литейных цехах алюминиевые сплавы плавят в электрических печах сопротивления и индукционных канальных печах. Чтобы предохранять металл от насыщения водородом, из влаги шихтовых материалов, последние просушивают, предварительно очищают и переплавляют. В процессе плавки применяют защитные флюсы. Широко применяют рафинирование жидкого металла.

Наиболее распространёнными способами рафинирования алюминиевых сплавов являются обработка рафинирующими флюсами, продувка газами и фильтрация.

Для предохранения расплавленного металла от взаимодействия с атмосферой печи применяют покровные флюсы. Покровные флюсы вводят в печь при загрузке шихты. При плавке всех сплавов, кроме сплавов системы Al-Mg, применяют флюсы № 1-3, для сплавов системы Al-Mg флюсы № 4-6 (см. табл. 1).

Рафинирующие флюсы № 7-11 (табл. 1) можно вводить непосредственно на поверхность расплава в ковше или тигле раздаточной печи, но более эффективно введение их в расплав при помощи колокольчика.

Особую группу составляют универсальные флюсы (№ 12, 13, табл. 1), обработка которыми позволяет совместить рафинирование и модифицирование сплавов. Их модифицирующее действие объясняется наличием NaF, содержание которого может доходить до 60%.

Рафинирование газами производят при температуре 710-730 С в течение 5-20 минут. Обработка хлором – процесс эффективный. Однако хлор токсичен. В связи с этим алюминиевые расплавы обрабатывают чаще хлоридами (хлористым цинком, хлористым марганцем, гексохлорэтаном и др.), которые вводят в расплав в колокольчике. Особенно удобно использовать таблетки «Дегазер», которые содержат гексохлорэтан (С₂Сl₆) и хлористый барий (10% по массе). Расход гексохлорэтана составляет 0,3-0,7 % при температуре расплава 740-750 С.

Составы флюсов приведены в табл. 1

Таблица 1

Составы флюсов, используемых при плавке алюминиевых сплавов

№ п/п	Содержание компонентов, % по массе
	NaCl	KCl	Na3AlF6	CaF2	MgF2	MgCl2KCl	NaF
1	45	55	–	–	–	–	–
2	37	50	6,6	6,4	–	–	–
3	35	50	15	–	–	–	–
4	–	–	–	–	–	100	–
5	–	–	–	15	–	85	–
6	–	–	–	–	15	85	–
7	30	47	23	–	–	–	–
8	–	–	–	40	–	60	–
9	–	–	–	–	15	85	–
10	47,5	47,5	5	–	–	–	–
11	35	40	10	–	–	–	15
12	56,5	11,5	7	–	–	–	25
13	50	10	10	–	–	–	30

Рафинирование алюминиевых сплавов можно осуществить фильтрацией через стеклотканевые фильтры или слой измельчённого глинозёма (3-6 мм), можно также применять вакуум, ультразвук и др. способы.

При плавке алюминиевых сплавов в качестве шихтовых материалов используют первичный алюминий ГОСТ 11069-74 (табл. 2), силумины и алюминиевые литейные сплавы в чушках ГОСТ 1583-93 (табл. 3), возврат, лом и отходы, а также лигатуры (табл.4).

Таблица 2

Химический состав алюминия первичного (ГОСТ 1169-74)

Марка	Массовая доля элемента, %
	Al, не менее	Примеси, не более
		Fe	Si	Cu	Zn	Ti	Другие, каждая в отдельности	Сумма
А7	99,700	0,160	0,160	0,010	0,040	0,020	0,030	0,300
А6	99,600	0,250	0,200	0,010	0,060	0,030	0,030	0,400
А5	99,500	0,300	0,300	0,020	0,060	0,030	0,030	0,500
А0	99,000	0,500	0,500	0,020	0,080	0,030	0,030	1,000

Силумины в чушках изготавливаются со следующим химическим составом (ГОСТ 1583-93):

• АК12ч (СИЛ-1) – кремний 12-13%, алюминий – основа, примесей, %, не более: железо 0,50, марганец – 0,40, кальций – 0,08, титан – 0,13, медь – 0,02, цинк – 0,06;

• АК12ж (СИЛ-2) – кремний 10-13%, алюминий – основа, примесей, %, не более: железо 0,7, марганец – 0,5, кальций – 0,2, титан – 0,2, медь – 0,03, цинк – до 0,08;

• АК12нч (СИЛ-0) – кремний 10-13%, алюминий – основа, примесей, %, не более: железо 0,35, марганец – 0,08, кальций – 0,08, титан – 0,08, медь – 0,02, цинк – до 0,06.

Марки и химический состав алюминиевых литейных сплавов и отливок должны соответствовать ГОСТ 1583-93. Некоторые из марок приведены а таблице 3.

Таблица 3

Марки и химический состав основных компонентов алюминиевых литейных сплавов (ГОСТ 1583-93)

Марка сплава	Вид продукции	Массовая доля, %
		Основных компонентов							Примеси, не более
		Mg	Si	Mn	Cu	Ti	Ni	Fe
								3, в		K	Д
АК12 (АЛ2)	Чушка отливка	–	10-13	–	–	–	–	0,7 0,7		0,7 1,0	0,7 1,5
АК9ч (АЛ4)	Чушка отливка	0,2-0,35 0,17-0,30	8-10,5	0,2-0,5	–	–	–	0,5 0,6		0,5 0,9	0,5 1,0
АК7ч (АЛ9)	Чушка отливка	0,25-0,45 0,2-0,4	6,0-8,0	–	–	–	–	0,5 0,6		0,5 1,0	0,5 1,5
АК5М (АЛ5)	Чушка отливка	0,4-0,65 0,35-0,6	4,5-5,5	–	1,0-1,5			0,6 0,6		0,6 1,0	0,6 1,5
АК5М7 (АК5М7)	Чушка отливка	0,3-0,6 0,2-0,5	4,5-6,5	–	6,0-8,0	–	–	1,1 1,2		1,1 1,2	1,1 1,3

Приготовление лигатур производится с целью введения в алюминиевый сплав тугоплавких компонентов (Cu, Ni и др.) или активных легкоокисляющихся компонентов с минимальными потерями.

Таблица 4