Отливки из алюминиевых сплавов

Категория:
Литейное производство


Отливки из алюминиевых сплавов

Для изготовления отливок используют пять групп алюминиевых сплавов: 1) на основе системы алюминий-кремний; 2) алюминий-медь; 3) алюминий-магний; 4) системы алюминий-кремний-медь; 5) прочие сплавы.

Алюминиевые сплавы имеют высокую удельную прочность при нормальной температуре, хорошо противостоят коррозии в атмосферных условиях, обладают высокими литейными свойствами.

Наибольшее применение в промышленности получили сплавы первой и четвертой групп.

Сплавы системы алюминий-кремний (силумины) широко применяются в авиационной, автомобильной, приборостроительной, машиностроительной, судостроительной и в электротехнической промышленности. По содержанию кремния они близки к эвтектическим и поэтому обладают лучшими, чем другие сплавы, литейными свойствами.

Двойные доэвтектические сплавы алюминия с кремнием имеют невысокую прочность. Поэтому в состав их вводят магний, образующий с кремнием химическое соединение Mg2Si, упрочняющее сплав в процессе термической обработки.

Наиболее вредной примесью для силуминов является железо. Образуя хрупкие тройные (Al-Fe-Si) и более сложные фазы, кристаллизующиеся в виде пластин, железо существенно снижает пластические свойства сплавов. Для нейтрализации вредного влияния железа в сплав вводят марганец. Десятые доли марганца способствуют переводу выделений железистой составляющей в более благоприятную (компактную) форму.

При литье в песчано-глинистые формы легирование силуминов магнием и марганцем не обеспечивает еще получения необходимых механических свойств из-за грубого выделения кремния в эвтектике. Поэтому при литье в разовые, низкотеплопроводные формы сплавы системы алюминий-кремний, содержащие не менее 6% Si, подвергают модифицированию. Для этой цели в расплав вводят 0,01-0,1% Na. В присутствии натрия эвтектический кремний выделяется в виде тонкодисперсных пластин, что благоприятно отражается на пластических свойствах. Аналогичное влияние оказывают на структуру сплава присадки кальция и калия, окислов щелочных металлов, сурьма, висмут, литий бор и т. д.

Сплавы на основе системы алюминий-медь обладают низкой коррозионной стойкостью и недостаточной пластичностью. В отличие от сплавов первой группы они хорошо обрабатываются резанием. Вследствие широкого интервала кристаллизации сплавы этой системы склонны к образованию усадочных трещин и рассеянной усадочной пористости. Отличительной особенностью алюминиевомедных сплавов является их теплопрочность. Механические и эксплуатационные свойства сплавов улучшают присадками марганца и титана (сплав АЛ 19) и термической обработкой.

Сплавы алюминия с медью и кремнием широко используют для изготовления деталей, обладающих достаточной твердостью и прочностью, сохраняющих постоянство размеров в процессе эксплуатации и отвечающих требованиям по чистоте обработанной поверхности (корпусы различных приборов, автомобильные и тракторные поршни, детали авиационных двигателей). Среди сплавов этой группы наиболее благоприятными свойствами обладает АЛ7-4.

Сплавы системы алюминий-магний отличаются низкой плотностью и высокими коррозионной стойкостью и прочностью; их используют для изготовления отливок, испытывающих большие вибрационные нагрузки или подвергающиеся воздействию морской воды (АЛ8, АЛ22).

Вследствие повышенной склонности к окислению, образов а-нию усадочных трещин и рыхлот, взаимодействию с влагой формы, пониженной жидкотекучести — изготовление отливок из сплавов системы алюминий-магний вызывает технологические трудности.

Сплавы, не входящие в рассмотренные системы, относятся к группе сложнолегированных, и применяются для изготовления отливок, работающих при повышенных температурах и давлениях (АЛ 1), требующих повышенной стабильности размеров (ВАЛ4), для изготовления сварных конструкций (ВАЛ4) и деталей, хорошо обрабатывающихся резанием (АЛ11).

В зависимости от масштаба и специфики производства плавку алюминиевых сплавов в литейных цехах осуществляют в печах: электрических тигельных и отражательных; в тигельных, работающих на жидком и газообразном топливе, и в индукционных.

При плавке на воздухе алюминиевые сплавы окисляются и насыщаются водородом. В процессе окисления на поверхности алюминия образуется плотная и прочная окисная пленка. При достижении толщины пленки -2000 А окисление практически прекращается из-за малой скорости диффузии кислорода через пленку. Легирование алюминия магнием, медью, цинком и никелем усиливает окисление, так как окислы этих элементов обладают меньшей плотностью, чем окислы алюминия. Скорость окисления уменьшается при легировании алюминия церием и лантаном; большинство же легирующих элементов (Si, Мп и др.) не влияет на скорость окисления.

