Практическое занятие №6 расчет состава шихты для выплавки цветных сплавов заданного состава.

1.Основы теории.

1.1. Шихтовые материалы.

Материалы, загружаемые в плавильные печи в процессе плавки металлов и сплаов, называют шихтовыми. К шихтовым материалам, применяемым для плавки цветных металлов и сплавов относят:

1. первичные или свежие металлы и сплавы, поступающие с металлургических заводов;

2. лигатуры или промежуточные сплавы, поступающие с металлургических заводов или приготовляемые на месте;

3. возвратные шихтовые материалы своего производства, не вызывающие сомнения по содержанию основных легирующих компонентов, не имеющие загрязнения и обеспечивающие получение расплавов заданной степени чистоты с учётом возможного освежения первичными металлами и лигатурами. Эти шихтовые материалы разделяют на отходы литейного цеха и отходы обрабатывающих цехов.

Металлы цветные первичные. Эти шихтовые материалы поставляют в соответствии с ГОСТами и ТУ в виде чушек, слитков, гранул; маркируют обычно в зависимости от степени чистоты.

Алюминий первичный в чушках особой чистоты обозначается А999 (99,99 % Al), высокой чистоты – А995 (99,995 % Al) и т.д. до А95, технической чистоты – А85 и т.д. до А0 (99 % Al).

В чушках первичной плавки поставляют также силумин, содержащий 10-13 % Si. Цифры после букв обозначают степень чистоты от примесей. Наиболее чистый силумин имеет марку СИЛ-00. В СИЛ-2, например, содержится 0,7 % Fe, 0,5 % Mn, 0,2 % Ca, 0,3 % Cu, 0,08 % Zn.

Алюминий - серебристо-белый пластичный металл, относящийся к легким цветным металлам. Алюминий применяют в качестве основы литейных алюминиевых сплавов, а также как раскислитель. Алюминий - химически активный металл, в атмосфере он легко покрывается тонкой и плотной пленкой, предохраняющий от дальнейшего окисления. Оксидная пленка малопроницаема для всех газов и обеспечивает алюминию высокую коррозионную стойкость в атмосферных условиях к среде многих органических кислот. Качество первичного алюминия пропорционально от степени его чистоты.

Магний первичный в чушках маркируют в зависимости от химического состава: Mг96 (99,99 % Mg), Мг95 (99,95 % Mg), Мг90 (99,90 % Mg).

Магний. Блестящий пластичный металл серебристо-белого цвета. Магний широко используют как основа приготовления ряда сплавов, применяемых в качестве конструкционных материалов, а также как легирующий элемент при приготовлении сплавов на алюминиевой, свинцовой и цинковой основах или для десульфуризации медных и никелевых сплавов.

Магний легко окисляется (окисная пленка обладает слабыми защитными свойствами), не устойчив против коррозии, горюч; при температурах больше 450⁰С самовоспламеняется.

Медь маркируют в зависимости от способа изготовления: наиболее чистую бескислородную обозначают МО0б (99,99 % Cu); раскисленную – М1р(99,9 % Cu), М1ф, М2р; огневого рафинирования М2 (99,7 % Cu),М3 (99,5 % Cu).

Медь. Температура плавления 1083 °С, плотность 8940 кг/м³; обладает гранецентрированной кубической решеткой; имеет высокие тепло- и электропроводность, а также пластичность; коррозионно-устойчива в ряде агрессивных сред. Медь является основой литейных оловянных и безоловянных бронз, а также латуней. Её применяют при фасонном литье в тех случаях, когда необходимы высокие электропроводность и теплопроводность материала (роторы электродвигателей, детали сварочных машин). Основная трудность получения отливок - плохая жидкотекучесть чистой меди и трудность получения расплава, не содержащего кислорода и водорода. Фасонные отливки получают литьём: в кокиль, по выплавляемым моделям, в сухие песчаные и оболочковые формы.

