Плавка алюминиевых сплавов представляет ряд трудностей. Малая плотность алюминиевых сплавов способствует образованию газовых раковин и пористости, так как газы легко проникают в металлическую среду и насыщают ее. Алюминий легко окисляется. Очищать расплав от шлака и окислов трудно. Шлак и окислы остаются в расплаве в мелкораздробленном виде во взвешенном состоянии, что в значительной степени влияет на качество сплава.
Применение флюсов (хлористого цинка, криолита) или модификаторов также не позволяет очистить расплав полностью, так как затруднено отделение их от расплава.
При приготовлении алюминиевых сплавов особенно важное значение имеют чистота исходных материалов и точность состава шихты. Нередко ничтожные количества вредных примесей значительно ухудшают механические свойства сплавов. Все это вызывает необходимость особенно тщательной сортировки отходов. Без переплавки можно пользоваться ими только в том случае, если известен их химический состав. Лом неизвестного происхождения или плохо отсортированный и переплавы (вторичные сплавы), содержащие много окислов и вредных примесей, следует переплавлять в чушки. Во время переплавки очищают расплав от примесей и производят химический анализ.
Плавку и заливку алюминия производят при строгом соблюдении температурного режима и постоянном и точном контроле нагрева сплава. Даже незначительный перегрев и излишнее выдерживание сплава при высокой температуре ведут к чрезмерному насыщению его газами и окислами и появлению усадочных раковин.
Для удаления окислов и шлаков необходимо применять флюсы, действующие как химически, так и механически. После очистки расплава от окислов не следует его перемешивать.
Разливку надо производить осторожно, короткой струей.
При приготовлении алюминиевых сплавов следует придерживаться такого порядка:
-
расплавление около 2/3 чушкового алюминия;
-
присадка и расплавление лигатуры;
-
присадка остального чушкового алюминия;
-
присадка отходов и литников;
-
очистка расплава от окислов после его расплавления путем добавки очистительных флюсов и хорошего перемешивания;
-
выемка тигля и снятие шлака и окислов (не следует снимать шлак во время плавки, так как поверхностная пленка окислов защищает расплав от дальнейшего окисления);
-
выдерживание расплава перед заливкой до требуемой температуры.
Пример плавки алюминиевого сплава АК12 (АЛ2).
Сплав АК12 (АЛ2) можно изготовить из чушковых силуминов. В случае отсутствия силуминов в качестве шихтовых материалов можно использовать чушковый алюминий и кремний.
Приготовление сплава происходит следующим образом: расплавляют чушковый алюминий и нагревают его до температуры 850° С. В подогретый алюминий добавляют небольшими порциями кремний, который перед введением в алюминий завертывают в алюминиевую фольгу для того, чтобы он не покрылся окисью алюминия, затрудняющей растворение кремния. После полного растворения всего кремния сплав рафинируют и подвергают модифицированию.
Алюминиевые сплавы плавят в тигельных и пламенных стационарных, поворотных и наклоняющихся печах, электропечах сопротивления и индукционных печах. Плавка алюминиевых сплавов в электрических печах сопротивления состоит в следующем.
Шихтовые материалы, представляющие собой подогретые чушки первичного и вторичного сплава, отходы собственного производства и соответствующие лигатуры, загружаются в камеры, футерованные шамотным кирпичом. В камерах в фасонном огнеупоре расположены электроспирали, по которым проходит электрический ток, нагревающий их.
Расплав из камер стекает в сборник. В сборнике расплав рафинируют хлористым цинком, тщательно перемешивают, удаляют с поверхности пеку и шлак, а затем присаживают добавки. Перед разливкой в ковши расплав еще раз перемешивают, снимают с зеркала расплава шлак, замеряют температуру погружающей термопарой и заливают образцы для контроля химического анализа и механических качеств.
Сплавы-силумины перед выпуском в ковш подвергают модифицированию солями металлического натрия для получения мелкозернистой структуры. В отдельных случаях сплавы для дегазации продувают хлором при температуре 680—720°. При наклоне печи с помощью механизма поворота и роликов расплав выливается через желоб в разливочные ковши. Емкость печей сопротивления 0,3—3,0 т, число плавок в сутки 4-5.
Для получения алюминиевых сплавов используют чушковый алюминий, машинный лом, отходы литейного производства и различные лигатуры (например, 90% Аl и 10% Мn, температура плавления 770 — 830°).
В состав металлической шихты вводят 40 — 60% оборотных металлов (лома, брака, литников, выпоров, прибылей и т. д.) и 60 — 40% чистых металлов. Для предохранения металла от окисления применяют флюсы различного состава, например 50% NaCl + 50% СаСl2; или 50% NaCl + 35% KCl + 15% Na3AlF6.
Все эти флюсы являются легкоплавкими (температура плавления в пределах 500 — 600º). Для получения плотного металла с более мелким строением в него добавляют модификаторы. Для алюминиевых сплавов в качестве модификатора применяют чистый натрий и его соли: 67% NaF + 33% NaCl, или 25% NaF + 62,5% NaCl + 12,5% КСl. Модифицированию подвергают сплавы марки Ал2, Ал4 и др.
