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

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:

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.

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-

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) :

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.

* 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

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.

Плотность сплава определяли гидростатическим взве-

89

шиванием, а содержание окиси алюминия — химически. Как показали исследования, в результате комбинирован­ ной обработки сплава пористость практически отсутство­ вала, содержание окиси алюминия снизилось в 4 раза, возросла плотность и заметно улучшились механические свойства (табл.32,33).

Еще более наглядным примером улучшения механи­ ческих свойств, особенно пластичности, в результате комбинированной обработки сплавов могут служить дан­ ные, приведенные в табл. 34 и на рис. 32.

'Как следует из данных табл. 34, в результате комби­ нированной обработки сплава АЛ 19 удалось повысить

90

прочность крупногабаритных кокильных отливок из это­ го сплава на 45% и в 2,5 раза — удлинение.

Комбинированная обработка сплава ВАЛ5 (фильтра­ ция, гексахлорэтан) для кокильных отливок (диам. 50 мм, высота 100 мм) позволила полностью устранить пористость и повысить способность металла к пластичес-

Т а б л и ц а 34

Влияние способа рафинирования сплава АЛ 19 на механические свойства кокильных крупногабаритных отливок*

• Работа выполнена под руководством проф. И. Ф. Колобнева.

кой деформации (осаживание на молоте), что отчетливо видно при сравнении рис. 32, а, б, в.

Приведенные данные показывают, что наиболее эф­ фективными методами очистки расплава являются ком­ бинированные методы, позволяющие полнее реализовать преимущества адсорбционных и неадсорбционных мето­ дов рафинирования. О высокой степени очистки распла­ ва от неметаллических включений при комбинированных

нирования следует судить не только по снижению содер • жания водорода и окиси алюминия в расплаве, но и по повышению плотности, улучшению механических свойств, технологической пластичности, герметичности и т. д. По-

91