Особенности плавки алюминиевых сплавов
При плавке свежих шихтовых- материалов сначала загружают и расплавляют алюминий, а затем вводят лигатуры. Добавки, склонные к угару, например цинк или магний, вводят в расплав в последнюю очередь, лучще под слой флюса. В условиях производства шихта часто состоит из свежих металлов (20— 50 %) и возврата (80—50 %). В этом случае сначала расплавляют алюминий, а затем вводят возврат, лигатуры и другие элементы шихты. При плавке вторичных сплавов в первую очередь расплавляют чушки вторичного сплава, а затем уже вводят необходимые элементы подшихтовки. Если шихта состоит из возврата и вторичных сплавов, то обычно сначала расплавляют наибольшую составную часть шихты. Вообще, если составные части шихты имеют близкие температуры плавления, то их можно загружать в печь одновременно. При плавке алюминия и сплавов на его основе важнейшими элементами технологии приготовления сплава является, во-первых, защита расплава от окисления и газопоглощения и, во-вторых, удаление из расплава оксидных плен и водорода, т. е. рафинирование сплавов.
Рафинирование алюминиевых сплавов. Защита алюминиевых расплавов от окисления и поглощения водорода достигается плавкой под флюсами в слабоокислительной атмосфере. Большинстве алюминиевых сплавов, содержащих не более 2 % Mg, плавят под покровным-флюсом, представляющим собой смесь хлоридов натрия и калия (45 % NaCl и 55 % КСl) в количестве 1—2 % от массы шихты. Для этих целей находят применение и более сложные флюсы, содержащие обычно кроме хлоридов натрия и калия криолит (Na3AlF6). Для алю- миниево-магниевых сплавов в качестве покровного флюса применяют карналлит (MgCl2*КС1) или смеси карналлита с 40—50 % хлорида бария и 10—15 % фторида кальция.
Покровные флюсы широко применяют при плавке в отражательных печах. Для предотвращения взаимодействия металла с влагой внимательно следят за тем, чтобы футеровка печи, желоба, ковша, флюсы были должным образом подготовлены к работе и не содержали следов влаги. Однако, несмотря на защитные мероприятия, при плавке алюминиевых сплавов они в различной степени окисляются и растворяют водород, что вызывает необходимость их рафинирования.
Способы рафинирования алюминиевых сплавов от оксидов и водорода разнообразны. Широкое распространение получили способы рафинирования алюминиевых сплавов путем обработки их хлоридами, флюсами и продувкой расплавов инертными газами. Действие хлоридов основано на их способности реагировать с алюминием
А1 + ЗМеС1 = А1С13 + ЗМе.
Для этих целей применяют хлорид цинка ZnCl2 и хлорид марганцаMnCl2, гексахлорэтан С2С16 и др. При замешивании в расплав, например, хлорида цинка происходит, с одной стороны, его испарение, а с другой — образование газообразного хлорида алюминия. Пузырьки последнего рафинируют расплав, очищая его от оксидов и водорода.
В последние годы для рафинирования алюминиевых сплавов используют гексахлорэтан, который вводят в расплавы в виде порошка или таблеток. Гексахлорэтан в отличие от других хлоридов не гигроскопичен, поэтому для его хранения не нужны специальные условия, дегазирующая способность высокая. Технология рафинирования хлоридами состоит во введении их в расплав с помощью колокольчика.
При использовании универсальных флюсов операции рафинирования и модифицирования совмещаются. Предварительно подогретый до 250—300 °С флюс в количестве около 1 % от массы сплава засыпают на зеркало расплава в ковше. В этом случае сплав должен быть нагрет на 20—40 °С выше температуры разливки. Через 3—5 мин производят рубку флюса и замешивание, затем его удаляют и заливают в форму. Качество модифицирования определяют по излому пробы. Химический состав сплавов марок АЛ4 и АЛ9 отличается от сплава марки АЛ2 как содержанием основной легирующей добавки — кремния, так и содержанием марганца и магния в сплаве марки АЛ4 и содержанием магния в сплаве АЛ9.
Для приготовления сплава марки АЛ4 расчет шихты ведут на следующее массовое содержание компонентов, %: 10 кремния, 0,4 марганца, 0,27 магния, остальное — алюминий. Марганец вводят в сплав в виде лигатуры алюминий — марганец. В очищенную и подогретую печь сначала загружают чушковые алюминий и силумин, а затем лигатуру алюминий — марганец и возврат собственного производства. После расплавления и необходимого перегрева сплава производят его рафинирование с последующим введением в сплав магния с помощью колокольчика. После растворения магния сплав модифицируют и разливают. Для сплава марки АЛ9 расчет шихты ведут на следующее массовое содержание компонентов, %: 7 кремния, 0,3 магния, остальное — алюминий. В остальном технология плавки сплава марки АЛ9 не отличается от плавки сплава марки АЛ4. Плавка других марок силуминов принципиально не отличается от рассмотренных.
Плавка алюминиево-магниевых сплавов. Технология плавки алюминиево-магниевых сплавов определяется их основной особенностью — повышенной склонностью к окислению в жидком состоянии. Плавку рекомендуется проводить в электропечах с графитовым тиглем в связи с минимально допустимым содержанием вредных примесей железа. По той же причине плавильно-раздаточный инструмент должен быть изготовлен из графита или титана. Технология плавки двойного алюминиево-магниевого сплава марки АЛ8 заключается в следующем: в качестве шихтовых материалов применяют чушковый алюминий марки А8, магний и возврат, не превышающие 50 % от массы шихты. Для предохранения от окисления в качестве покровного флюса используют карналлит или смесй карналлита с 40—50 % хлорида бария или с 10—15 % фторида кальция. Если применение флюса невозможно, то защиту от окисления осуществляют введением бериллия (0,03—0,05 %) в виде лигатуры алюминий — бериллий.
При плавке под флюсом в разогретую печь загружают чушки алюминия, возврат и флюс в количестве 2—3 % от массы шихты. После расплавления шихты при температуре 680— 700 °С под слой флюса отдельными порциями с помощью ко-
локольчика вводят магний. После введения магния производят рафинирование расплава, замешивая флюс в течение 3—5 мин. Перед разливкой флюс не удаляют во избежание окисления еплава на воздухе, а лишь отводят от струи при заливке форм. При плавке с использованием бериллия лигатуру алюминий — бериллий загружают вместе с шихтой, после расплавления вводят магний, а затем производят рафинирование флюсом по приведенной схеме.
Технология плавки других марок алюминиево-магниевых сплавов (АЛ 13, АЛ23, АЛ27, АЛ28) аналогична технологии приготовления сплава марки АЛ8 с применением защитно-ра- финирующего флюса. Для получения сплава марки АЛ22 рекомендуется приготовить предварительный сплав. Порядок ведения плавки сплавов повышенной чистоты (марок АЛ23-1 и АЛ27-1) практически не отличается от рассмотренного выше, однако шихтовые материалы должны содержать минимальную массу примесей. Порядок ведения плавки других сплавов на основе алюминия существенно не отличается от приведенных выше.
Расчет шихты.Рассмотрим расчет шихты на примере сплава марки АЛ5 в тигельной печи. В соответствии с тре-бованиями ГОСТ 2685—75 выбираем средние значения массового содержания компонентов в сплаве, %: 5 кремния; 0,4 маг-ния; 1,25 меди; остальное — алюминий. Расчет ведем на 100 кг шихты. Угар элементов для условий плавки по данным производства принимаем: кремния, меди и алюминия—1 %, магния — 3%. В состав шихты входит первичный алюминий, чушковый силумин и лигатуры алюминий — магний и алюминий — медь. Для восполнения угара отдельных элементов масса шихтовых материалов должна быть увеличена: кремния на 5-1/100 = 0,05 кг; магния на 0,4.3/100 = 0,012 кг; меди на 1,25-1/100 = 0,012 кг; алюминия на 93,35-1/100 = 0,933 кг. После этого необходимый состав шихты можно представить следующим образом:
На основе полученного расчета определим необходимую массу чушкового силумина и лигатур. Силумина следует ввести 5,05-100/13 = 38,85 кг; масса алюминия в силумине составляет 38,85 — 5,05 = 33,8 кг. Для введения в сплав требуемых масс магния и меди необходимо ввести в сплав лигатуры: алюминий—магний 0,412"-100/10 = 4,12 кг, при этом масса вне-сенного алюминия составит 4,12 — 0,412 = 3,708 кг, алюминий — медь 1,262 • 100/50 = 2,524 кг, которая содержит
1,262 кг алюминия. Следовательно, с учетом алюминия, вносимого лигатурами, в шихту необходимо добавить алюминия 94,283 — (33,8 + 3,708 + 1,262) = 56,513 кг.
Таким образом, для плавки 100 кг сплава марки АЛ5 необходимо внести материалов, кг:
При производстве отливок ответственного назначения проверяют массу вредных примесей, вносимых расчетной массой шихтовых материалов.
