Modificirana aluminijska legura otporna na koroziju nove generacije. Modifikacija legura MSM mješavine modifikacija aluminijskih legura
Oni uključuju posebnu obradu taline kako bi se dobio fino zrnati eutektički silicij u lijevanoj strukturi. Ova struktura povećava mehanička svojstva odljevka, uključujući relativno istezanje, a također, u mnogim slučajevima, svojstva lijevanja aluminijske taline. Obično, modifikacija silumina nastaje dodavanjem malih količina natrija ili stroncija.
Suština modifikacije
Suština modifikacije silumina - utjecaj sadržaja natrija na moguće oblike eutektičkog silicija u Al Si11 siluminu - prikazana je na slikama 1-4.
Slika 1 - Lamelarna struktura eutektičkog silicija.
Uvjeti za stvaranje lamelarnog silicija nastaju u lijevanim legurama u potpunoj odsutnosti fosfora ili modificirajućih aditiva, na primjer, natrija ili stroncija.
Slika 2 - Zrnata struktura eutektičkog silicija.
Uvjeti za stvaranje granularne strukture eutektičkog silicija nastaju u prisutnosti fosfora, ali bez natrija ili stroncija. Kristali silicija postoje u obliku grubih zrnaca ili pločica.
A)
b)
Slika 3 - a) “Nemodificirana” struktura eutektičkog silicija;
b) Modificirana struktura eutektičkog silicija.
U “nedovoljno modificiranom” iu većoj mjeri u modificiranom mikrostrukturnom stanju, npr. dodatkom natrija ili stroncija, granule se značajno smanjuju, dobivaju zaobljen oblik i ravnomjerno se raspoređuju. Sve to ima blagotvoran učinak na plastična svojstva materijala, posebno na relativno rastezanje.
Slika 4 – “Modificirana” struktura.
U slučaju “prekomjerne modifikacije”, na primjer, prekomjernog sadržaja natrija, u strukturi se pojavljuju vrpce poput žilica s grubim kristalima silicija. To znači pogoršanje mehaničkih svojstava silumina.
Modifikacija silumina natrijem
U siluminima s udjelom silicija većim od 7%, eutektički silicij zauzima većinu područja metalografskog uzorka. Pri sadržaju silicija od 7 do 13 % vrsta eutektičke strukture, na primjer granularna ili modificirana, značajno utječe na mehanička svojstva materijala, posebno na duktilnost ili istezanje. Stoga, kada je potrebno postići veće relativno istezanje pri ispitivanju uzorka, aluminijske legure s udjelom silicija od 7 do 13% modificiraju se dodatkom približno 0,0040-0,0100% natrija (40-100 ppm).
Modifikacija silumina stroncijem
U siluminima s udjelom silicija od oko 11%, posebno za , stroncij se koristi kao dugotrajni modifikator. Razlika između stroncija i natrija kao modifikatora je u tome što on puno manje izgara iz taline nego natrij. Stroncij se dodaje u količini od 0,014-0,040% (140-400 ppm). Modifikacija stroncijem obično se provodi u fazi proizvodnje ingota od odgovarajućih legura, pa se modifikacija više ne provodi u ljevaonici. Pri niskim brzinama hlađenja odljevaka, modifikacija stroncijem je mnogo manje učinkovita i stoga se ne preporučuje za upotrebu, na primjer, kod lijevanja u pješčanim kalupima.
Značajke obrade modificiranih talina
Kako bi se izbjeglo izgaranje stroncija, svi tretmani taljenjem, uključujući otplinjavanje, provode se bez upotrebe materijala koji sadrže klor, ali koristeći, na primjer, argon ili dušik. Modifikacija stroncijem ne nestaje ni kada se povratni metal, na primjer, profitabilni dijelovi odljevaka, pretopi. Ako je potrebno, gubici stroncija se nadoknađuju dodavanjem glavne legure koja sadrži stroncij, prema uputama dobavljača originalnih modificiranih legiranih uzoraka.
Ponovna modifikacija silumina
Budući da natrij relativno brzo izgara iz taline, naknadna modifikacija silumina natrijem mora se provoditi u ljevaonici u određenim intervalima. U talinama modificiranim natrijem ne smiju se koristiti materijali koji sadrže klor u svim postupcima koji uključuju taljenje. Klor reagira sa stroncijem i natrijem, uklanja ih iz taline i time sprječava njezinu modifikaciju.
N. E. Kalinina, V. P. Beloyartseva, O. A. Kavac
MODIFIKACIJA LIJEVANJA ALUMINIJSKIH LEGURA S PRAŠKASTIM SASTAVIMA
Prikazan je utjecaj disperznih vatrostalnih modifikatora na strukturu i svojstva lijevanih aluminijskih legura. Razvijena je tehnologija za modificiranje aluminijskih legura sustava L!-81-Md praškastim modifikatorom silicijevog karbida.
Uvod
Razvoj novih komponenti raketne i svemirske tehnologije postavlja zadatak povećanja strukturne čvrstoće i otpornosti na koroziju lijevanih aluminijskih legura. Ukrajinska lansirna vozila koriste silumine sustava aluminij-silicij, posebno legure AL2, AL4 i AL4S, čiji je kemijski sastav dat u tablici 1. Legure AL2 i AL4S koriste se za lijevanje kritičnih dijelova koji čine jedinicu turbopumpe raketnog motora. Strani analozi domaćih silumina su legure 354, C355 sustava A!-B1-Si-Md, legure 359 sustava A!-B1-Md i A357 sustava A!-B1-Md-Be, koje se koriste za lijevanje kućišta za elektroničke jedinice i sustave za vođenje raketa.
Rezultati istraživanja
Poboljšanje mehaničkih i ljevačkih svojstava aluminijskih legura može se postići uvođenjem modifikacijskih elemenata. Modifikatori za lijevane aluminijske legure dijele se u dvije bitno različite skupine. U prvu skupinu spadaju tvari koje u talini stvaraju visoko dispergiranu suspenziju u obliku intermetalnih spojeva, koji služe kao supstrat za nastale kristale. Druga skupina modifikatora uključuje tenzide čiji se učinak svodi na adsorpciju na plohama rastućih kristala i time inhibiraju njihov rast.
Modifikatori prve vrste za aluminijske legure uključuju elemente I, 2g, B, Bb, koji ulaze u sastav proučavanih legura u količinama do 1% mase. U tijeku su istraživanja o upotrebi takvih vatrostalnih metala kao što su BS, H11, Ta, V kao modifikatori prve vrste.Modifikatori druge vrste su natrij,
kalij i njihove soli, koji se široko koriste u industriji. Obećavajući pravci uključuju korištenje elemenata kao što su Kb, Bg, Te, Fe kao modifikatora druge vrste.
Novi pravci u modificiranju lijevanih aluminijskih legura razvijaju se u području primjene praškastih modifikatora. Korištenje takvih modifikatora olakšava tehnološki proces, ekološki je prihvatljiv, dovodi do ravnomjernije raspodjele unesenih čestica po presjeku odljevka, što povećava svojstva čvrstoće i karakteristike duktilnosti legura.
Treba istaknuti rezultate istraživanja G.G. Krušenko. Praškasti modifikator bor karbid B4C uveden je u sastav legure AL2. Kao rezultat toga, postignuto je povećanje duktilnosti od 2,9 do 10,5% uz povećanje čvrstoće od 220,7 do 225,6 MPa. pri čemu prosječna veličina makrozrna se smanjila s 4,4 na 0,65 mm2.
