Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Слитки из алюминиевых сплавов получают в настоящее время в основном полунепрерывным литьем. Приготовление сплавов чаще всего ведут в отражательных печах емкостью 15—30 т. Готовый сплав сливают в миксеры, число которых обычно равно числу плавильных печей. Возле миксера устанавливают одну или несколько литейных машин. Печь, миксер и машины размещают в непосредственной близости друг от друга и на разных уровнях так, чтобы можно было переливать металл из печи в миксер и из миксера в кристаллизатор с помощью сифона.
Сифон представляет собой стальную футерованную внутри трубу с двумя коленами. В верхней части сифона имеется патрубок, ведущий к вакуум-насосу. Перед началом перелива сифон подогревают и затем устанавливают так, чтобы одно колено было погружено в металл в печи, другое — в металл в миксере. После этого в сифоне создают разрежение, металл заполняет короткое колено и начинает переливаться из печи в миксер. Регулируя разрежение в сифоне, можно изменять заполнение горизонтального колена и тем самым изменять количество подаваемого жидкого металла. Перелив с помощью сифона позволяет значительно уменьшить окисление металла.
В миксерах расплавы рафинируют, отстаивают и доводят их температуру до температуры литья. Из миксеров металл поступает, как правило, по желобам через летку в кристаллизаторы. Для очистки расплавов от окисных пленок и растворенного водорода на пути перелива металла из миксера в кристаллизатор устанавливает сетчатые, зернистые фильтры или солевые расплавы или осуществляют продувку расплава инертным газом через пористую керамику. Подачу металла в кристаллизатор регулируют с помощью стопорно-поплавковых устройств.
Разливку металла ведут с применением футерованной оснастки. Для футеровки используют асбест, глину и асботермосиликат. Футерованную оснастку хранят в термостатах при 150—200 °С. Во избежание насыщения расплава водородом перед употреблением футеровку оснастки следует прокаливать при 700—800 °C в течение 2—3 ч.
Перед началом литья в кристаллизатор скольжения вводят затравку или поддон и устанавливают распределительную воронку, предназначенную для равномерного распределения металла в кристаллизаторе и устранения влияния падающей струи металла на глубину лунки. Распределительную воронку надо устанавливать так, чтобы истечение металла из нее в направлении стенок кристаллизатора происходило под затопленный уровень. Применение воронок на 5—10 % уменьшает глубину лунки и способствует более равномерному распределению температуры металла в кристаллизаторе.
Во избежание появления грубых неслитин необходимо строго соблюдать оптимальные температуры заливки сплавов и поддерживать постоянный уровень металла в кристаллизаторе.
Оптимальная скорость литья круглых слитков из дюралюминия может быть определена из соотношения vл= 1,6 D, где vл — скорость литья, м/ч; D — диаметр слитка, м. Скорость литья мягких сплавов (АМц, АД) можно принимать равной vл = 2,4/D.
Для предупреждения растрескивания слитки сплавов В95 диаметром более 270 мм, Д16 и АК4 диаметром более 315 мм, АМг6 диаметром более 370 мм и Д1 диаметром более 450 мм и плоские слитки сплавов Д1, Д16, В95, АК4-1 отливают с алюминиевой подливкой. Для слитков диаметром менее 315 мм на поддон подливают 5—7 кг алюминия, для слитков диаметром более 315 мм и плоских 7—9 кг. Слитки сплавов В94, В95, АК4, Д16 диаметром более 270 мм после окончания литья выдерживают в кристаллизаторе без подачи охлаждающей воды в течение 10—15 мин до охлаждения головной части слитка до 60—80 °C с целью снижения в ней термических напряжений.
Полунепрерывное литье слитков из алюминиевых сплавов ведут на тросовых и цепных машинах, круглые слитки небольших диаметров (до 300 мм) с успехом отливают на роликовых машинах. Длина слитков составляет 6—7 м. После литья слитки режут на мерные заготовки на дисковых пилах. Головную (20—170 мм) и донную (80—250 мм) части слитка отрезают. Круглые и полые заготовки обдирают по наружной и внутренней поверхностям на глубину 5—8 мм, на такую же глубину фрезеруют широкие грани плоских заготовок Фрезеровка и обдирка производятся на полуавтоматах. Крупные слитки из высоколегированных сплавов (Д16, В95, Д1) перед разрезкой подвергают гомогенизации (отжигу 20—30 ч) с целью уменьшения дендритной ликвации и внутренних напряжений, что повышает пластичность сплавов и облегчает обработку давлением.
Режимы литья слитков некоторых алюминиевых сплавов в кристаллизаторы скольжения приведены в табл. 40 и 41.
Слитки, полученные литьем в электромагнитные кристаллизаторы, за исключением обдирки и фрезеровки, подвергают такой же обработке перед горячим деформированием, как и отлитые в кристаллизаторы скольжения. Режимы литья слитков в ЭМК приведены в табл. 42.
Одно из серьезных затруднений, встречающихся при полунепрерывном литье алюминиевых сплавов, — растрескивание слитков. Кроме описанных прежде причин появления трещин, очень большое значение имеет состав сплавов в пределах, допускаемых ГОСТом. Для всех сплавов очень важно содержание железа и кремния. Горячеломкость сплавов, как правило, снижается, если содержание железа в 1,1—1,2 раза больше, чем содержание кремния Это объясняется изменением характера кристаллизации сплавов, который можно проследить по тройной диаграмме Al —Si—Fe
Для слитков алюминиевых сплавов, полученных полунепрерывным литьем, характерна обратная зональная ликвация, которая выражается в обогащении периферийных слоев элементами, образующими легкоплавкие структурные составляющие (медь, магний, кремний), и соответственном обеднении этими элементами центра слитка. Обратная зональная ликвация вызывается перемещением маточного расплава в твердо-жидкой зоне в направлении, обратном продвижению фронта кристаллизации. Расплав перемещается под действием металлостатического и атмосферного давления. Причина перемещения заключается в усадке, происходящей в междендритных и внутридендритных порах. Степень развития ликвации определяется формой и размерами переходной твердо жидкой области. Узкая переходная область с большим наклоном (при большой скорости литья) обусловливает сильное обеднение ликвирующими элементами сравнительно небольшой центральной зоны. Широкая и пологая переходная область предопределяет равномерное понижение содержания лидирующих элементов от края к центру слитка. При наклоне переходной области к горизонту в 30° и меньше зональная ликвация почти не обнаруживается. Неравномерная подача расплава в лунку может сильно исказить ход зональной ликвации.