Вторичные алюминиевые сплавы, как правило, содержат избыточные количества нежелательных металлов, оксидов и водорода, а при плавке замас-ленной стружки и углеводородов (например, метана).
Щелочные металлы: магний, натрий, кальций удаляются, как правило, химическими способами путем взаимодействия с активными хлоридами, фторидами и оксидами.
Медь из сплавов не удаляется, цинк можно эффективно удалить в вакууме при перегреве металла, железо путем образования тугоплавких интерметаллидов марганца.
Газообразный водород в алюминиевых расплавах вызывает пористость в отливках. Количество водорода, которое необходимо удалять из алюминиевых расплавов путём дегазации, составляет обычно 0,3 – 0,5см. куб. на 100г. Al, а после дегазации менее 0,15 – 0,20 см. куб.на 100г. Al.
Для высококачественных материалов, например, деталей самолётов или заготовок для магнитных дисков, потребуется величина менее 0,15 см. куб. на 100г. Al.
Основные неметаллические включения в алюминии состоят из оксидов алюминия, магния и шпинели. Бориды титана, ванадия и алюминия, фосфиды алюминия привносятся в расплав с модификаторами или из лома ранее модифи-цированных сплавов. Эти включения не вызывают вредного воздействия, пока размер их частиц не превышает 4 мкм (по длине), они не спекаются, не образуют хлопьев и плён, как, например, оксиды.
При замещении атомов алюминия в кристаллической решетке атомами легирующих элементов происходит некоторое искажение кристаллической решетки. В ней появляются внутренние напряжения. При любом дополнительном искажении решетки в результате действия внешних сил требуется затратить некоторую энергию на преодоление этих напряжений. В связи с этим с ростом сте-пени искажения решетки увеличивается прочность сплава [1].
В формировании свойств металлических отливок из алюминиевых сплавов исключительно важное значение имеет также растворимость тех или иных легирующих элементов в основе сплава - алюминии.
Как же влияют легирующие добавки на алюминиевые сплавы.[2] Г. С. Ершов.
Кремний технический (кристаллический, металлический, металлургический):
- Улучшает литейные свойства
- Способствует в связанном с магнием состоянии дисперсному твердению.
- Вызывает появление серых пятен при анодировании.
В чистых Al-Cu сплавах, например в сплавах AlCu4Ti кремний
вредная примесь, приводящая к склонности и образованию горячих трещин.
Медь:
- Увеличивает прочность, в т.ч. при высоких температурах
- Способствует дисперсному твердению.
- Снижает коррозионную стойкость.
- Бинарные сплавы Al-Cu интервалы затвердевания.
Магний:
- Способствует в связанном с кремнием, медью или цинком дисперсному твердению (старению), а с цинком и самостоятельному твердению.
- Улучшает коррозионные свойства.
- Увеличивает склонность к окислению и насыщению водородом.
- Бинарные Al-Mg сплавы из-за большого интервала кристаллиза-ции тяжело льются.
Железо:
- Превышение его содержания свыше 0,2% оказывает негативное влияние на прочность при растяжении (относительное удлинение).
- Это объясняется высокой хрупкостью соединений Al-Fe (Si), которые имеют пластинчатую форму (под микроскопом видны в виде игл).
- Эти пластинки способствуют струк-турному разделению сплава, что приводит при испытаниях деформацией к раз-рушению. При содержании железа выше 0,4% снижается прилипаемость к форме при литье под давлением.
Цинк:
- Увеличивает прочность.
- Способствует в месте с магнием дисперсному самостарению.
Марганец:
- Компенсирует вредное влияние железа (>0,15%) на пределы прочности на растяжение и относительное удлинение.
Никель:
В работах Г.С. Ершова и Ю.Б. Бычкова с сотрудниками показано, что наилучшие результаты в части качества алюминиевых сплавов достигаются, когда легирующие компоненты близки к верхним уровням интервалов содержаний по стандартам, а примеси к нижним.
В связи с этим, при подборе шихтовых материалов для выплавки вторичных алюминиевых сплавов, следует учитывать большое влияние металлических примесей на свойства литейных алюминиевых сплавов. Примеси изме-няют структуру, механические и физические свойства сплавов[1].