Mehanička svojstva hipoeutektičkih silumina uglavnom ovise o obliku eutektičkog silicija i višekomponentnih eutektika, koji imaju oblik " Kineska slova" U radu su prikazani rezultati modificiranja legura sustava A!-B1-Cu-Md-2n česticama TiN titanovih nitrida veličine manje od 0,5 mikrona. Studija mikrostrukture pokazala je da se titanijev nitrid nalazi u aluminijskoj matrici, duž granica zrna, u blizini silicijevih pločica i unutar faza koje sadrže željezo. Mehanizam utjecaja raspršenih čestica TiN na formiranje strukture hipoeutektičkih silumina tijekom kristalizacije sastoji se u tome da se njihov glavni dio istisne frontom kristalizacije u tekuću fazu i sudjeluje u mljevenju eutektičkih komponenti legure. Izračuni su pokazali da pri korištenju
Stol 1 - Kemijski sastav
Vrsta legure Maseni udio elemenata, %
A1 Si Mg Mn Cu Zn Sb Fe
AL2 Baza 10-13 0,1 0,5 0,6 0,3 - 1,0
AL4 8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 0,3 0,3 - 1,0
AL4S 8,0-10,5 0,17-0,35 0,2-0,5 0,3 0,3 0,10-0,25 0,9
© N. E. Kalinina, V. P. Beloyartseva, O. A. Kavac 2006.
formiranje čestica titan nitrida veličine 0,1-0,3 mikrona i kada je njihov sadržaj u metalu oko 0,015 tež.%. raspodjela čestica bila je 0,1 µm-3.
U publikaciji se raspravlja o modifikaciji legure AK7 s dispergiranim vatrostalnim česticama silicijevih nitrida 813^, čime se postižu sljedeća mehanička svojstva: stB = 350-370 MPa; 8 = 3,2-3,4%; HB = 1180-1190 MPa. Kod uvođenja čestica titan nitrida u leguru AK7 u količini od 0,01-0,02% tež. privremena vlačna čvrstoća se povećava za 12,5-28%, relativno rastezanje se povećava za 1,3-2,4 puta u usporedbi s nemodificiranim stanjem. Nakon modificiranja legure AL4 dispergiranim česticama titanijevog nitrida, čvrstoća legure je porasla sa 171 na 213 MPa, a relativno istezanje sa 3 na 6,1%.
Kvaliteta ljevaoničkih sastava i mogućnost njihove proizvodnje ovise o nizu parametara, a to su: moć disperzne faze talinom, priroda dispergiranih čestica, temperatura disperznog medija i načini miješanja metala. rastopiti pri uvođenju čestica. Dobra sposobnost vlaženja disperzne faze postiže se posebice uvođenjem aditiva površinski aktivnih metala. U ovom smo radu proučavali učinak aditiva silicija, magnezija, antimona, cinka i bakra na asimilaciju čestica silicijevog karbida frakcije do 1 mikrona tekućim aluminijem kvalitete A7. Prah BYU uveden je u talinu mehaničkim miješanjem pri temperaturi taline od 760±10 °C. Količina unesenog aluminija bila je 0,5% težine tekućeg aluminija.
Antimon donekle smanjuje apsorpciju primijenjenih BYU čestica. Elementi koji stvaraju legure eutektičkog sastava (B1, 2p, Cu) s aluminijem poboljšavaju apsorpciju. Ovaj učinak očito nije povezan toliko s površinskom napetosti taline, koliko s sposobnošću vlaženja SC čestica talinom.
Serija eksperimentalnih taljenja aluminijskih legura AL2, AL4 i AL4S, u koje su uvedeni praškasti modifikatori, provedena je u Državnom poduzeću PA "Južni Mašinostroitelni Zavod". Taljenje je obavljeno u indukcijskoj peći SAN-0,5 s lijevanjem u kalupe od nehrđajućeg čelika. Mikrostruktura legure AL4S prije modifikacije sastoji se od grubih dendrita α-krute otopine aluminija i α(D!)+B1 eutektika. Modifikacija silicijevim karbidom BS
omogućilo je značajno pročišćavanje dendrita a-krute otopine i povećanje disperzije eutektike (Sl. 1 i Sl. 2).
Mehanička svojstva legura AL2 i AL4S prije i poslije modifikacije prikazana su u tablici. 2.
Riža. 1. Mikrostruktura legure AL4S prije modifikacije, x150
Riža. 2. Mikrostruktura legure AL4S nakon modifikacije B1S, x150
Tablica 2 - Mehanička svojstva
Vrsta legure Metoda lijevanja Vrsta toplinske obrade<зВ, МПа аТ, МПа 8 , % НВ
AL2 Chill T2 147 117 3,0 500
AL2, modificirani 8Yu Chill 157 123 3,5 520
AL4S Chill T6 235 180 3,0 700
AL4S, modificirani 8Yu Chill 247 194 3,4 720
U ovom radu proučavan je utjecaj temperature na stupanj asimilacije vatrostalnih čestica T1C i B1C. Utvrđeno je da se stupanj asimilacije čestica praha talinom AL4S naglo mijenja s temperaturom. U svim slučajevima, maksimalna apsorpcija opažena je na temperaturi specifičnoj za danu leguru. Tako je maksimalna asimilacija Tiu čestica postignuta na temperaturi taljenja
700......720 °C, na 680 °C apsorpcija opada. Na
Kada temperatura poraste na 780......790 °C, apsorpcija TI pada 3......5 puta i nastavlja se smanjivati s daljnjim porastom temperature. Slična ovisnost asimilacije o temperaturi taline dobivena je za BU, koji ima maksimum na 770 °C. Karakteristična značajka svih ovisnosti je nagli pad apsorpcije pri ulasku u dvofazno područje intervala kristalizacije.
Miješanjem se osigurava ravnomjerna raspodjela raspršenih čestica silicijevog karbida u talini. Povećanjem vremena miješanja pogoršava se stupanj apsorpcije raspršenih čestica. To znači da su čestice koje je talina inicijalno asimilirala naknadno djelomično uklonjene iz taline. Pretpostavlja se da se ovaj fenomen može objasniti djelovanjem centrifugalnih sila koje guraju strane raspršene čestice, u ovom slučaju BS, prema stjenkama lončića, a zatim ih iznose na površinu taline. Stoga se tijekom taljenja miješanje nije kontinuirano provodilo, već je povremeno nastavljeno prije odabira dijelova metala iz peći.
Na mehanička svojstva silumina značajno utječe veličina čestica uvedenog modifikatora. Mehanička čvrstoća legura za lijevanje AL2, AL4 i AL4S raste linearno kako se smanjuje veličina čestica praškastih modifikatora.
Kao rezultat teorijskog i eksperimentalnog
Eksperimentalnim istraživanjima razvijeni su tehnološki režimi za proizvodnju visokokvalitetnih lijevanih aluminijskih legura modificiranih česticama vatrostalnog praha.
Studije su pokazale da kada se dispergirane čestice silicijevog karbida uvedu u aluminijske legure AL2, AL4, AL4S, struktura silumina se modificira, primarni i eutektički silicij se usitnjava i poprima kompaktniji oblik, veličina zrna a-krute otopine aluminija se smanjuje, što dovodi do povećanja karakteristika čvrstoće modificiranih legura za 5-7%.
Bibliografija
1. Fridlyander I.N. Metalurgija aluminija i njegovih legura. - M.: Metalurgija, 1983. -522 str.
2. Krushenko G.G. Modifikacija legura aluminija i silicija s praškastim aditivima // Materijali II Svesavezne znanstvene konferencije "Obrasci formiranja strukture legura eutektičkog tipa." - Dnepropetrovsk, 1982. - P. 137-138.
3. Mikhalenkov K.V. Formiranje strukture aluminija koji sadrži dispergirane čestice titanijevog nitrida // Postupci lijevanja. - 2001. -№1.- S. 40-47.
4. Černega D.F. Utjecaj dispergiranih vatrostalnih čestica u talini na kristalizaciju aluminija i siluminija // Ljevačka proizvodnja, 2002. - br. 12. - Str. 6-8.
Primljeno u urednici 06.05.2006.
Infuzija raspršenog vatrostalnog modifikatora1v u strukturu tog moć-istoka je dana! Livarnyh aluminij1n1evih legura1v. Tehnološka modifikacija aluminijske legure u sustavu Al-Si-Mg dovršena je praškastim modifikatorom silicij carb1d.
Dan je utjecaj finih vatrostalnih modifikatora na strukturu i svojstva ljevačkih aluminijskih legura. Razvijena je tehnologija modificiranja aluminijskih legura sustava Al-Si-Mg praškastim modifikatorom karbida silicija.
Taljenje većine aluminijskih legura nije teško. Komponente za legiranje, s izuzetkom magnezija, cinka i ponekad bakra, uvode se u obliku legura. Pri taljenju malih dijelova legura za lijevanje u pećima za lončiće, zaštitni tokovi, u pravilu, ne koriste se. Obavezna operacija je pročišćavanje radi uklanjanja nemetalnih inkluzija i otopljenog vodika. Najteže se tope aluminij-magnezijeve i višekomponentne legure otporne na toplinu.Kod taljenja kovanih legura posebna se pozornost posvećuje čišćenju peći od troske i ostataka prethodnog taljenja. Pri prelasku na drugu marku legure, osim prijelaznih talina, vrši se pranje peći i miješalica radi uklanjanja ostataka stare legure. Količina metala za pranje trebala bi biti najmanje četvrtina kapaciteta peći. Temperatura metala tijekom pranja održava se 40-50 °C iznad temperature lijevanja legure prije pranja. Da bi se ubrzalo čišćenje, metal se intenzivno miješa u peći 8-10 minuta. Za pranje se koristi aluminij ili pretapanje.U slučajevima kada je metal potpuno ispušten iz peći, možete se ograničiti na pranje s fluksima. Legure se tale pod potopljenim lukom
Utovar šarže vrši se sljedećim redoslijedom: sirovi aluminij, krupni otpad, pretaljivanje, legure (čisti metali). Dopušteno je utovar suhih strugotina i sitnog otpada u tekući metal na temperaturi ne višoj od 730 °C. Bakar se uvodi u talinu na temperaturi od 740-750 ° C, silicij - na 700-740 ° C pomoću zvona. Cink se puni prije magnezija, koji se obično dodaje prije ispuštanja metala. Najveće dopušteno pregrijavanje za lijevane legure je 800-830 °C, a za deformabilne legure 750-760 °C.
Kada se tali na zraku, aluminij oksidira. Glavni oksidansi su kisik i vodena para. Ovisno o temperaturi i tlaku tih plinova, kao i kinetičkim uvjetima međudjelovanja, kao rezultat oksidacije aluminija nastaje aluminijev oksid Al2O3, kao i Al2O i AlO. Vjerojatnost nastanka raste s porastom temperature i smanjenjem parcijalnog tlaka kisika u sustavu. U normalnim uvjetima taljenja termodinamički stabilna faza je čvrsti aluminijev oksid γ-Al2O3, koji se ne otapa u aluminiju i ne stvara s njim taljive spojeve. Zagrijavanjem na 1200 °C γ-Al2O3 rekristalizira u α-Al2O3. Kako dolazi do oksidacije, na površini čvrstog i tekućeg aluminija formira se gusti, izdržljivi oksidni film debljine 0,1-10 mikrona, ovisno o temperaturi i trajanju izloženosti. Kada se postigne ta debljina, oksidacija praktički prestaje, jer se difuzija kisika kroz film naglo usporava.
Proces oksidacije tekućih aluminijskih legura vrlo je složen i nedovoljno istražen. Dostupni literaturni podaci pokazuju da je intenzitet oksidacije komponenata legure funkcija tlaka kisika, tlaka disocijacije njihovih oksida, koncentracije komponenata u leguri, brzine difuzije atoma prema atomima kisika, interakcije oksidi međusobno itd. Kinetika oksidacije određena je kontinuitetom, gustoćom i čvrstoćom oksidnih filmova. Pri istoj koncentraciji najprije se oksidiraju najaktivniji elementi, kod kojih je stvaranje oksida povezano s najvećim smanjenjem izobarno-izotermnog potencijala.
Većina legirajućih elemenata (bakar, silicij, mangan) nemaju značajan utjecaj na proces oksidacije aluminija i zaštitna svojstva oksidnog filma, budući da imaju omjer VMem0/mVMe≥1. Oksidni film na binarnim aluminijskim legurama s ovim elementima u niskim koncentracijama sastoji se od čistog γ-Al2O3. Pri značajnim sadržajima ovih elemenata nastaju čvrste otopine oksida legirajućih elemenata u γ-Al2O3 i odgovarajući spineli.
Alkalijski i zemnoalkalijski metali (kalij, natrij, barij, litij, kalcij, stroncij, magnezij), kao i cink (0,05-0,1%) jako pojačavaju oksidaciju aluminija. Razlog tome je labava i porozna struktura oksida ovih elemenata. Oksidni film na dvostrukim talinama u ovom je slučaju obogaćen oksidima alkalnih i zemnoalkalijskih metala. Za neutralizaciju štetnog djelovanja cinka u aluminijske taline uvodi se 0,1-0,15% Mg.
Legure aluminija i magnezija tvore oksidni film promjenjivog sastava. Pri niskom sadržaju magnezija od 0,005% (po masi), oksidni film ima strukturu γ-Al2O3 i čvrsta je otopina MgO u γ-Al2O3; s udjelom 0,01-1,0% Mg, oksidni film se sastoji od spinela (MgO*Al2O3) promjenjivog sastava i kristala magnezijevog oksida; s sadržajem većim od 1,5% Mg, oksidni film sastoji se gotovo u potpunosti od magnezijevog oksida.
Berilij i lantan usporavaju oksidaciju aluminijskih legura. Dodatak 0,01% berilija ili lantana smanjuje brzinu oksidacije Al-Mg legura na razinu oksidacije aluminija. Zaštitni učinak ovih elemenata objašnjava se zbijanjem oksidnog filma ispunjavanjem nastalih pora berilijevim i lantanovim oksidima.
Oksidaciju aluminijskih talina znatno smanjuju fluor i plinoviti fluoridi (SiF4, BF3, SF6, itd.), prisutni u atmosferi peći u količinama do 0,1% (težinski). Adsorbirani na površini oksidnog filma, smanjuju stopu prodiranja kisika na metalnu površinu.
Miješanje taline tijekom procesa taljenja popraćeno je kršenjem cjelovitosti oksidnog filma i miješanjem njegovih fragmenata u talinu.Obogaćivanje talina oksidnim inkluzijama također se javlja kao rezultat reakcija izmjene s oblogom uređaja za taljenje . Najznačajniji utjecaj na stupanj onečišćenja talina filmovima ima površinska oksidacija izvornog primarnog i sekundarnog šaržnog materijala. Negativna uloga ovog faktora raste kako se smanjuje kompaktnost i povećava specifična površina materijala.
Oksidni film punjenja također je izvor zasićenja taline vodikom, jer se sastoji od 30-60% Al(OH)3. Kemijski vezana vlaga teško se uklanja s površine šaržnih materijala čak i pri temperaturi od 900 C. Hidroksid, koji ulazi u taljevinu, jako ga zasićuje vodikom. Zbog toga je nepoželjno stavljati strugotine, piljevinu, orezine, rasipanje i drugi nekompaktni otpad u punjenje. Posebno je važna organizacija skladištenja i pravovremena obrada otpada te povrat vlastite proizvodnje, sprječavanje oksidacije i korozije uz stvaranje hidroksida. Uvođenje vlastitih povrata u punjenje također je povezano s neizbježnim nakupljanjem štetnih nečistoća željeza u legurama, koje s komponentama legure tvore složene čvrste intermetalne spojeve, smanjujući plastična svojstva i oštećujući obradu rezanjem odljevaka.
Uz okside i intermetalne spojeve, talina može sadržavati i druge nemetalne inkluzije - karbide, nitride, sulfide. Međutim, njihov broj je mali u usporedbi sa sadržajem oksida. Fazni sastav nemetalnih uključaka u aluminijskim legurama je različit. Osim aluminijevih oksida, mogu sadržavati magnezijev oksid (MgO), magnezijev spinel (MgAl2O4), aluminij, magnezij, titanijeve nitride (AlN, Mg3N2, TiN), aluminijev karbid (Al4C3), aluminijeve i titanove boride (AlB2, TiB2) i dr. Glavninu uključaka čine oksidi.
Ovisno o podrijetlu, nemetalne inkluzije koje nalazimo u legurama možemo podijeliti u dvije skupine: dispergirane inkluzije i filmove.Glavnina disperznih inkluzija ima veličinu od 0,03-0,5 mikrona. Oni su relativno ravnomjerno raspoređeni u volumenu taline. Najvjerojatnija debljina oksidnih filmova je 0,1-1,0 mikrona, a duljina od desetinki milimetra do nekoliko milimetara. Koncentracija takvih inkluzija je relativno mala (0,1-1,0 mm2/cm2), a raspodjela je izrazito neravnomjerna. Kada talina stoji, velike inkluzije mogu plutati ili se taložiti. Međutim, zbog velike specifične površine filmova i male razlike između njihove gustoće i gustoće talina, plutanje (taloženje) je sporo, većina filmova ostaje u talini i prilikom punjenja kalupa , nose se u odljev. Fino raspršene suspenzije odvajaju se još sporije. Gotovo svi idu na casting.
Tijekom taljenja aluminij je zasićen vodikom, čiji sadržaj može doseći 1,0-1,5 cm3 na 100 g metala. Glavni izvor vodika je vodena para, čiji parcijalni tlak u atmosferi plinskih peći za taljenje može doseći 8-16 kPa.
Utjecaj legirnih elemenata i nečistoća na ravnotežnu topljivost vodika u aluminiju malo je proučavan. Poznato je da bakar i silicij smanjuju topljivost vodika, a magnezij je povećava. Topivost vodika povećavaju i svi hidroformirajući elementi (titan, cirkonij, litij, natrij, kalcij, barij, stroncij itd.) Tako aluminijska legura s 2,64% Ti može otpustiti do 25 cm3 vodika na 100 g. , a aluminijska legura s 5 % Zr - 44,5 cm3 na 100 g. Alkalijski i zemnoalkalijski metali (natrij, litij, kalcij, barij), koji tvore hidride, najaktivnije povećavaju topljivost vodika i aluminija.
Značajan udio vodika otopljenog u legurama je plin uveden legurama i elektrolitskim bakrom.Na primjer, legura aluminija i titana, ovisno o tehnologiji taljenja, može sadržavati do 10 cm3 vodika na 100 g, a elektrolitski bakar s građ. -ups - do 20 cm3 na 100 g. Lijevane legure sadrže više nečistoća i nemetalnih inkluzija nego kovane legure. Stoga su skloniji upijanju plinova
Kinetika procesa hidrogenacije aluminijevih talina ograničena je prijenosom mase vodika u tekućem metalu, kroz površinski oksidni film iu plinovitom okruženju. Najznačajniji utjecaj na prijenos mase ima sastav legure i sadržaj nemetalnih uključaka, koji određuju propusnost oksidnog filma, difuzijsku pokretljivost vodika i mogućnost njegovog oslobađanja iz taline u obliku od mjehurića. Na propusnost filma značajno utječe i sastav plinovitog medija. Difuzijsku pokretljivost vodika u aluminiju smanjuju bakar, silicij i osobito magnezij, mangan i titan. Fino raspršeni nemetalni uključci, koji imaju visoku sposobnost adsorpcije vodika, uvelike usporavaju njegovu difuzijsku pokretljivost u aluminijskim talinama.
Film od aluminijevog oksida ima nisku propusnost za atome vodika, usporava reakciju između taline i atmosferske vlage. S debljinom filma od 1-10 mikrona, izmjena plinova između metala i atmosfere praktički prestaje. Propusnost filma je pod velikim utjecajem sastava legure. Svi elementi koji pojačavaju oksidaciju aluminija (magnezij, litij, natrij, stroncij, kalcij) povećavaju propusnost oksidnog filma za vodik. Legirajući elementi (bakar, cink, silicij) slabo utječu na izmjenu plinova. Oni donekle olabave oksidni film i stoga pridonose bržem zasićenju legura vodikom.
Na vodikovu propusnost oksidnog filma značajno utječe sastav atmosfere iznad taline. Propusnost filma značajno se povećava ako su u plinskom okruženju prisutni Cl2, C2Cl6, BF4, SiF4, freoni i drugi halogeni. Kloridi, koji imaju veliki afinitet za aluminij, adsorbiraju se, prodiru ispod oksidnog filma i uništavaju ga kao rezultat stvaranja plinovitog aluminijevog klorida. Fluoridi manje aktivno komuniciraju s aluminijem. U interakciji s oksidnim filmom doprinose dehidraciji njegove površine i desorpciji molekula i atoma kisika. S visokim adsorpcijskim kapacitetom, fluoridi zauzimaju ispražnjene aktivne centre na filmu i stvaraju oksifluoridne komplekse poput Al2O2F2, koji zaustavljaju pristup kisika i vodene pare talini, čineći film tankim i propusnim za vodik. Tekući topitelji koji sadrže fluoride također uništavaju oksidni film i olakšavaju otplinjavanje talina.
Otopljeni vodik, koji se oslobađa tijekom kristalizacije talina, uzrokuje stvaranje plina i poroznosti skupljanja plina u odljevcima. Povećanjem koncentracije vodika povećava se plinska poroznost odljevaka. Osjetljivost aluminijskih legura na plinsku poroznost određena je stupnjem prezasićenosti krute otopine vodikom, koji se izražava omjerom η - (Cl-Stm)/Stm, gdje su Cl i Stm koncentracije vodika u tekućini. i čvrste legure, cm3/100 g. Plinska poroznost ne nastaje kada je Stp=Com. Stupanj prezasićenosti krute otopine raste s povećanjem brzine hlađenja.
Za svaku leguru postoje granične koncentracije vodika ispod kojih se plinske pore ne stvaraju u odljevcima pri danim brzinama hlađenja. Na primjer, kako bi se spriječilo stvaranje plinskih pora tijekom skrućivanja odljevaka debelih stijenki od legure Al - 7% Si, sadržaj vodika u talini ne smije biti veći od 0,15 cm3 na 100 g. Granični sadržaj vodika u duraluminiju smatra se 0,12-0,18 cm3 na 100 g, ovisno o intenzitetu hlađenja tijekom kristalizacije.
Zaštita aluminijskih talina od oksidacije i apsorpcije vodika postiže se taljenjem pod praškom u slabo oksidirajućoj atmosferi. Kao fluks za oblaganje pri taljenju većine legura koje ne sadrže više od 2% Mg, koristi se mješavina natrijevih i kalijevih klorida (45% NaCl i 55% KCl) u količini od 1-2% mase šarže. Sastav fluksa odgovara čvrstoj otopini s minimalnom točkom tališta od 660 °C. U tu svrhu preporučuje se i topilo složenijeg sastava (tablica 12).
Za aluminij-magnezijeve legure, karnalit (MgCl2*KCl) i smjese karnalita s 40-50% barijevog klorida ili 10-15% kalcijevog fluorida koriste se kao talilo za oblaganje. Ako je uporaba fluksa nemoguća, zaštita od oksidacije provodi se uvođenjem berilija (0,03-0,05%). Zaštitni fluksevi naširoko se koriste pri topljenju legura u reverberacijskim pećima.
Kako bi se spriječila interakcija s vlagom, poduzimaju se mjere za uklanjanje iz obloge peći za taljenje i uređaja za lijevanje, od rafiniranja i modificiranja fluksa; alati za taljenje i lijevanje se kalciniraju i boje, a materijali za punjenje se zagrijavaju, čiste i suše.
Međutim, bez obzira na to koliko je talina pažljivo zaštićena, kod taljenja na zraku uvijek se ispostavlja da je onečišćena oksidima, nitridima, karbidima, uključcima troske i fluksa i vodikom, pa se mora očistiti prije izlijevanja u kalupe.
Pročišćavanje taline
Za čišćenje aluminijskih legura od suspendiranih nemetalnih inkluzija i otopljenog vodika koriste se taloženje, pročišćavanje inertnim i aktivnim plinovima, obrada kloridnim solima i fluksima, vakumiranje, filtracija kroz mrežaste i zrnate filtre i elektrofluksno pročišćavanje.
Kao samostalan proces, taloženje se može primijeniti u slučajevima kada je razlika u gustoći dovoljno velika, a veličina čestica nije premala. Ali čak iu tim slučajevima proces je spor, potrebna je povećana potrošnja goriva i pokazuje se neučinkovitim.
Pročišćavanje talina propuhivanjem inertnim ili aktivnim plinovima temelji se na odvijanju dvaju procesa difuzije otopljenog plina u mjehuriće, upuhivanju i lebdenju djelovanja mjehurića u odnosu na uključke i sitne mjehuriće plina. Pročišćavanje se provodi to uspješnije, što su mjehurići pročišćenog plina manji i što je njihova raspodjela ravnomjernija po volumenu taline. U tom smislu posebnu pozornost zaslužuje metoda obrade talina s inertnim plinovima pomoću poroznih keramičkih umetaka. Ali u usporedbi s drugim metodama uvođenja inertnih plinova u taline, najučinkovitije je puhanje kroz porozne umetke.
Puhanje talina s plinovima naširoko se koristi u ljevaonicama za proizvodnju ingota. Izvodi se u posebnim obloženim kutijama postavljenim duž putanje prijenosa metala od miješalice do kristalizatora. Za pročišćavanje aluminijskih talina koriste se dušik, argon, helij, klor i njegova smjesa s dušikom (90%), pročišćena od vlage i kisika.
Propuhivanje dušikom ili argonom provodi se na 720-730 °C. Trajanje puhanja, ovisno o volumenu taline, kreće se od 5-20 minuta; utrošak plina je 0,3-1% mase taline. Ova obrada omogućuje smanjenje sadržaja nemetalnih uključaka na 1,0-0,5 mm2/cm2 prema tehnološkom ispitivanju V.I. Dobatkina i BK. Zinovjev, a sadržaj vodika je do 0,2-0,15 cm3 na 100 g metala.
Obrada talina klorom provodi se u zatvorenim komorama ili posudama koje imaju poklopac s odvodom plinova u ventilacijski sustav. Klor se uvodi u talinu kroz cijevi s mlaznicama na 710-720 °C. Trajanje rafinacije pri tlaku klora od 108-118 kPa je 10-12 minuta; potrošnja klora - 0,2-0,8% mase taline. Upotreba klora omogućuje višu razinu pročišćavanja u usporedbi s tehničkim dušikom i argonom. Međutim, toksičnost klora, potreba za preradom talina u posebnim komorama i poteškoće povezane s njihovim sušenjem značajno ograničavaju upotrebu kloriranja talina u industrijskim uvjetima. Zamjena klora mješavinom njega i dušika (90%) osigurava prilično visoku razinu pročišćavanja, ali ne rješava probleme povezane s toksičnošću i sušenjem.
Otplinjavanje puhanjem popraćeno je gubicima magnezija: pri tretiranju dušikom gubi se 0,01% magnezija; kada se tretira klorom, ti se gubici povećavaju na 0,2%.
Rafiniranje kloridima naširoko se koristi u industriji oblikovanih ljevaonica. U tu svrhu koriste se cinkov klorid, manganov klorid, heksakloroetan, titanov tetraklorid i niz drugih klorida. Zbog higroskopnosti kloridi se podvrgavaju sušenju (MnCl2, C3Cl6) ili pretapanju (ZnCl2). Tehnologija rafiniranja kloridima sastoji se u njihovom uvođenju u talinu uz kontinuirano miješanje zvonom dok ne prestane oslobađanje plinovitih produkata reakcije.Kloridi cinka i mangana unose se u količini od 0,05-0,2% pri temperaturi taline 700-730°C. °C; heksakloroetan - u količini od 0,3-0,7% na 740-750 °C u nekoliko faza. S padom temperature smanjuje se učinkovitost rafiniranja zbog povećanja viskoznosti talina; rafiniranje na višim temperaturama je nepraktično, jer je povezano s intenzivnom oksidacijom taline.
Trenutno se u tvornicama za rafiniranje široko koriste tablete lijeka "Degaser", koje se sastoje od heksakloroetana i 10% (težinski) barijevog klorida, koje se uvode u talinu bez upotrebe "zvona". Imajući veću gustoću od taline, tablete tonu na dno spremnika, osiguravajući da se obrađuje cijeli volumen taline.
Kloridne soli međudjeluju s aluminijem prema reakciji: 3MnCl2 + 2Al → 2AlCl3 + 3Mn.
Mjehurići aluminijevog klorida, koji se dižu na površinu taline, povlače suspendirane nemetalne inkluzije; Vodik otopljen u metalu difundira u mjehuriće, a talina se pročišćava. Nakon što je miješanje završeno, talina se ostavi stajati 10-45 minuta na 720-730 °C kako bi se uklonili mali mjehurići plina.
Rafiniranje kloridima provodi se u pećima ili loncama s malom specifičnom površinom taline. U pećima s malim slojem taline, pročišćavanje kloridima je neučinkovito. Što se tiče razine pročišćavanja od nemetalnih inkluzija i plinova, tretman kloridima je inferioran od čišćenja klorom.
Čišćenje aluminijskih talina topiteljima koristi se kod taljenja lijevanih i kovanih legura. Za rafiniranje se koriste topilice na bazi kloridnih soli alkalnih i zemnoalkalijskih metala s dodatkom fluoridnih soli - kriolit, fluorid, natrijev i kalijev fluorid (tablica 13).
U praksi taljenja većine aluminijskih kovanih legura, fluks br. 1 koristi se za rafiniranje.
Za čišćenje aluminijskih i magnezijevih legura koriste se topitelji na bazi karnalita - 80-90% MgCl2*KCl, 10-20% CaF2, MgF2 ili K3AlF6. Prethodno otopljeni i osušeni topitelji u količini od 0,5-1% mase metala izlijevaju se na površinu taline na 700-750 °C. Zatim se topilo snažno umiješa u talinu 3-5 minuta, troska se ukloni i talina se pusti da stoji 30-45 minuta. Nakon ponovnog uklanjanja troske, talina se koristi za punjenje kalupa za lijevanje. Pri obradi velikih količina metala, fluks se uvodi na dno taline pomoću "zvona".
Za rafiniranje lijevanih aluminijskih legura (silumina) naširoko se koriste fluksevi br. Oni doprinose uništavanju pjene nastale prilikom punjenja lonca za točenje i obogaćuju taline natrijem.
Vakuumiranjem se postiže visoka razina otplinjavanja. Ova metoda čišćenja koristi se uglavnom u ljevaonicama oblika. Njegova bit leži u činjenici da se metal taljen standardnom tehnologijom u konvencionalnim pećima ulijeva u lonac, koji se zatim stavlja u vakuumsku komoru. Metal u komori održava se pri zaostalom tlaku od 1330 Pa 10-30 minuta; Temperatura taline se održava unutar 720-740 °C. U slučajevima kada se evakuacija provodi bez zagrijavanja, talina se prije obrade pregrije na 760-780 °C. Dijagram instalacije za vakuumsko otplinjavanje prikazan je na sl. 93.
Posljednjih godina za pročišćavanje aluminijskih talina od nemetalnih inkluzija sve se više koristi filtracija kroz mrežaste, zrnate i porozne keramičke filtre u velikim razmjerima. Mrežasti filtri naširoko se koriste za čišćenje talina od velikih inkluzija i filmova. Oni odvajaju one inkluzije čija je veličina veća od mreže mreže. Za izradu mrežastih filtara koriste se različite marke stakloplastike s veličinama ćelija od 0,5x0,5 do 1,5x1,5 mm i metalna mreža (od titana). Filtri izrađeni od stakloplastike ugrađeni su u razvodne kutije i kristalizatore, u kanale za zatvaranje i posude za točenje (slika 94), njihova upotreba omogućuje smanjenje sadržaja velikih nemetalnih inkluzija i filmova za 1,5-2 puta; ne utječu na sadržaj dispergiranih uključaka i vodika.
Zrnati filtri pružaju znatno veći učinak čišćenja. Njihova posebnost je velika kontaktna površina s metalom i prisutnost dugih tankih kanala promjenjivog presjeka. Pročišćavanje metalnih talina od suspendiranih inkluzija pri filtriranju kroz zrnate filtre nastaje mehaničkim i adhezijskim procesima. Prvi od njih igra odlučujuću ulogu u odvajanju velikih inkluzija i filmova, drugi - u odvajanju finih inkluzija. Zbog mrežnog efekta, granularni filteri zadržavaju samo one inkluzije čija veličina premašuje efektivni promjer intergranularnih kanala. Što je manji promjer filtarskih zrnaca i što je njihovo pakiranje gušće, to je veća postignuta razina pročišćavanja talina od velikih uključaka i filmova (slika 95).
Kako se debljina sloja filtera povećava, učinkovitost čišćenja se povećava. Filtri koji se mogu močiti topljenjem su učinkovitiji od filtera koji se ne močiju.
Filtri izrađeni od legure kalcijevih i magnezijevih fluorida omogućuju dobivanje odljevaka od legura AL4, AK6 i AMg6 koji su 1,5-3 puta manje kontaminirani velikim uključcima od filtera izrađenih od magnezita.
Brzina i način protoka taline kroz intergranularne kanale filtera imaju značajan utjecaj na potpunost odvajanja velikih uključaka i filmova. Povećanjem brzine smanjuje se mogućnost taloženja inkluzija iz pokretnog toka pod utjecajem gravitacije i vjerojatnost ispiranja već taloženih inkluzija kao rezultat hidrodinamičkog djelovanja, čiji je stupanj proporcionalan kvadratu brzine filtracije, povećava se.
Učinkovitost čišćenja aluminijskih talina od fino raspršenih inkluzija pomoću granuliranih filtara povećava se kako se vlaženje filtra i inkluzija talinom pogoršava.
Za izradu filtara koriste se šamot, magnezit, alundum, silicij, legure kloridnih i fluoridnih soli i drugi materijali. Potpunost uklanjanja suspendiranih nemetalnih uključaka ovisi o prirodi filtarskog materijala. Najučinkovitiji filtri su oni od fluorida (aktivne tvari) (Sl. 95 i 96).
Aktivni materijali, zajedno s velikim uključcima i filmovima, omogućuju odvajanje do 30-40% fino dispergiranih suspenzija i smanjenje sadržaja vodika u legurama koje su rafinirane topilima ili kloridima za 10-20%. Kako se fino dispergirane suspenzije uklanjaju, veličina zrna u odljevcima se povećava, sadržaj plina se smanjuje, a plastična svojstva legura se povećavaju (slika 97).Visoka razina pročišćavanja legura AK6 i AL4 od inkluzija i vodika je uočeno pri korištenju filtara izrađenih od legure kalcijevih i magnezijevih fluorida s veličinom zrna 4-6 mm u promjeru i visinom filtarskog sloja 100-120 mm.
Granulirani filtri, poput mrežastih filtara, postavljaju se duž putanje kretanja metala od miješalice do kalupa. Za kontinuirano lijevanje ingota, optimalno mjesto ugradnje je kalup; kod oblikovanog lijevanja, filtar se postavlja u uspon, lonac za točenje ili ulijnu posudu.
Tipični rasporedi granuliranih filtara pri lijevanju oblikovanih odljevaka i ingota prikazani su na slici. 98.
Prije upotrebe filtar se zagrijava na 700-720 °C kako bi se uklonila adsorbirana vlaga i spriječilo smrzavanje metala u kanalima.
Punjenje se provodi na način da je gornja razina filtra prekrivena slojem metala od 10-15 mm, a istjecanje metala nakon filtra događa se ispod natopljene razine. Ako su ovi uvjeti ispunjeni, rezidualni sadržaj nemetalnih uključaka i filmova u odljevku može se povećati na 0,02-0,08 mm2/cm2 prema tehnološkom ispitivanju V.I. Dobatkin i V.K. Zinovjev, tj. 2-4 puta smanjen u usporedbi s filtriranjem kroz mrežaste filtre.
Najučinkovitiji način čišćenja aluminijskih talina od filmova i velikih nemetalnih inkluzija je pročišćavanje elektrofluksom. Bit ovog procesa je propuštanje tankih mlazova taline kroz sloj tekućeg fluksa uz istovremenu primjenu polja istosmjerne ili izmjenične struje na metal i fluks, stvarajući povoljnije uvjete za adsorpciju inkluzija fluksom kao rezultat smanjenje međufazne napetosti na granici s metalom. S povećanjem specifične površine i trajanja kontakta metala s fluksom, povećava se učinkovitost čišćenja. Stoga konstrukcije uređaja za pročišćavanje fluksa i elektrofluksa predviđaju fragmentaciju mlaza (slika 99).
Optimalni način elektrofluksnog pročišćavanja uključuje prolazak struje metala promjera 5-7 mm, zagrijane na 700-720 °C, kroz sloj rastaljenog fluksa debljine 20-150 mm uz nametanje polja istosmjerne struje s sila 600-800 A i napon 6-12 V uz katodnu polarizaciju metala. S potrošnjom topitelja (karnalit s 10-15% CaF2, MgF2 ili K3AlF6 za Al - Mg i Al - Mg - Si legure i kriolit za ostale aluminijske legure) od 4-8 kg po 1 toni taline i pažljivo uklanjanje vlage iz fluksa i uređaja za lijevanje, sadržaj velikih nemetalnih inkluzija u legurama AK6, AMg6, V95 može se smanjiti na 0,003-0,005 mm2/cm2 prema tehnološkom ispitivanju.
