» » Выбор оптимальных условий дегазации сплава AЛ9 хлористым цинком
25.12.2014

Основной причиной образования газовой пористости в отливках из сплавов на основе алюминия является водород, растворимость которого с повышением температуры возрастает.
Основным источником насыщения алюминиевых сплавов водородом служит водяной пар, находящийся в атмосфере. Степень поглощения сплавом водорода из водяного пара атмосферы зависит от температуры металла, давления, содержания водяного пара в воздухе и химического состава сплава.
Исследованиями С. В. Варгина и А. А. Горшкова установлено, что во влажное время года брак отливок по газовой пористости резко возрастает.
На скорость растворения водорода в сплавах существенное влияние оказывает также отношение поверхности контакта сплава с источником насыщения водородом к весу металла.
Реакция взаимодействия водяного пара с алюминием может иметь вид
Выбор оптимальных условий дегазации сплава AЛ9 хлористым цинком

Присутствие в алюминиевых сплавах магния может способствовать насыщению его водородом при протекании реакции
Выбор оптимальных условий дегазации сплава AЛ9 хлористым цинком

Термодинамический анализ реакции (1) и (2) показывает, что в условиях когда расплав находится в контакте с атмосферой, равновесие сдвигает слева направо.
Так, для реакции (1) согласно данным свободная энергия
Выбор оптимальных условий дегазации сплава AЛ9 хлористым цинком

Величина lgKp = -ΔZ/RT, для температуры 727° С равна 17,25, для температуры 827°—15,25. Откуда PH2/PH2O для этих же температур соответственно будут равны 5,72*10в5 и 1,2310в5, если учесть, что константа равновесия реакции (1)
Выбор оптимальных условий дегазации сплава AЛ9 хлористым цинком

В связи с этим происходит интенсивное насыщение сплава водородом.
Сплавы дегазируются продувкой их хлором или хлористыми солям.
Ввиду того, что хлор очень токсичен и работа с ним требует большой предосторожности, вместо него в промышленности для рафинирования широко применяют хлористые соли и, в частности, хлористый цинк (ГОСТ 7345—55 марки А).
Рафинирование хлористым цинком основано на реакции обменного разложения, которая может быть записана в виде
Выбор оптимальных условий дегазации сплава AЛ9 хлористым цинком

Хлористый алюминий в сплаве оказывается в парообразном состоянии. Водород из сплава диффундирует в пузырьки хлористого алюминия, кроме того хлористый алюминий адсорбирует частички окислов алюминия и выносит их из глубины ванны на поверхность, образуя шлак.
Хлористый цинк сильно гигроскопичен. С целью определения скорости поглощения влаги хлористым цинком при хранении его на воздухе бралась навеска соли в 1000 г. Она переплавлялась и от нее отбирались пробы. Пробы выдерживались при комнатной температуре на воздухе и периодически взвешивались на аналитических весах.
Результаты этих определений приведены на графике (рис. 1). Как следует из этих данных, на воздухе уже через три часа хранения соли на воздухе ее влажность достигает почти 2,5%.
Это значит, что при рафинировании сплава хлористым цинком, содержащим 2,5% влаги, в количестве 400 г в сплав дополнительно вносится около 12400 см3 газа (паров воды), приведенного к нормальным условиям. Поэтому перед употреблением соль рекомендуется просушивать.
Выбор оптимальных условий дегазации сплава AЛ9 хлористым цинком

Применение хлористого цинка, содержащего влагу, приводит к тому, что алюминий интенсивно взаимодействуете ней, что увеличивает газонасыщенность сплава, ухудшая его качество. Таким образом, при определенных условиях дегазации ZnCl2 может ухудшать качество отливок, что подтверждается и практикой работы литейных цехов.
Необходимо знать оптимальное количество соли, которое следует применять при рафинировании сплавов.
С этой целью в цеховых условиях проводилось рафинирование сплава AЛ9 хлористым цинком при температуре 710—720° С. Сплав готовили в нефтяной тигельной печи емкостью 250 кг.
Степень насыщения сплава газами определяли по принятой в промышленности стандартной пятибалльной шкале пористости.
Пробы весом 250—300 кг отливали в графитовые формы. Пробы по ходу плавки отбирали нагретым до 200—250° ковшом в следующей последовательности:
1) после расплавления шихты;
2) после присадки магния;
3) сразу после рафинирования и через 5,10 15 и 20 мин после окончания рафинирования.
Для определения оптимального количества соли хлористого цинка, необходимого для рафинирования сплава AЛ9, было проведено несколько серий опытов, результаты которых приведены в таблице.
Выбор оптимальных условий дегазации сплава AЛ9 хлористым цинком

Для рафинирования применялся хлористый цинк, который перед употреблением переплавляли, кипятили в течение 3—5 мин и разливали в колокольчики, с помощью которых его вводили в сплав.
Исследования показали, что сушка соли при 110—120 и даже при150° не приводит к полному удалению влаги, а поэтому при рафинировании не обеспечивается заметное удаление газов из металла.
С целью наиболее полного удаления газов из сплава хлористый цинк перед употреблением необходимо переплавлять.
Для рафинирования нельзя использовать соль, которая хранилась на воздухе открытой.
Для рафинирования сплава АЛ9 расход хлористого цинка должен составлять 0,12—0,16%. от веса жидкого сплава.
После рафинирования необходимо выстаивать сплав в течение 15—20 мин.