Алюминиевые сплавы склонны к газопоглощению. Особенно энергично в них растворяется водород, что способствует получению отливок с газовой пористостью и раковинами. Алюминиевые расплавы предохраняют от окисления и поглощения водорода плавкой под флюсами. В качестве покровного флюса при плавке млогих сплавов, содержащих не более 1% Mg, используют смесь (2% от массы шихты) хлоридов натрия и калия (45% NaCl и 55% КС1). Для обеспечения полного отделения окислов алюминия в состав флюсов вводят до 25% криолита (Na3AlF6).

Для алюминиевомагниевых сплавов в качестве покровного флюса используют карналлит (MgCl2-KCl) с добавками хлористого бария (ВаС12) или фтористого кальция (CaF2).

В тех случаях, когда невозможно применение флюса, защиту от окисления обеспечивают легированием сплавов бериллием (0,03-0,05%).

Однако как бы тщательно не проводилась защита расплавов, при плавке на воздухе они всегда оказываются загрязненными и перед заливкой в формы требуют очистки.

В зависимости от состава сплава и объема производства рафинирование (очистку) расплавов от взвешенных неметаллических включений и водорода осуществляют продувкой инертными (Аг, N) или активными (С1) газами, обработкой хлоридами (МпС12), ZnCl2, TiCl4, флюсами и выдержкой в вакууме.

При пропускании газов (0,2-0,8% от массы металла) через расплав они оказывают флотирующее действие на взвешенные включения; пузырьки рафинирующего газа выносят их на поверхность расплава. Поскольку внутри пузырька рафинирующего газа давление атомарного водорода равно нулю, растворенный водород диффундирует внутрь пузырька рафинирующего газа и выносится за пределы расплава. Очистка тем интенсивнее, чем мельче пузырьки рафинирующего газа и чем равномернее распределены они в объеме расплава.

Введение в расплав хлоридов марганца, цинка и других металлов сопровождается образованием хлористого алюминия, пары которого также влияют как аргон и хлор. Оптимальное количество хлоридов составляет 0,1-0,3% от массы расплава. Рафинирование алюминиевых расплавов газами осуществляют при 720-750° С в течение 1.0-12 мин в той же печи, где велось расплавление. После этого для выделения мелких газовых пузырьков расплав отстаивают в течение 15-20 мин.

Рафинирование флюсом осуществляют при 730-750° С. Флюс (0,5-1% от массы металла), предварительно переплавленный, засыпают на поверхность металла или вводят внутрь его специальным приспособлением. В некоторых случаях рафинирование осуществяют при разливке; флюс расплавляют, порцию его заливают в тигель, а затем через флюс в тигель заливают металл; неметаллические “включения при этом экстрагируются.

Для дегазации расплав может быть выдержан в атмосфере инертного газа или вакууме (15-20 мин при остаточном давлении 50-100 мм рт. ст.).

Рафинирование контролируют при помощи технологических проб, химического и газового анализа.

Сплавы, содержащие более 6% Si, перед заливкой в разовые формы подвергают модифицированию. Операция модифицирования измельчает выделения кремния и повышает механические свойства сплавов. Модифицирование осуществляют введением в расплав несколько сотых долей процента натрия. Для этой цели используют главным образом смеси хлористых и фтористых солей натрия и реже чистый натрий.

После этого соли замешивают в расплав и через 3-5 мин удаляют вместе со шлаком.

Тщательно очищенный расплав может быть вновь загрязнен в процессе литья. Падение струи металла с высоты более 300 мм сопровождается вспениванием и образованием окислов, часть которых попадает в отливку. Для алюминиевых сплавов недопустимы завихрения, образующиеся в местах удара струи о стенку формы. Воздух, захваченный вихревым потоком, загрязняет сплав окислами. В связи с этим формы заполняют алюминиевыми сплавами с минимальной линейной скоростью движения струи на выходе из литников, для чего используют расширяющиеся системы. Продолжительность заполнения форм регулируют изменением площади сечения литниковых каналов.

В условиях массового и крупносерийного производств многие отливки из алюминиевых сплавов изготовляют в металлических формах (кокилях). Низкая температура литья этих сплавов и наличие пленки А1203, образующейся на поверхности отливок, увеличивают стойкость кокилей и, следовательно, экономическую целесообразность их использования.

Для алюминиевых сплавов характерны расширяющиеся литниковые системы, предусматривающие отделение взвешенных неметаллических включений. Очень часто в шлаковиках устанавливают сетки (стеклоткань, титановая, железная, из стержневой смеси), усложняют каналы устройством шлаковыпоров, различных поворотов, используют кусковые фильтры. В некоторых случаях предусматривают два ряда шлаковиков.

Для предотвращения захвата воздуха при заполнении высоких (>300 мм) форм применяют многоярусные и щелевые литниковые системы, позволяющие получить наиболее благоприятное распределение температуры по высоте отливки.

Алюминиевые сплавы склонны к образованию усадочной пористости, устранение которой в отливках достигается установкой массивных прибылей, холодильников, а для ответственных деталей — кристаллизацией в автоклавах под давлением сжатого воздуха.

Очистку отливок производят на гидропескоструйных установках. В зависимости от состава сплава отливки проходят определенный режим термической обработки. Характерным является также пропитка пористых отливок различными лаками.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум