О твердых включениях в отливках из Ал-сплавов и фильтрование

Показать меню Технической информации

О твердых включениях в отливках из Ал-сплавов и фильтрование

(А.Г. Спасский, ж. "Литейное производство" № 7)

К включениям могут быть отнесены любые тела, представляющие собой самостоятельные фазы в металле, в том числе такие, которые образуются обратимо при переходе из одной области температур в другую в зависимости от концентрации сплава, и такие, которые попадают в сплав извне и не вступают с ним в обратимые реакции. Для удобства последние будем называть посторонними включениями. Посторонние включения чаще всего имеют неметаллический характер: это силикаты из огнеупоров, шлаки, включения флюсов, окислы и т. п. Они могут быть в различных формах, от ко­торых зависит их влияние на качество отливок. Следует различить два вида посторон­них включений: включения, попадающие в сплав в виде отдельных более или менее крупных тел, хорошо видимых простым глазом или в микроскоп, и посторонние вклю­чения в виде тонких взвесей, не уловимых в обычном состоянии ни микроскопиче­ским, ни химическим анализом, но присутствие которых обнаруживается, однако, кос­венными путями.

Посторонние включения в виде отдельных крупных тел, видимые на изломах или разрезах, во многих случаях являются следствием неправильного ведения заливки и представляют собой шлаки, флюсы, пленки окислов и т. д. Сюда же можно отнести и пену, т. е. окислы с большим количеством пузырьков воздуха. Такого рода включения причиняют большой вред, так как в месте их нахождения резко ослабляются сечения отливок, располагаются очаги усиленной коррозии, образуется течь отливок при гид­роиспытании. Борьба с такого рода включениями может вестись путем создания соот­ветствующих условий заливки: удалением шлаков и флюсов перед заливкой, рациональным устройством литниковых систем, регулированием скорости течения металла в полости формы и т. д. Причины попадания отдельных включений в отливку разнообразны, отсюда и меры борьбы с ними бывают различными.

Следует отметить особый вид отдельных включений, обнаруживаемых при об­работке резанием изделий из алюминиевых сплавов и имеющих настолько высокую твердость, что резцы тотчас же тупятся, и дальнейшая обработка становится невоз­можной. Установлено, что эти включения тождественны с настылями, образующими­ся на подинах выложенных шамотом печей, в которых обычно производится плавка алюминиевых сплавов. Возникают они в результате взаимодействия кремнезема футеровки с алюминием, который восстанавливает кремний, переходя в окись алюминия; кремний при этом частично переходит в сплав, а частично остается в настыли.

Образование твердого слоя идет довольно быстро. При плавке алюминиевых сплавов в шамотных тиглях при 780—800° за 10 час. образуется слой твердого тела толщиной в 10 мм и более. Большое значение при этом имеет смачивание металлом шамота; чем лучше смачивание, тем быстрее идет процесс. Существенно, что толщина слоя увеличивается не так в сторону алюминия, как в сторону шамота, что указывает на свободное проникновение алюминия через толщу образовавшегося твердого слоя. Рассматривая выломки из производственных печей после продолжительной работы, можно видеть, что шамотные кирпичи изменяются на всю свою толщину. Наблюде­ния доказывают, что твердые слои получаются не только при длительном сопри­косновении металла с огнеупором, в состав которого входит кремнезем (в облицовке ванны), но и на сводах и откосах печи при попадании сплесков алюминия при загруз­ке, неаккуратном перемешивании и т. п. Небрежно очищенные отходы и бракованные изделия с песком также являются источником образования твердых включений. Спе­циально поставленные опыты показывают, что песок, замешанный в сплав, в течение очень короткого времени превращается в окись алюминия с переходом кремния в сплав. При отливке слитков для обработки давлением попадание кусочков от настылей также не исключено, но при горячей обработке они легко деформируются, превращаются в плены и по виду мало отличаются от обычных плен окислов, попадающих в отливку с поверхности металла. Поэтому их до сих пор не относили к твердым вклю­чениям, хотя это делать необходимо, так как различное происхождение включений требует различных мероприятий для их устранения. Применение при плавке алюми­ниевых сплавов таких флюсов, которые улучшают смачивание алюминием шамота (буры, криолита, фторидов), ускоряет процесс образования твердых тел. Напротив, хлориды, в особенности хлористый барий, ухудшают смачивание. Нанесение на огнеупор мела приводит к несмачиванию шамота, и твердая настыль не образуется до тех пор, пока слой мела остается неповрежденным. Из сказанного видно, что для плавки алюминиевых сплавов шамотная футеровка печей непригодна, особенно в раздаточ­ных печах для кокильного литья и литья под давлением, если в конструкции печей не предусмотрены достаточно глубокие отстойники. Более пригодны - магнезит и хромо­магнезит, причем последний предпочтительнее как более термостойкий. Не вступает в реакцию также доломит.

Если по какой-либо причине не представляется возможным заменить шамот, то наиболее простой мерой является периодическая прокраска всего пространства печи мелом. Прокраску можно вести распылителем в горячей печи. Твердые включения могут быть занесены в сплав, а затем в отливку из небрежно изготовленных чушек вторичных переплавов. В этом случае мерой очистки является или отстой расплава, или его фильтрация через соответствующий материал. Последнее мероприятие наибо­лее эффективно. При фильтрации не следует направлять в отливку первые порции ме­талла, прошедшие через фильтр и загрязненные окислами из-за сильного общего окис­ления потока металла, протекающего в фильтре тонкими струйками. Только после того, как фильтр заполнится и через него пойдет неокисленный металл, его можно употреблять для отливки.

Такой простейший фильтр, как сетка в ложке, которой производят заливку ме­талла в кокили, приносит заметную пользу, хотя полностью не избавляет отливки от попадания в них твердых включений.

Устройством сеток в литниковых каналах также устраняется попадание в от­ливку таких включении, размер которых больше, чем размер отверстий сетки.

Отдельные включения окислов могут образоваться при движении металла в самой полости формы. Это наблюдается, например, когда отдельные потоки метал­ла не соединяются при встрече в одно целое, что чаще всего происходит при литье сплавов на алюминиевой основе или другой, в состав которой входит алюминий. К такого же рода дефектам приводит кип металла около непросушенных мест фор­мы, отсыревших холодильников. К появлению отдельных загрязнений в виде окислов и пены может привести неудачный подвод металла из литниковой системы и недоучет движения потоков металла в полости формы, когда в некоторых местах происходит падение струи с образованием пены из воздуха и окислов. Во всех этих случаях един­ственной и необходимой мерой является внимательный просмотр всех звеньев техно­логического процесса с целью правильного определения причин возникшего дефекта, после чего выбор средств для его устранения уже не представляет больших затрудне­ний.