Аналогично, выше указанным маркируют и все другие первичные цветные металлы. Цинк от ЦВ00 (99,997 % Zn) до Ц2 (97,5 % Zn). Олово от ОВЧ-40000 (99,999 % Sn) до О4 (96,43 % Sn). Свинец от С0 (99,992 % Pb) до СЗС(99,5 % Pb). Никель от Н-0 (99,99 % Ni) до Н-4 (97,6 % Ni). Титан от ТГ90 доТГ-150 (число означает твердость), ТГ-Тв (буквы Тв означают твердый). Хром от 99А (99 % Cr) до Х97 (97 % Cr).

Сплавы цветные.

Сплавы алюминиевые литейные в чушках выпускают 19 марок. Буквы, следующие за А, обозначают легирующие элементы (К –кремний, М – медь, Н - никель), а цифры – их среднее содержание. Например,сплав АК9 содержит 9 % Si; АК21М2,5Н2,5 – 21 % Si, 2,5 % Cu, 2,5 % Ni.

Сплавы магниевые в чушках маркируют в зависимости от химического состава Буквы, следующие за М, обозначают легирующие элементы: М – марганец, А – алюминий, Ц – цинк, Цр – церий, Н – неодим. Например, МА5Ц1содержит 5 % Al и 1 % Zn.

Маркировка цинковых сплавов в чушках совпадает маркировкой самих сплавов. Например, ЦАМ 9-1,5Ч (9 % Al, 1,5 % Cu).

Бронзы в чушках оловянные и безоловянные и латуни литейные в чушках маркируют в зависимости от химического состава: сразу за буквами А –Al; Ж – Fe; Мц – Mn; О – Sn; Ц – Zn; C – Pb; H – Ni. Например, бронзы оловянные в чушках обозначаются Бр. О3Ц8С4Н1 и т.д.

Составы некоторых сплавов приведены в приложении.

Лигатура. Лигатура - вспомогательные сплавы, применяемые для введения в жидкий металл легирующих элементов. Обычно лигатура представляет двойной сплав, состоящий из большей части основного сплава и одной или нескольких добавок (легирующих элементов), содержание которых в несколько раз больше, чем в основном сплаве. Лигатуру используют для более надежного и быстрого усвоения легирующих элементов, чем при введении их в чистом виде. Лигатура получается сплавлением входящих в ее состав компонентов либо восстановлением их из руд, концентратов и оксидов. Составы некоторых лигатур приводятся в приложении.

Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Лом и отходы цветных металлов и сплавов по физическим признакам подразделяют на классы, по химическому составу – на группы и марки сплавов, по показателям качества – на сорта.

Например, алюминий и алюминиевые сплавы составляют три класса: А – лом и кусковые отходы, Б – стружка, Г – прочие отходы. Каждая из десяти групп (I - X) характеризуется определенным химическим составом (I – алюминий чистый, примесей не более 1 %, II – сплавы алюминиевые деформируемые с низким (до 0,8 %) содержанием магния и т.д.). В характеристике каждой группы оговариваются марки сплава, например, группа III включает марки Д12, Д16, Амг1 и Д16П. В характеристике сортов указывается состояние сплава (кусковой лом, проволока, обрезь труб, листов и т.п.), а также засоренность другими металлами.

Отходы литейного цеха – элементы литниковой системы, забракованные отливки, сплески, стружки и опилки, образующиеся при отрезке литников и прибылей, шабровке и распиловке слитков и первичной обработке отливок.

Отходы обрабатывающих цехов – кромки и концы из прокатных цехов, пресс-остатки и захваты из прессовых цехов, высечки, облои, обрезки проволоки и прутков из кузнечно-штамповочных, волочильных и других цехов, стружка, опилки и забракованные детали из механических цехов. Лом и отходы цветных металлов не должны содержать вредных примесей, загрязнения и должны иметь известный состав и требуемую степень чистоты для получение расплава заданного химического состава с учётом возможного освежения первичными металлами и лигатурами.