» » Особенности приготовления сплавов
23.04.2015

Цинковые сплавы. Плавка цинковых сплавов производится главным образом в тигельных печах, работающих на твердом, жидком или газообразном топливе, а также в электропечах сопротивления (например, типа САТК).
Сначала расплавляют тугоплавкие составляющие шихты — лигатуры и алюминий. Цинк вводят после расплавления алюминия и ведут его расплавление при закрытых окнах печи. После расплавления всех элементов ванну тщательно перемешивают; перед выпуском металла снимают шлак и на дно тигля вводят магний с помощью дырчатого колокола, который выдерживается в ванне до полного растворения магния. Ванну еще раз тщательно перемешивают и, сняв шлак и флюсы, производят разливку при температуре 420—440° для сплавов цинка с алюминием и при температуре 530—550° для сплавов цинка с медью. Температура заливки тройных сплавов Zn—Cu—Al является промежуточной.
Флюс — хлористый аммоний — может быть заменен хлористым цинком или каустической содой.
При таком порядке загрузки нет необходимости сильно перегревать цинковую ванну для растворения тугоплавких составляющих.
В целях предохранения металла от излишнего окисления ванну при плавке сплавов Zn—Al—Cu не следует перегревать выше 480°.
При плавке в тигельных печах применяются чугунные, стальные и графитовые тигли. Для сплавов Zn—Al рекомендуются тигли из чугуна, содержащего хром или никель, или из чугуна с присадкой стали 1,5%.
Стойкость чугунных тиглей увеличивается при применении обмазки, состоящей из 95% мела и 5% жидкого стекла. Вода добавляется до получения сметанообразной массы. Все плавильные и разливочные приспособления из чугуна и стали должны быть промазаны графитом: для сплавов, богатых медью, рекомендуется плавка в графитовых тиглях.
Температура измеряется железоконстантанозой термопарой.
При другом способе плавки цинковых сплавов (с применением тех же плавильных печей) первоначально загружают и расплавляют цинк, а после некоторого его перегрева вводят тугоплавкие составляющие. Когда температура расплавленного цинка достигает 450°, вводится флюс в количестве около 1 % от веса цинка, состоящий из 15 частей хлористого аммония и 1 части хлористого цинка, для предохранения цинка от окисления и для понижения его летучести при высокой температуре.
Температура ванны повышается до 480° для сплавов цинка с алюминием и до 580° для сплавов цинка с медью. При этих температурах вводится алюминий и лигатуры. Алюминий добавляется либо в твердом, либо в жидком виде.
В сплавы Zn—Al легирующие присадки вводят в виде лигатуры алюминий—медь, в сплавы Zn—Cu медь вводят в виде лигатуры цинк—медь или в виде латуни. При 550° латунь быстро растворяется.
Для быстрого растворения алюминия ванну металла необходимо интенсивно перемешивать.
Приготовление алюминиевых сплавов

Плавка алюминиевых сплавов представляет ряд трудностей. Малый удельный вес алюминиевых сплавов благоприятствует образованию газовых раковин и пористости — газы легко проникают в металл и насыщают его. Большое сродство алюминия с кислородом вызывает образование в сплаве значительного количества окислов алюминия. Между тем отделять металл от шлака и окислов весьма трудно, так как они по своему удельному весу мало отличаются от сплава: шлак и окислы остаются в сплаве в мелкораздробленном виде, во взвешенном состоянии. Это в значительной степени влияет на качество сплава.
Плавка и заливка алюминия должны производиться при строгом соблюдении температурного режима и постоянном и точном пирометрическом контроле. Даже незначительный излишний перегрев металла и излишнее выдерживание его при высокой температуре ведут к чрезмерному насыщению сплава газами и окислами.
Указанные свойства алюминиевых сплавов определяют следующие особенности их плавки и разливки.
1. Плавка должна производиться в нейтральной или слабоокислительной атмосфере; восстановительная атмосфера, характеризуемая недостатком воздуха для горения и делающая пламя коптящим, вредна, так как способствует поглощению газов металлом.
2. Металл нужно предохранять от окисления, для чего применяют защитные покровы (поваренную соль с хлористым кальцием или для кремнистых сплавов алюминия — поваренную соль с криолитом) .
3. Зеркало металла не должно соприкасаться с продуктами горения; лучшие результаты дает плавка алюминия в тигельных печах (например, в тигельных электропечах сопротивления или печах Колемана), в которых зеркало металла изолировано от продуктов горения; если плавка ведется в тигельных горнах, полезно закрывать тигель асбестовой крышкой.
4. Для удаления окислов и шлаков необходимо применять флюсующие вещества, действующие как химически, так и механически. В качестве дегазирующего и рафинирующего применяется флюс следующего состава (в процентах):
Особенности приготовления сплавов

В условиях литья под давлением для офлюсования окислов алюминия на практике применяется флюс, состоящий из 60% криолита и 40% фтористого натра. Он является активным очистительным флюсом для алюминиевого сплава и используется в качестве покровного флюса при содержании металла в раздаточно-подогревательной печи.
Высокая температура плавления этого флюса (800°) устраняет возможность замешивания его с жидким металлом при его черпании и раздаче.
5. Ванна металла не перемешивается даже после добавления шихтовых материалов. После очистки сплава от окислов не следует его также перемешивать.
Разливка должна производиться осторожно, короткой струей.
Порядок плавки и разливки алюминиевых сплавов следующий:
1) расплавление около 2/3 чушкового алюминия;
2) присадка и расплавление лигатуры;
3) присадка остального чушкового алюминия;
4) присадка отходов и литников;
5) очистка сплава от окислов после его расплавления, добавки очистительных флюсов и хорошего их перемешивания;
6) выем тигля и снятие шлака и окислов (не следует снимать шлак во время плавки, так как поверхностная пленка окислов защищает металл от дальнейшего окисления);
7) выдерживание сплава перед заливкой до требуемой температуры.
Для устранения насыщения сплава железом от стенок чугунного тигля применяются покрытия изнутри одним из следующих составов:
1) 60% мелкого кварцевого песка, 30% огнеупорной глины и 10% жидкого стекла;
2) 60% металлургического магнезита с величиной зерна не более 0,5 мм, 20% огнеупорной глины, 10% жидкого стекла, 10% графита;
3) 50% глины, 8% мелкого кварцевого песка, 5% жидкого стекла, 37% воды. Применяются также и меловые и растворы окиси цинка на жидком стекле.
Все обмазки должны иметь консистенцию сметаны. Перед окраской новый тигель обдувают песком и подогревают в печи. Окраску производят при температуре тигля 150—200°, нанося тонкий слой краски кистью.
После окраски тигель прогревают до 500—600° и выдерживают при этой температуре 3—5 час. По мере отставания краски в процессе работы тигель вновь окрашивают.
Алюминиевые сплавы, содержащие магний, приготовляются следующим образом:
1) в чугунный или графитовый тигель, нагретый до 450—500°, загружают лигатуру (алюминий—марганец) и алюминий;
2) после расплавления всего металла и подогрева до 720—740° снимают шлак и с помощью нагретых клещей постепенно вводят магний, подогретый до 150—200°;
3) после расплавления всего магния сплав припудривается рафинировочным флюсом; после того как флюс расплавится, производится рафинирование в течение 2 мин. с помощью диска с отверстиями при непрерывной добавке флюса (до 2% от веса шихты);
4) после рафинирования сплав отстаивается в течение 5 мин.; затем снимается шлак; металл (90%) переливается в раздаточную печь, где он припудривается тем же флюсом (слоем 2—3 мм).
Магниевые сплавы. Очень большое сродство магния с кислородом чрезвычайно усложняет процесс плавки магниевых сплавов.
Чтобы предохранить расплавленный металл от окисления и загорания во время плавки, необходимо применять защитные флюсы. Флюсами посыпают расплавленный металл; они расплавляются и создают слой, препятствующий соединению металла с кислородом воздуха.
