2.4.6. Методы комплексного рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов

В мировой практике наряду с ростом производства алюминия и алюминиевых сплавов особое значение приобретает повышение эффективности производства и улучшение качества металла, что вызвано необходимостью увеличения конкурентоспособности отечественной продукции на мировом рынке.

В связи с этим разработали новые методы комплексного рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов, позволяющие снизить во вторичных литейных сплавах содержание Н₂ – до 0,3 см³ на 100 г металла, до 0,035 % AI₂O₃ и до 0,85 % Mg, а также получить мелкозернистую равноосную структуру в отливках.

Проанализировали существующие методы рафинирования – продувку нейтральным газом, флюсовую обработку и фильтрование ПКФ алюминиевых сплавов, по степени и глубине очистки от примесей для оптимального комбинирования этих методов.

Исследовали вторичный литейный сплав АК5М2. В качестве рафинирующих и рафинирующе-модифицирующих, использовали флюсы состава, %:

1) 24KBF₄ + 57K₂TiF₆ + 7KCl + 12C₂Cl₆;

2) 4NaBF4 + 7Na2TiF6 + 43KCl + 28NaCl + l 8Ñ2Ñ16.

Результаты исследований показали, что при продувке расплавов нейтральным газом (азотом) можно достичь удовлетворительной степени удаления Н₂ (до 30 %), а степень удаления А1₂O₃, и Mg очень низка (до 14 % и до 6 % соответственно). Расчетный коэффициент использования рафинирующего газа η =

= 0,975, то есть для полного удаления примесей необходимо дополнительно использовать флюсовую обработку и фильтрование расплава.

Анализ полученных данных показал, что при механическом замешивании флюса эффективность рафинирования от примесей Na и Mg возрастает до 20 % по сравнению с ручным замешиванием.

Наилучшее рафинирование от примеси Na получено при использовании флюса 1, содержащего соли KBF₄ и K₂TiF₆, которые оказывают модифицирующее действие на структуру (такое же действие оказывает флюс 2 при удалении примеси Mg).

При механическом замешивании флюсов в расплав; обеспечивается удовлетворительное рафинирование от Н₂ сплава АК5М2 и недостаточное АД31. Степень и глубина очистки этих сплавов от AI₂O₃ сравнительно невысокая, что подтверждает необходимость сочетания флюсовой обработки с продувкой нейтральными газами и последующим фильтрованием.

Учитывая специфику разливки литейных и деформируемых сплавов, кинетику удаления включений AI₂O₃ при фильтровании через ПКФ исследовали для двух схем: в нисходящем и восходящем потоках. Изучали влияние параметров фильтрования (высоты фильтра, эффективности его работы по слоям, места его расположения в камере фильтрования и ее размеров, температуры расплава и скорости фильтрования) на глубину и степень удаления включений А1₂O₃, а также механизмы задержания включений при фильтровании по двум схемам. Получили, что при фильтровании по схеме «вверх» степень удаления AI₂O₃ выше, чем по схеме «вниз», а для достижения высокой степени очистки алюминиевых сплавов от AI₂O₃ можно успешно использовать ПКФ высотой 40 мм. При фильтровании H₂ удаляется из расплава, однако степень его удаления низкая. Ещё хуже удаляются Na и Mg.

Таким образом, для обеспечения эффективной очистки алюминия и его сплавов от примесей целесообразно применять способы рафинирования, включающие продувку расплава смесями газа (азота) и флюсов – газофлюсовой смесью (ГФС) или флюсовую обработку расплава механическим замешиванием и последующим фильтрованием через ПКФ.

На основании исследований, а также учитывая специфику разливки литейных алюминиевых сплавов, разработали комбинированные методы обработки, сущность которых в следующем. Сплав АК5М2 первоначально обрабатывали в печи типа ИАТ продувкой ГФС либо механическим замешиванием флюса, а затем при разливке фильтровали через ПКФ по схеме «вниз».

Получили, что при применении этих комбинированных методов достигается необходимый уровень очистки алюминиевых сплавов от примесей. Но необходимо отметить, что при обработке сплава АК5М2 рафинирующий эффект, полученный при продувке ГФС в сочетании с фильтрованием через ПКФ, выше, чем при механическом замешивании флюса в сочетании с фильтрованием через пенокерамические фильтры. Кроме того, достоинство этих методов рафинирования, наряду с глубокой очисткой алюминиевых сплавов от примесей, – наличие в составе используемых флюсов Ti- и В-содержащих добавок, измельчающих структуру сплавов и повышающих их механические свойства: установили, что при их применении достигается хорошая степень усвоения Ti и В, уменьшается средний размер макрозерна и увеличивается количество этих зерен, при этом предел прочности и относительное удлинение увеличились на 13 и 20 % соответственно.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. С какой целью разрабатываются новые сплавы и улучшают качество существующих?

2. Почему использование марганцовистых сталей является экономически выгодным?

3. Свойства ВЧШГ.

4. В чём заключается экономическая эффективность применения ВЧ?

5. Каково снижение затрат при использовании ВЧШГ?

6. Преимущества ВЧШГ перед СЧ.

7. Назовите преимущества новых магниевых сплавов перед алюминиево-магниевыми.

8. Зачем необходимо создание новых способов рафинирования и модифицирования?

9. От каких факторов зависит возможность применения тех или иных способов дегазации?

10. Виды флюсов.

11. Виды фильтров, их назначение. Основные преимущества ПКФ.

3. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА

НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

И ОБОРУДОВАНИЯ

3.1. Литьё в металлические формы (кокили)

Литьё в металлические формы является одним из прогрессивных способов получения отливок.

Сущность процесса состоит в многократном применении металлической формы, имеющей гораздо более высокую стойкость, чем обычная песчано-глинистая или полупостоянная форма.

Достоинства литья в кокиль заключаются в следующем:

– повышаются технико-экономические показатели производства отливок благодаря сокращению числа технологических операций и продолжительности технологического цикла;

–

28. Питеркин С. В. Точно. Вовремя для России. Практика применения ERP-систем / С.В. Питеркин. – Альпина Бизнес Букс, 2006. – 368 с. 183

– повышается производительность обработки резанием;

– сокращаются потери от брака.

Высокая прочность металлической формы позволяет выполнять рабочие полости формы с более точными, стабильными размерами и соответственно получать отливки с размерами до

5-го класса точности.

Минимальное физико-химическое взаимодействие металла отливки и формы способствует повышению качества поверхности отливки и полностью устраняет пригар; шероховатость поверхности отливки может достигать 3 – 5-го классов чистоты по ГОСТ 25142–82.

Наиболее распространено кокильное литьё из цветных металлов, возможно также получать отливки из чугуна различных марок и сталей.

Литьё в облицованный кокиль получило широкое распространение для сложных отливок повышенной точности при массовом производстве. К числу наиболее существенных преимуществ процесса литья в облицованный кокиль является возможность организации дифференцированного в пространстве процесса охлаждения одних и ускорения охлаждения других элементов отливки. В результате сокращается расход металла на прибыли и технологические напуски, уменьшаются термические напряжения в отливке.