Za razliku od granuliranih filtara, elektrofluksno pročišćavanje ne utječe na makrostrukturu legura, što ukazuje na njegovu manju učinkovitost u uklanjanju raspršenih nemetalnih uključaka.
Kovane i lijevane legure također se podvrgavaju rafiniranju radi uklanjanja metalnih nečistoća: natrija, magnezija, cinka i željeza.
Uklanjanje natrija iz aluminijskih i aluminij-magnezijskih deformabilnih legura AMg2, AMg6 provodi se propuhivanjem talina klorom ili parama klorida (C2Cl6, CCl4, TiCl4), freonom (CCl2F2) i filtriranjem kroz zrnaste filtere od AlF3 sa zrnom. veličine 4-6 mm. Korištenje ovih metoda omogućuje povećanje sadržaja zaostalog natrija u talini na 2/3 * 10–4%. Štetan učinak natrija na tehnološka svojstva legure može se suzbiti uvođenjem u talinu aditiva bizmuta, antimona, telura ili selena, koji s natrijem tvore vatrostalne intermetalne spojeve.
U nekim slučajevima sekundarne aluminijske legure pročišćavaju se od nečistoća magnezija, cinka i željeza fluksiranjem, vakuumskom destilacijom i sedimentacijom, nakon čega slijedi filtracija. Uklanjanje magnezija fluksom temelji se na reakciji 2Na3AlF6 + 3Mg → 6NaF + 3MgF2 + 2A1. Površina taline obložena je topilom koje se sastoji od 50% kriolita i 50% natrijevog klorida. Zatim se legura zagrijava na 780-800 °C i intenzivno miješa zajedno s topiocem 10-15 minuta. Produkti reakcije koji isplivaju na površinu taline uklanjaju se; s visokim sadržajem magnezija (1-2,5%), proces rafiniranja se ponavlja nekoliko puta. Korištenjem kriolita sadržaj magnezija u talini može se smanjiti na 0,1%. Rafiniranje sekundarnih aluminijskih legura iz magnezija može se uspješno provesti s fluksom koji se sastoji od 50% Na2SiF6, 25% NaCl i 25% KCl. U ove svrhe možete koristiti tokove koji sadrže kisik, kao što je kalijev klorat (KClO3).
Taline se pročišćavaju od magnezija i cinka u vakuumskim destilacijskim pećima na 950-1000°C. Kao rezultat ove obrade dobivaju se legure koje sadrže 0,1-0,2% Mr i 0,02-0,05% Zn. Taline se pročišćavaju od magnezija destilacijom u slučajevima kada je njegov sadržaj u leguri visok i uporaba pročišćavanja fluksiranjem postaje neisplativa.
Taloženjem je moguće smanjiti sadržaj željeza u aluminijskoj leguri na 1,7%, odnosno gotovo do eutektičkog sadržaja, prema dijagramu ravnotežnog stanja aluminij-željezo. Daljnje smanjenje se postiže kombinacijom procesa taloženja s uvođenjem kroma, mangana ili magnezija u leguru.Dodatak ovih elemenata pomiče eutektičku točku prema aluminiju i potiče odvajanje viška željeza. Uvođenjem 1-1,5% Mn u talinu, sadržaj željeza u njoj može se smanjiti na 0,7%. Dodavanje magnezija u količini od 25-30% omogućuje vam povećanje sadržaja željeza na 0,1-0,2%. Kombinacijom taloženja s filtracijom ubrzava se proces odvajanja intermetalnih spojeva željeza. Filtriranje se provodi kroz bazaltni filtar zagrijan na 700 °C uz pomoć vakuuma. Rafinacija željeza uz pomoć magnezija primjenjiva je za legure koje ne sadrže više od 1,0% Si.Pri većem sadržaju silicija nastaju silicidi koji uvelike otežavaju filtraciju i uklanjaju značajnu količinu magnezija iz ciklusa. Osim toga, legura je osiromašena silicijem.
Modificiranje legura
Usitnjavanje makrozrna u odljevcima postiže se uvođenjem malih količina (0,05-0,15% mase taline) modificirajućih dodataka (Ti, Zr, B, V i dr.) u talinu. Ova metoda se koristi za modificiranje kovanih legura (V95, D16, AK6, itd.); Nije našao široku primjenu u lijevanju oblikovanih odljevaka. Modifikatori se uvode u obliku legura s aluminijem ili bakrom na 720-750 °C.
Od deformabilnih legura, titan se najviše koristi za oplemenjivanje makrostrukture. Kada se uvodi u taline u količini od 0,05-0,15%, makrozrno legura u promjeru se usitnjava na 0,5 mm. U ovom slučaju, centri kristalizacije su čestice intermetalnog spoja TiAl3. Za uvođenje titana koristi se legura Al-Ti koja sadrži 2-5% Ti.
Još veći stupanj usitnjenosti makrozrna deformabilnih legura može se postići zajedničkim uvođenjem titana i bora u omjeru Ti: B = 5: 1. Centri kristalizacije u ovom su slučaju složeni intermetalni spojevi, uključujući spojeve TiAl3, TiB2, AlB2 s veličinom zrna od 2-6 μm. Ova modifikacija omogućuje dobivanje homogene makrostrukture s veličinom zrna od 0,2-0,3 mm u ingotima promjera većeg od 500 mm. Za uvođenje titana i bora koristi se ligatura aluminij-titan-bor, pripravak "zernolit" ili fluks koji sadrži fluoroborat i kalijev fluorotitanat. Sastav ovih modifikatora i načina modifikacije dani su u tablici. 14. Najveći stupanj asimilacije titana i bora uočen je pri korištenju fluksa, koji uz modificirajući učinak ima i rafinirajući učinak.
Modificiranjem makrostrukture aluminijskih legura za preradu povećava se tehnološka plastičnost ingota i ujednačenost mehaničkih svojstava kod otkovaka i štancanja.
Hipoeutektičke i eutektičke legure za lijevanje (AL2, AL4, AL9, AK7, AK9, AL30, AL34) modificirane su natrijem ili stroncijem za mljevenje eutektičkih taloga silicija (vidi tablicu 14). Metalni natrij se uvodi na 780-800 °C na dno taline pomoću zvona. Zbog niske točke vrelišta (880 °C) i visoke kemijske aktivnosti natrija, njegovo uvođenje je povezano s određenim poteškoćama - veliki gubitak modifikatora i zasićenje taline plinom, budući da se natrij skladišti u kerozinu. Stoga se u proizvodnim uvjetima taline modificiraju natrijevim solima.
Modifikacija s dvostrukim modifikatorom (mješavina 67% NaF i 33% NaCl) provodi se na 780-810 °C. Upotreba trostrukog modifikatora (62,5% NaCl, 25% NaF i 12,5% KCl) omogućuje izvođenje modifikacije na 730-750 °C.
Za modifikaciju se legura izlije iz peći za taljenje u lonac, koji se postavi na zagrijani stalak, metal se zagrije na potrebnu temperaturu, odstrani se troska, te se samlje i dehidrira modifikator (1-2% težinski metal) se izlije na površinu taline u ravnomjernom sloju. Talina s nanesenim solima drži se na modifikacijskoj temperaturi 12-15 minuta pri uporabi dvostrukog modifikatora i 6-7 minuta pri uporabi trostrukog modifikatora. U ovom slučaju dolazi do interakcije prema reakciji 6NaF + Al → Na3AlF6 + 3Na. Oslobođeni natrij ima modificirajući učinak. Kako bi se ubrzala reakcija i osigurala difuzija natrija u talinu, kora soli se usitnjava i gnječi do dubine od 50-100 mm. Nastala troska se zgušnjava dodatkom fluorida ili natrijevog klorida i uklanja s površine taline. Kvaliteta modifikacije kontrolira se lomovima uzorka i mikrostrukturom (slika 100). Modificiranu leguru treba izliti u kalupe unutar 25-30 minuta, budući da dulje izlaganje prati uklanjanje učinka modifikacije.