Плавка и литье магниевых сплавов. Плавка магниевого сплава (электрон) производится следующим образом: в стальной подогретый тигель закладывается лигатура Af-Mn, алюминий, часть магния и оборотный металл. На дно тигля (до загрузки шихты), а также на шихтовые материалы посыпается флюс, приготовленный из следующих тщательно перемолотых компонентов:
а) плавленый карналит (ЦМГУ 2026—48) —75%;
б) фтористый кальций (плавиковый шпат ручного обогащения ОСТ 7633/НКТП 655 1-и класс) — 17,5%;
в) окись магния (каустический магнезит 1-го класса по ГОСТ 1216—41) —7,5%;
г) по мере расплавления шихты вводят остальной магний и металл посыпают флюсом этого же состава;
д) по расплавлении всей шихты вводят цинк;
е) по достижении температуры 700—720° со сплава снимают шлак, всю поверхность металла посыпают флюсом и производят рафинировку в течение 3—5 мин. с помощью диска с отверстиями, перемешивая сплав сверху вниз (не касаясь дна).
После рафинирования и посыпания поверхности металла тем же флюсом сплаву дают отстояться в течение 15—-20 мин. и переливают (только ~2/3 металла) в раздаточную печь с припудриванием струи льющегося металла пылеобразной серой. После отстоя металла в течение 15 мин. начинают раздачу металла, осторожно отодвигая шлак.
При литье деталей со средней толщиной стенок с применением высоких давлений (порядка 500 кг/см2 и выше) заливку сплава МЛ5 можно производить при температуре 620—640°.
В подобных случаях при присадке к сплаву до 0,01 % Be можно работать без флюса в раздаточных печах.
Если иногда и возникают мелкие очаги загорания, — их присыпают серой или серным цветом. При этом исключается попадание флюсов в сплав и повышается коррозионная стойкость.
Температура заливки тонкостенных деталей находится в пределах 640—730° и зависит от толщины стенок и линейных размеров.
Медные сплавы. В литейных цехах для получения латуни применяют шихту, состоящую главным образом из лома и отходов (известного химического состава), что устраняет необходимость применения значительного количества свежих материалов.
Исключение может быть допущено только для приготовления специальных антимагнитных сплавов. Освежение достигается добавкой 10—20% красной меди и в некоторых случаях цинка в зависимости от состава лома и отходов; при шихтовке следует учитывать, что около 3 % цинка угорает.
Плавка латуни ведется следующим образом, В тигель или электропечь сначала загружают тяжелый лом и часть красной меди; одновременно загружается древесный уголь. После расплавления загруженной части шихты добавляют остаток красной меди и постепенно вводят более легкие отходы. Цинк вводят в последнюю очередь незадолго перед извлечением тигля; его вводят в подогретом виде, осторожно опуская при помощи клещей.
He следует вводить цинк в сильно перегретый металл, так как, переходя в парообразное состояние при 970°, он может быть выброшен из печи.
Когда металл готов, забрасывают в качестве флюса небольшое количество селитры для ошлакования всех окислов. После снятия шлака производится раскисление металла небольшим количеством фосфористой меди. Металл должен хорошо кипеть, так как при этом пары цинка будут уносить с собой часть растворенных в жидком металле газов.
При изготовлении антимагнитной латуни из чистых материалов в нагретый тигель загружают красную медь с древесным углем. После расплавления меди и раскисления фосфором вводят осторожно цинк. В остальном процесс идет так же, как и при плавке из лома и отходов.
Плавка кремнистой латуни. В тигель или в электрическую печь загружают вместе с древесным углем медь, расплавляют ее, перегревают до 1180—1200° и раскисляют фосфористой медью в количестве 0,2—0,3%. Такое раскисление необходимо для предупреждения раскисления за счет угара основных элементов сплава, главным образом кремния.