Печи для плавки алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы плавят в следующих печах: поворотных тигельных печах с металлическим тиглем (рис. 83, а); в электрических тигельных печах сопротивления стационарных и поворотных (для приготовления до 0,25 т сплава); камерных печах сопротивления стационарных и поворотных (рис. 83, б) емкостью до 1,5 т; индукционных двухканальных печах с металлическим сердечником.
Рис. 83. Плавильные печи для плавки алюминиевых сплавов: а — тигельный горн; б — электропечь сопротивления: 1 — загрузочное окно; 2 — ванна для расплавления металла; 3 — сопротивление
Процесс плавки алюминиевых сплавов представляет ряд трудностей вследствие их сильного окисления и насыщения газами при нагревании свыше 800°. Существует несколько способов плавки, обеспечивающих получение качественных отливок; плавка под слоем флюса, газовое рафинирование, рафинирование солями, применение вымораживания и модифицирования.
Плавка алюминиевых сплавов под слоем флюсов проходит в такой последовательности; шихтовые материалы плотно укладывают в тигель или печь и сверху засыпают флюсами; загружают и расплавляют металл по частям: сначала расплавляют примерно треть шихты, потом остаток шихтового материала подогревают до 100 — 120° для удаления влаги с поверхности и погружают в расплавленный металл под слой флюсов.
При газовом рафинировании плавку проводят в такой последовательности: загружают и расплавляют треть шихты, добавляют лигатуры (Al + Сu, Al + Si и др.) и остаток шихты. После расплавления сплав перемешивают, нагревают до 660 — 680° и рафинируют хлором. Рафинирование осуществляют продуванием через сплав хлора в течение 5 — 15 мин. При этом хлор вступает в химическое взаимодействие с алюминием и другими элементами.
Образующиеся газообразные продукты АlСl3, НСl и часть Сl2 удаляются из металла, присоединяя к себе Аl2O3, SiО2 и газы. После газового рафинирования металл приобретает высокие механические свойства. Для газового рафинирования можно применять азот.
Шихтовые материалы
Для получения алюминиевых сплавов используют чушковый алюминий, машинный лом, отходы литейного производства и различные лигатуры (например, 90% Аl и 10% Мn, температура плавления 770 — 830°).
В состав металлической шихты вводят 40 — 60% оборотных металлов (лома, брака, литников, выпоров, прибылей и т. д.) и 60 — 40% чистых металлов. Для предохранения металла от окисления применяют флюсы различного состава, например 50% NaCl + 50% СаСl2; или 50% NaCl + 35% KCl + 15% Na3AlF6.
Все эти флюсы являются легкоплавкими (температура плавления в пределах 500 — 600º). Для получения плотного металла с более мелким строением в него добавляют модификаторы. Для алюминиевых сплавов в качестве модификатора применяют чистый натрий и его соли: 67% NaF + 33% NaCl, или 25% NaF + 62,5% NaCl + 12,5% КСl. Модифицированию подвергают сплавы марки Ал2, Ал4 и др.
Печи для плавки алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы плавят в следующих печах: поворотных тигельных печах с металлическим тиглем (рис. 83, а); в электрических тигельных печах сопротивления стационарных и поворотных (для приготовления до 0,25 т сплава); камерных печах сопротивления стационарных и поворотных (рис. 83, б) емкостью до 1,5 т; индукционных двухканальных печах с металлическим сердечником.
Рис. 83. Плавильные печи для плавки алюминиевых сплавов: а — тигельный горн; б — электропечь сопротивления: 1 — загрузочное окно; 2 — ванна для расплавления металла; 3 — сопротивление
Процесс плавки алюминиевых сплавов представляет ряд трудностей вследствие их сильного окисления и насыщения газами при нагревании свыше 800°. Существует несколько способов плавки, обеспечивающих получение качественных отливок; плавка под слоем флюса, газовое рафинирование, рафинирование солями, применение вымораживания и модифицирования.
Плавка алюминиевых сплавов под слоем флюсов проходит в такой последовательности; шихтовые материалы плотно укладывают в тигель или печь и сверху засыпают флюсами; загружают и расплавляют металл по частям: сначала расплавляют примерно треть шихты, потом остаток шихтового материала подогревают до 100 — 120° для удаления влаги с поверхности и погружают в расплавленный металл под слой флюсов.
При газовом рафинировании плавку проводят в такой последовательности: загружают и расплавляют треть шихты, добавляют лигатуры (Al + Сu, Al + Si и др.) и остаток шихты. После расплавления сплав перемешивают, нагревают до 660 — 680° и рафинируют хлором. Рафинирование осуществляют продуванием через сплав хлора в течение 5 — 15 мин. При этом хлор вступает в химическое взаимодействие с алюминием и другими элементами.
Образующиеся газообразные продукты АlСl3, НСl и часть Сl2 удаляются из металла, присоединяя к себе Аl2O3, SiО2 и газы. После газового рафинирования металл приобретает высокие механические свойства. Для газового рафинирования можно применять азот.
