» » Дефекты плавки коррозионностойких сплавов
08.02.2017

Плавка является очень часто первопричиной образования многих литейных дефектов: повышенного содержания металлических и неметаллических примесей, газоусадочной пористости, горячих и холодных трещин, пониженных механических и других свойств; обусловливается плавкой также качество поверхности, структура, химический состав и режим термической обработки отливок.
Большинство из этих дефектов, например дефекты структуры, газосодержание, наличие примесей, оказывает решающее влияние на коррозионную стойкость отливок, а практическое их обнаружение и анализ в условиях производства не всегда возможны.
Уже говорилось о том, что газовая пористость оказывает значительное влияние на коррозионную стойкость сплавов (см. рис. 70). Причины образования газовой пористости и рекомендации для ее предотвращения подробно описаны в литературе.
Твердый алюминий при температуре плавления (660° С) растворяет только 0,037 см3 водорода на 100 г металла. При переходе из твердого в жидкое состояние (при той же температуре) растворимость возрастает до 0,7 см3/100 г. Чушковый магний, например, содержит 20—25 см3 водорода на 100 г. что должно учитываться при приготовлении сплавов, содержащих магний. Большое количество водорода вводится в расплав с лигатурами, содержащими гидридообразующие металлы. Так, алюминиевоциркониевая лигатура (5% Zr) может содержать до 45 см3 водорода на 100 г, алюминиевотитановая лигатура (3% Ti) — до 30 см3 водорода на 100 г. Большое количество водорода найдено в лигатурах тугоплавких металлов, приготовленных при высоких температурах, или на основе металлов, поучаемых путем электролиза (Al—Be, Al—Mn). Немаловажное значение имеет также количество переплава в шихте (особенно переплава стружки). Например, яри увеличении количества переплава стружки в шихте с 15 до 50% объем водорода возрастает на 15—20%, а содержание окиси алюминия в 2 раза.
Большое влияние на содержание водорода в расплаве оказывают условия хранения шихты, а также степень ее измельчения. При плавке в газовой печи шихты с удельной поверхностью 0,13 см2/г образуется 1,2% окисной пленки (от массы шихты). При плавке шихты с удельной поверхностью 2,2 см2/г количество окислов на поверхности возрастает до 2,5%.
Из сказанного следует, что с целью уменьшения газонасыщенности сплава следует самым тщательным образом подготавливать шихтовые материалы перед употреблением (просушка, очистка поверхности с помощью дробеструйного аппарата или травления, предварительный переплав и рафинирование отходов и др.).
Чистота сплавов зависит от типа печи и от способа обогрева. Наконец, источником попадания в сплавы не только водорода, но и других примесей может быть футеровка печи. При соприкосновении расплавленного металла или сплава с футеровкой печи возможно разрушение футеровки вследствие химического взаимодействия (2Al+3MeO ⇔ Al2O3+3Me; Mg+MeO ⇔ MgO+Me и т.п.). В процессе плавки расплав загрязняется шлаковыми включениями. В результате годовой эксплуатации набивной футеровки индукционных печей резко изменяется состав футеровки, особенно в рабочей зоне. Большинство огнеупорных материалов представляет собой смесь окислов различных металлов (кальция, магния, алюминия, кремния, железа и др.). Если эти окислы в ряду теплот образования расположены ниже глинозема, то будет происходить разложение футеровки с выделением менее активных, чем алюминий, металлов.
Анализ химического состава продуктов взаимодействия алюминиевого расплава и огнеупорной кладки печей показал присутствие в кладке (со стороны металла) 3,61% Si, 0,65% Fe, 0,13% Mn, 0,11% Cr, 0,33% Zr, 63,3% АlО3 и др.
Большое влияние на содержание твердых и газообразных неметаллических примесей в сплаве оказывает продолжительность нахождения расплава в печи, его температура, а также влажность атмосферы и литейною оборудования. Увеличение влажности воздуха с 2 до 12 г/см3 при 680° С повышает интенсивность газопоглощения в 2 раза, а при 760° С — в 4 раза. Увеличение загрязненности рафинированного сплава происходит также при перемешивании и разборе металла разливочными ковшами, когда с поверхности ванны в глубину расплава попадают частицы окисной пленки.
Повышенная скорость газонасыщения расплава при разборе его из раздаточной печи объясняется двумя причинами: первая — адсорбированные на поверхности заливочного ковша газы при каждом его погружении в расплав растворяются в металле; вторая — непосредственная диффузия из атмосферы через разрывы окисной пленки на зеркале ванны. Масса этих газов при заборе металла ковшом (первом или последнем) остается примерно постоянной, а масса металла, в которую вносятся газы, становится все меньше. В результате скорость газонасыщения возрастает. Отсюда следует, что детали, к которым предъявляются повышенные требования, рекомендуется заливать из первых порций сплава, отбираемых из печи ковшом. Кроме того, через каждые 25—30 мин следует проводить повторное рафинирование сплава.
Следует напомнить, что технология приготовления сплавов (режим плавки) оказывает существенное влияние на содержание металлических примесей, скорость окисления, чистоту расплава, выход годного и т, д. Все это теснейшим образом связано со скоростью коррозии и поэтому должно приниматься во внимание при организации технологического процесса.