После небольшой выдержки вводят и растворяют лигатуру, затем в печь загружают отходы сплава, лом, литники и т. п. Металл перегревают до 1150—1180°, перемешивают его и вводят подогретый цинк, затем сплав снова перегревают до 1270—1300° и выдерживают при этой температуре около 20 мин. При перегреве с выдержкой составляющие сплава разномерно распределяются и сплав очищается от включений.
После перегрева с расплавленного металла снимают шлак, ванну энергично перемешивают и охлаждают до температуры разливки.
Кремний вводят в сплав в виде лигатуры медь—кремний с 25—30% Si. Лигатура приготовляется в тигле под слоем древесного угля. Вначале загружают медь, расплавляют ее и раскисляют фосфористой медью, затем присаживают кремний (в виде 75%-ного ферросилиция), перегревают металл до 1300° и, выдержав его при этой температуре 10—15 мин., перемешивают.
Учитывая ликвацию кремния, нужно обязательно разливать лигатуру в чугунные изложницы, иначе не будет достигнута однородность ее состава.
Использование отходов. При литье под давлением металл на литниковую систему расходуется в большом количестве, особенно при отливке мелких деталей на машинах с холодной камерой прессования.
Чтобы уменьшить расход металла, необходимо:
1) применять сменные наполнительные стаканы различного диаметра соответственно весу отливки;
2) в таком же соответствии менять диаметр литникового канала;
3) пользоваться для каждой заливки мерной ложкой соответственно данному размеру.
Литники и литниковые остатки не являются в буквальном смысле потерей, но они увеличивают количество оборотного металла, и без того достигающего в литье под давлением больших размеров. Как правило, каждый литейный цех должен полностью использовать в производстве все свои оборотные металлы. При условии правильного хранения и сортировки оборотные металлы своего производства являются обычно наиболее надежным материалом, превосходящим в качественном отношении покупной лом.
Рекомендуются следующие мероприятия по рациональному и полному использованию оборотных материалов.
Каждый участок (цех) литья под давлением должен по возможности ограничивать сортамент применяемых сплавов. Лучше всего применять по одному сплаву на основе каждого металла (цинкового, алюминиевого или медного). Это предотвращает перемешивание отходов. Если же по техническим причинам нельзя обойтись одним сплавом, то целесообразно иметь в сортаменте такой промежуточный сплав, для изготовления которого можно использовать все оборотные металлы даже в том случае, если они перемешаны. Например, в цехе, работающем на силумине и сплаве Al+Cu, должен быть в сортаменте сплав, содержащий медь и кремний и допускающий колебание их содержания. При работе с медными сплавами нужно, кроме латуни, иметь только один сплав повышенной прочности, например, кремнистую или марганцовую латунь. Иметь в сортаменте две специальные латуни с различными упрочнителями не следует. Если требуются медные сплавы различной прочности и твердости, то можно включить в сортамент два типа кремнистых латуней. При наличии в сортаменте какой-либо специальной латуни не следует бояться смешивать ее с обычной латунью; такое смешивание в большинстве случаев не опасно и может быть исправлено подшихтовкой.
При работе на цинковых сплавах недопустимо иметь в сортаменте вместе с высокопрочными сплавами, изготовляемыми из материала высокой чистоты, обычные сорта цинковых сплавов, содержащих железо, олово, свинец и кадмий, так как наличие этих примесей не дает возможности использовать оборотные металлы для изготовления ответственного литья.
Для того чтобы облегчить сортировку в условиях большего сортамента сплавов, необходимо на всех литниках предусматривать условные обозначения. Это легко выполнить, если отливка ведется в металлических формах; обозначения гравируются при изготовлении формы. Рекомендуется оборотный металл направлять в шихту после предварительной переплавки в чушки и проверки химического состава. Переплавка полезна и для рафинирования, так как во многих сплавах, главным образом алюминиевых, содержится много окислов.
Для переплавки оборотных металлов должна быть установлена в плавильном отделении печь значительной емкости для получения сплава равномерного состава. Перелитые в чушки отходы должны иметь условное обозначение сплава.