книги из ГПНТБ / Постников Н.С. Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов

нальна вязкости расплава. Чем выше вязкость расплав­ ленного металла, тем труднее выделить из него неметал­ лические примеси, так как скорость их всплывания даже при значительной разнице плотностей металла и включе­ ния замедлена.

дорода металлом при высоких температурах основан и процесс рафинирования алюминиевых сплавов титано­ вой губкой. Этот метод очистки алюминиевых расплавов основан на высокой степени адсорбции водорода тита­ ном (до 32000 см3 водорода на 100 г металла при 600°С) и на большой разности между уровнями растворимости водорода в титане и алюминии.

Процесс абсорбции титаном водорода — экзотерми­ ческий, следовательно, с понижением температуры коли­

Растворимость же водорода в алюминии с понижением

плава от газов и твердых неметаллических включений, что подтверждается результатами экспериментов: плот­ ность металла возрастает в большей мере, чем при пос­

ятным диапазоном температур следует считать 700°— 760°С.

Большое влияние на эффективность рафинирования оказывает метод предварительной обработки губки. Ус­ тановлено, что наибольшей дегазирующей способностью обладает губка, предварительно отожженная при 250— 350°С в течение 3—5 ч.

Оптимальными параметрами обработки расплава ти­ тановой губкой являются: температура 700—760°С, вре­ мя 20 мин, количество губки 0,3% от массы расплава.

73

Однократное применение губки не приводит к заметному изменению содержания титана в расплаве.

Для уменьшения загрязненности металла твердыми неметаллическими включениями применяют также филь­ трование. Рафинирование алюминиевых сплавов мето­

фильтр, так и на механическом торможении и «улавлива­ нии» взвешенных в сплаве посторонних примесей (час­ тиц) .

В зависимости от применения того пли иного филь­ тра (его природы, внешнего вида, размеров кусков или се­ чения ячейки) будет превалировать тот или иной меха­ низм процесса фильтрации.

При применении активных фильтров на границе раз­ дела .металл—фильтр действуют силы Ван-дер-Ваальса, обусловливающие физическую адсорбцию, и протекают физико-химические процессы, связанные с явлением сма­ чивания и химического сродства твердого тела к жидко­ сти.

Поэтому совершенно очевидно, что для наилучшей очистки расплава от неметаллических включений долж­ на быть подобрана оптимальная композиция активных фильтров. При этом также необходимо учитывать вели­ чину краевого угла смачивания окиси алюминия метал­ лом, на изменение которого оказывает большое влияние температура расплава и его химический состав.

При применении же инертных фильтров следует рас­ сматривать главным образом влияние сечений ячеек, обусловливающих тормозящее действие движущемуся расплаву, температуры расплава и количества профиль­ трованного металла через фильтр. Для определения оп­ тимальных режимов фильтрации через инертные фильт­ ры—стеклоткани проводилось исследование влияния раз­ меров ячеек стеклотканей при пропускании сплава АЛ9 через них при заданной температуре с постоянным напо­ ром 0,05 ат.

По пробам на излом определялась средняя величина загрязненности сплава; то же самое было проделано при напоре 0,2 ат. Характеристика примененных фильтро­ вальных сеток приведена в табл. 28.

Одновременно исследовался характер фильтрации при создании разрежения в камере установки и парал-

74

лельно этому исследованию изучалось влияние темпера­

размером 0,6 и 1,0 мм рекомендуется применять при ма­ лых расходах расплава, а стеклосетки марок ССФ-3 и ССФ-4 с ячейками размером 1,3 и 1,7 мм — при больших расходах и пониженной вязкости расплава до темпера­ туры не выше 750°С;

2) применение стеклоткани марки ССФ-2 и ССФ-3 обеспечивает наилучшие условия фильтрации при напоре 0,2 ат как при разрежении в камере, так и без разреже­

дящуюся на плоскость шлифа в 1 см2; 3) при выборе стеклоткани предпочтение следует от­

давать марке ССФ-2.

Как правило, фильтры из стеклоткани устанавливают в песчаных и металлических формах между стояком и коллектором (рис. 22), между литейной чашей и стояком и т. п. Представляет интерес также использование сет­ чатой корзины из стеклоткани, устанавливаемой в тигле

фильтры просты по конструкции, их возможно устанав­ ливать на любых участках перелива металла, затраты на их изготовление и использование невелики.

Однако при применении фильтров из стеклоткани ос­ таточная загрязненность неметаллическими включения­ ми все еще очень высока.

75

По опыту некоторых заводов, более эффективна фильтрация жидкого металла через сетку из стеклово­ локна.

Стекловолокно приготовляли из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла следующего состава: 54% окиси кремния; 10% окиси бора; 14,5% окиси алюминия;

прочность. При фильтрации через такие сетки загряз­ ненность металла неметаллическими включениями умень­ шается в два раза.

