Показать меню Технической информации

Влияние фильтрации на физико-механические и литейные свойства сплава АЛЗ при литье в кокиль

(П.И. Пушмашев, Абаканский филиал Красноярского политехнического института, информация ЦНИИИТЭИ, 1983 г.)

Дефектами отливок из алюминиевых сплавов является наличие в них окисных плен, шлака, засоров и др. неметаллических включений, снижающих механи­ческие и литейные свойства сплавов.

Существуют разные методы очистки расплава от неметаллических включе­ний и одним из них считают фильтрацию.

Влияние фильтрации изучали на сплаве AЛ3 при разных условиях, меняли тип фильтра, его высоту, размеры гранул и температуру заливки. Для механиче­ских испытаний отливали стандартные образцы по ГОСТ 2685 в чугунный кокиль при равных режимах: температура кокиля 250-300°С, фильтра 700-750°С, высота его в стакане 150 мм, размер гранул 20-25 мм. В качестве фильтров брали ша­мотную, графитовую и коксовую крошку. Перед заливкой фильтр нагревали в электрической камерной печи.

Сплав готовили из Стандартного чушкового силумина АЛЗч, в чугунном тигле расплавляли, доводили до нужной температуры, выдерживали 10 мин в му­фельной электрической печи и через фильтр заливали в кокиль.

Эксперименты показали, что фильтр с размером гранул 10 мм загрязнялся через 2 заливки. Дальнейшее заполнение формы через такой фильтр было некачест­венным, что вызывало появление в отливках дефектов в виде спаев и недоливов. В дальнейшем брали фильтры с размером гранул 20-25 мм. Такие фильтры обеспечи­вали 5-6 заливок кокиля, после чего их заменяли новыми. Из трех опробованных фильтров наиболее приемлемым оказался шамотный. Графитовый фильтр несколь­ко хуже т.к. сам нередко являлся источником образования неметаллических вклю­чений. Более разветвленную поверхность имеет коксовый фильтр, и заливка через него хотя и обеспечивает лучшую очистку расплава, но несколько ухудшает заполняемость формы вследствие наличия больших гидравлических потерь.

Результаты экспериментов позволили получить следующие данные, т.е. из­менение предела прочности при растяжении σ_в в зависимости от температуры за­ливки. Более высокие значения в сплаве, прошедшем фильтрацию через шамотный фильтр при температуре 750°С. Дальнейшее повышение температуры заливки сни­жает G_B. Сплав, профильтрованный через коксовый и графитовый фильтры, по­лучает повышенные значения σ_в при температуре 850°С, что, видимо, объясняется лучшей смачиваемостью фильтра расплавом, а следовательно, и лучшей очисткой его от неметаллических включений. Установлено, что смачиваемость графитовой и коксовой подложки расплавом с повышением температуры заливаемого сплава не­сколько увеличивается (уменьшаются краевые углы смачивания), для шамотной подложки этого не наблюдается.

Выявлено изменение относительного удлинения в зависимости от типа фильтра и температуры заливки. Более высокими значениями относительного уд­линения обладает сплав, прошедший фильтрацию через коксовый фильтр. Коксовый фильтр имеет более разветвленную поверхность, лучше задерживает неметалличе­ские включения. Это способствует повышению δ, так как неметаллические вклю­чения, располагаясь по границам зерен, — наиболее вероятные места зарождения трещин и причина хрупкого разрушения сплава.

Плотность сплава ρ, прошедшего фильтрацию, также изменяется. Более вы­сокая плотность сплава при фильтрации его через шамотный фильтр наблюдается в интервале температур 700-800°С. В интервале температур 800-850°С более вы­сокая плотность у сплава, прошедшего фильтрацию через коксовый фильтр, что, видимо, объясняется лучшей очисткой расплава ст неметаллических включений и растворенных газов.

Из анализа полученных зависимостей наибольшей эффективностью при очистке расплава от неметаллических включений обладает шамотный фильтр.

Влияние фильтрации изучали также и на литейные свойства: линейную усадку ε и жидкотекучестъ сплава λ. Литейные свойства проверяли по υ-образной пробе, отливаемой в кокиль (см. фигуру). Видно, что линейная усадка с увеличе­нием температуры заливки возрастает у сплава, фильтрованного через графито­вый фильтр, и уменьшается у сплава, фильтрованного через коксовый фильтр. Это связано, вероятно, с тем, что, поскольку коксовый фильтр очищает расплав от не­металлических включений лучше, чем графитовый, то степень переохлаждения это­го сплава будет выше, а следовательно, температура начала линейной усадки у не­го будет находиться ниже и меньше будет усадка.

Изучено изменение жидкотекучести сплава в зависимости от типа фильтра и температуры фильтрации. Бо­лее высокой жидкотекучестью обладает сплав при всех исследованных темпера­турах заливки при фильтрации его через графитовый фильтр. Естественно, что там, где на первое место ставятся физи­ко-механические свойства сплава, луч­шим из рассмотренных является ша­мотный фильтр, так как применение последнего обеспечивает более высо­кий уровень (σ_в и ρ). Высокие физи­ко-механические свойства сплава АЛЗ при использовании шамотного фильтра обеспечиваются при следующих условиях: размер гранул фильтра 20-25 мм, высота фильтра —150 мм, температура заливки сллава 750°С, выдержка спла­ва при этой температуре 10 мин.

Применение такого технологического режима обеспечивает более высо­кий уровень механических характеристик, превышающих стандартные значе­ния на 10-15%, более высокую плотность сплава и снижает брак литья.

Влияние фильтрации на структуру и свойства силуминов

Исследованы структура и свойства силумина, содержащего, %: 12,4 Si; 0,45 Мn; 1,10 Fe; 0,2 Си; А1-остальное. Получали образцы литьем в песчаные формы с использо­ванием керамического фильтра и без использования, а также с модифицированием и без него. Немодифицированный сплав после литья без фильтра имел σ_в =139 МПа, а после литья через фильтр - 147 МПа; немодифицированный фильтрованный - 159 и 175 МПа, соответственно.