На сайте ООО «Камалко» опубликована «интригующая статья», в которой приводятся некоторые широко известные «секреты» как получать высококачественные вторичные алюминиевые сплавы. Эти секреты, по моему глубокому убеждению, не более чем «ПИАР-ход». Правда, в январе этого года, автор хочет открыть ещё некоторые секреты производства.
Должен его сильно огорчить, все секреты опубликованы в технической и специальной температуре в 70-х годах прошлого века, т.е. 30 лет назад. Уже тогда было известно, что вторичные сплавы должны быть подвержены, по меньшей мере, двойному рафинированию с последующей фильтрацией. А работы профессора Э.Е. Лукашенко с сотрудниками убедительно показали, как существенно повышается качество вторичных алюминиевых сплавов после вакуумноаргонного рафинирования.
Обобщение результатов экспериментальных исследований по влиянию термовременной обработке расплавов на свойства сплавов в твёрдом состоянии свидетельствует о генетической взаимосвязи сплавов в жидком и твёрдом состоянии.[3 - 8]
Это положение металлурги давно использовали при разработке новых методов выплавки металлов. А.Г. Спасским, Г.Г. Крушенко. и О.П. Довцовым ещё в 1965 году показано, что модифицированную структуру силумина можно получить без введения модификаторов, только посредством одной температурной обработки. Опыты профессора Ю.Б. Бычкова с сотрудниками по перегреву сплавов до температур 900оС с последующим охлаждением до 700оС путём введения в сплав твёрдого сплава, показали эффективность термовременной обработки.
Введение во вторичный сплав первичного металла (технология Уль-яновского моторного завода) известный приём, который называется металлургами – самолётостроителями освежением. Он, наряду с выстаиванием расплава даёт возможность получать качественные отливки.
В качестве примера влияния неметаллических включений на структуру вторичных алюминиевых сплавов можно привести результаты экспериментов по рафинированию расплава газообразным хлором в отражательной печи с циркуляцией расплава. Ёмкость печи – 300 кг. Хлор «втворялся» в расплав с помощью графитового импеллера специальной конструкции, инжектирующей газ в расплав при его непрерывной циркуляции между камерой «втворения» и камерой нагрева печи.
Фотография шлифов вторичного алюминиевого сплава марки АК7 (исследования произведены на рентгено микроструктурном анализаторе «Камебакс» в донецком Институте вторичных цветных металлов в 1986 году.
Сплав до рафинирования хлором. Фаза AlFeSi модифицированная Mn (иглы превратились в глобулы)
Тот же сплав, но обработанный Хлором(30 г.на 1 кг сплава) в течении течении 10 мин при 2-х кратном перемешивании. Большое количество пор, заполненных оксидами Al,Ca,C Al,Ca,Cr c примесями Zn,Cu,Fe,Mn, Mg,Fe
Тот же сплав обработанный хлором в течении 30 минут (90 г на 1 кг. Сплава) при шести кратном перемешивании. Структура не изменилась, осталась модифицированной. Неметаллические включения отсутствуют, но поры ещё присутствуют.
Литература:
1.Г.С. Ершов, Ю.Б. Бычков. Высокопрочные алюминиевые сплавы на основе вторичного сырья. М. Металлургия 1979 г. 192 с.
2.Aluminium Guslegierungen. VDS.Dusseldorf. 1988 j. s.173
3.Г.Г. Крушенко – в кн.: Свойства сплавов в отливках. М., «Наука»,1975, с. 53-56 с ил.
4.Б.А. Баум, Г.В. Тягунов, Г.А. Хасин – в кн.: Свойства сплавов в отливках. М., «Наука», 1975, с.166-169 с ил.
5.М.Б. Гохштейн, А.И. Морозов – «Производство алюминия». М., «Металлургия», 1970 (ВАМИ. Сб. № 7), с.118-124 с ил.
6.В.А. Кудрин, Г.Н. Еланский, В.К. Бабич – «Проблемы стального слитка». Сб. № 6. М., «Металлургия», 1976,с. 27-31 с ил.
7.Б.А. Баум, Г.В. Тягунов, Г.А. Хасин – «Проблемы стального слитка». Сб. № 6. М., «Металлургия», 1976,с. 37-41 с ил.
8.А.Г. Спасский, Г.Г. Крушенко, О.П. Довцов – «Литейное производство», 1965, № 6, с. 32-33 с ил.
|