С целью повышения эффективности рафинирования были предложены для фильтров так называемые актив­ ные материалы, которые в жидком или полужидком сос­ тоянии способны адсорбировать твердые неметалличес­ кие включения. К таким материалам относятся шамото­

ного состава с относительно высокой температурой плав­ ления.

В ряде опубликованных работ даются рекомендации по выбору флюсов для активных фильтров: 1) темпера­ тура плавления флюсов должна быть на 20—30°С выше температуры расплава во время фильтрации; 2) флюс, из которого приготовляется крошка, должен хорошо сма­ чивать окислы и другие неметаллические включения об­ рабатываемого фильтрацией расплава.

76

Лучшей смачивающей способностью обладают флюсы следующих составов.

1)52,7% CaF2 +47,3 NaF (эвтектика); температура плавления 810°С;

2)51,0% MgF2 +49% .NaF (эвтектика); температура плавления 820о , С;

3)бура; температура плавления 890°С;

15 мм, засыпают в специальную чашу и подогревают пе­ ред фильтрацией.

Предполагается, что при фильтрации через шамото­ вую или магнезитовую крошку, проваренную во флюсах, рафинирование расплава будет происходить не только вследствие чисто механического удержания фильтром •крупных твердых включений, но и в результате физикохимических процессов, проходящих на полужидкой по­ верхности кусочков фильтра.

Для установления оптимального режима фильтрации сплавов АЛ9 и АЛЗВ был аналитически определен и экс­ периментально проверен коэффициент гидравлического сопротивления при изменяющихся скоростях фильтрации

сплава изменялась от 700 до 750°С.

В результате исследования было установлено, что увеличение скорости фильтрации сплава в 1,8 раза про­ тив исходной 0,5 м/сек приводит к увеличению коэффи­ циента гидравлического сопротивления в 50 раз. Вслед­ ствие этого снижается эффективность очистки сплава от твердых неметаллических включений, что объясняется усилением турбулентности потока, приводящей к отрыву и уносу включений от кусков фильтра вместе с распла­ вом (табл. 29). Так, изменение коэффициента гидравли­ ческого сопротивления от 0,02 до 1,0 изменяет загрязнен­ ность сплава АЛ9 после фильтрации соответственно от 20 до 50% (исходная загрязненность сплава составляет 52%).

77

ет не вся его масса или поверхность. Поэтому было ис­ следовано влияние удельной поверхности фильтра на эф­ фективность очистки от твердых неметаллических вклю­ чений, для чего вначале был произведен подсчет суммар­

Таким образом, с увеличением удельной поверхности фильтра поверхность контакта возрастает и создаются благоприятные условия для задержания неметалличес­ ких включений как механическим путем, так и адсорбци­ онными силами.

78

(рис. 24.6J и в раздаточном тигле (рис. 24,s). Кусковые

79

фильтры позволяют также регулировать скорость метал­ ла в литниковых каналах и форме.

нем газов. В настоящее время существуют два основных пути, использующих эту закономерность для дегазации алюминиевых сплавов.

Увеличение давления над расплавом широко исполь­ зуется в применяемом промышленностью методе кристал­ лизации под давлением в автоклаве. Применение давле­ ния при кристаллизации позволяет получать наиболее

80

го, еще не решена задача создания вакуумных печей для мелкосерийного производства.

Применять вакуумирование как способ дегазации сплава в момент разливки нецелесообразно ввиду малой эффективности такого процесса. Проводить кристаллиза­ цию алюминиевых сплавов под вакуумом недопустимо, так как при этом чрезвычайно сильно развивается газо­ вая пористость и раковины делают отливку полностью непригодной.

Необходимо также иметь в виду процессы, происхо­

выделяют пары и газы. Если в этот момент снизить дав­

'Совершенно иная картина наблюдается в случае при­ менения вакуумирования готового алюминиевого сплава перед разливкой. Этот метод имеет следующие сущест­ венные положительные качества:

1)позволяет распространить вакуумирование на про­ изводство любой отливки, независимо от ее габаритов и формы;

2)дает 'хорошо очищенный от газов металл при ис­ пользовании любых плавильных агрегатов:

3)дает возможность в большинстве случаев полу­

чать такое же плотное литье, как и при кристаллизации

вавтоклаве;

4)вакуумная камера такого типа очень компактна, требует незначительной площади, дешева как в изготов­ лении, так и в эксплуатации (рис. 26).

Правда, себестоимость вакуумной дегазации алюми­ ниевых сплавов составляет около 6,3 руб. за тонну, тог­ да как себестоимость продувки расплава азотом или об­ работки гексахлорэтаном равна 3,8—б руб. затонну. Но при этом вакуумная дегазация обеспечивает большее по­ стоянство результатов и лучшие механические свойства, чем применение дегазаторов, которые могут внести в расплав различные загрязнения.

Оценивая в целом метод вакуумирования алюминие­ вых сплавов и сравнивая его с другими методами, еле дует отметить высокую эффективность очистки расплава,

82