Preporučljivo je modificirati silumine univerzalnim topilom (50% NaCl; 30% NaF; 10% KCl; 10% Na3AlF6). Suhi praškasti topilac u količini od 0,5-1,0 % težine taline izlijeva se pod mlaz metala tijekom izlijevanja iz peći za taljenje u lonac. Mlaz snažno miješa fluks s talinom. Proces je uspješan ako temperatura taline nije niža od 720 °C. Pri korištenju univerzalnog fluksa nisu potrebne visoke temperature, vrijeme obrade taline se smanjuje, potrošnja fluksa se smanjuje, a legura se modificira i čisti od metalnih inkluzija.
Modifikacija natrijem ne osigurava potrebno trajanje očuvanja modifikacijskog učinka i popraćena je povećanjem osjetljivosti legura na oksidaciju, apsorpciju vodika i stvaranje plinske poroznosti.
Stroncij ima dobra svojstva modificiranja. Za razliku od natrija, ovaj element sporije izgara iz taljenja aluminija, što omogućuje održavanje učinka modifikacije do 2-3 sata, a ne povećava oksidaciju legura i njihovu sklonost apsorpciji plina u istoj mjeri kao natrij. Za uvođenje stroncija koristi se aluminij-stroncijeva legura s 10% Sr.Itrij i antimon također se koriste kao dugotrajni modifikatori.
Hipereutektički silumini (13% Si) kristaliziraju uz oslobađanje velikih čestica silicija, koje smanjuju mehanička svojstva legura (osobito duktilnost) i kompliciraju mehaničku obradu zbog povećane tvrdoće. Mljevenje primarnih kristala silicija provodi se uvođenjem fosfora (0,05-0,1%) u talinu - materijala površinski aktivnog prema siliciju (slika 101). Za modifikaciju se koriste modifikatori navedeni u tablici. 14.
Izum se odnosi na metalurgiju, posebno na ljevaonicu, i može se koristiti za izradu odljevaka od aluminijskih legura za opću strojogradnju. Cilj: uvođenjem novih komponenti i promjenom omjera komponenti modifikacijske smjese za obradu taline dobiti odljevke povećane nepropusnosti visoke čvrstoće i duktilnosti. Bit izuma: nakon taljenja šarže, u talinu se uvodi modifikacijska smjesa koja sadrži elemente koji tvore karbid i nitrid i zbroj aluminijevih i bakrenih oksida u omjeru 30 - 70: 0,1 - 0,5 i lužine i/ ili zemnoalkalijski metali i njihovi spojevi. Modifikacijska smjesa se unosi u količini od 0,02 - 0,20 tež.% šarže. Omjer aluminijevih i bakrenih oksida je 100: 0,01 - 0,98. 2 plaće, 2 stola.
Izum se odnosi na metalurgiju, točnije na ljevaoništvo, a može se koristiti za izradu odljevaka od legura na bazi aluminija visoke kakvoće, posebice visoke nepropusnosti. Za dobivanje odljevaka od legura na bazi aluminija visoke kvalitete, rafiniranje i modifikacija se koriste različitim plinovima i modifikatorima složenog sastava. To komplicira i poskupljuje tehnologiju, ne dopušta optimizaciju cjelokupnog kompleksa fizičkih i mehaničkih karakteristika i pogoršava proizvodnost. Poznate su sljedeće metode za modificiranje aluminijskih legura. Metoda za proizvodnju legura sustava aluminij-titan-bor uključuje modifikaciju s fluoridima alkalijskih metala titana i bora, kojima se dodaje 2-10% težine fluorida aluminijevog oksida u prahu (japanska prijava br. 55-51499, klasa C 22C 1/02). Ovaj izum poboljšava karakteristike čvrstoće odljevaka, međutim, nepropusnost odljevaka je nedovoljna, a metoda nije ekonomična. Poznata je metoda za modificiranje legure aluminija i titana, koja uključuje uvođenje bora u talinu u obliku ultrafinog praha lantanovog heksaborida (izd. St. N 1168622, klasa C 22 C 1/06, 1983). Metoda osigurava poboljšani modificirajući učinak uz smanjenje troškova, ali je nepropusnost odljevaka nezadovoljavajuća. Poznata je metoda prerade hipereutektičkih silumina, koja se sastoji od modifikacije smjesom koja uključuje, wt.%: fosfor 7-13, bakar 45-70, zbroj željeza i klora 2,5-8, ostatak je proizvodni otpad fosfora koji sadrži natrij, kalij, kalcij, silicij, kisik (autor St. N 687853, klasa C 22 C 1/06, 1977). Nedostatak ove metode je niska duktilnost i nepropusnost odljevaka zbog povećanog sadržaja bakra i fosfora. Poznata je metoda za proizvodnju odljevaka od aluminijskih legura, uključujući upotrebu ultrafinih prahova sfen-cirkona (mješavina oksida cirkonija, niobija i titana) za modificiranje taline (vidi časopis "Ljevaonica", br. 4, 1991., str. 17). Ova metoda povećava čvrstoću i duktilnost odljevaka, ali njihova nepropusnost ostaje na nezadovoljavajućoj razini, budući da su oksidi i produkti njihove interakcije korišteni u ovom tehničkom rješenju gotovo potpuno lokalizirani unutar zrna (podzrna) i nemaju blagotvoran učinak na stanje granica zrna. Najbliži u tehničkoj biti i problemu koji treba riješiti je metoda za rafiniranje i modificiranje aluminijskih legura, uključujući obradu taline mješavinom soli kalijevog fluorida i kalijevog klorida zajedno s natrijevim fluoridom i/ili natrijevim kriolitom u količini od 2-3 % težine taline (ur. Sv. N 899698, klasa. C 22 C 1/06, 1982. Ova metoda pojednostavljuje tehnologiju i smanjuje troškove rafiniranja i modifikacije, međutim, nepropusnost odljevaka ostaje niska, budući da ne dolazi do intenzivnog usitnjavanja zrna, budući da je implementiran mehanizam modifikacije tipa II, tj. zbog inhibicije rasta zrna, a ne povećanja broja centara kristalizacije. Osnova izuma je zadatak: korištenjem novog skupa komponenti u sastavu i koncentraciji za modificiranje legura na bazi aluminija, dobiti odljevke visoke nepropusnosti uz zadržavanje povećane čvrstoće i duktilnosti. Problem je riješen na način da se u predloženoj metodi modificiranja aluminijskih legura, uključujući taljenje šarže i uvođenje modifikacijske smjese, smjese elemenata koji tvore karbid i nitrid, zbroj aluminijevih i bakrenih oksida u omjeru elemenata i oksida od 30-70:0.1- koristi se kao modifikator.0.5 i alkalijski i/ili zemnoalkalijski metali i njihovi spojevi u količini od 0.02-0.20% mase šarže. Oksidi cirkonija, titana, niobija, hafnija i tantala koriste se kao elementi koji tvore karbid i nitrid. Kriolit se koristi kao alkalijski i/ili zemnoalkalijski metali i njihovi spojevi. Omjer aluminijevih i bakrenih oksida je 100:0,01-0,98. Usporedna analiza s poznatim tehničkim rješenjima (analozima i prototipom) omogućuje nam da zaključimo da se tražena metoda za modificiranje aluminijskih legura razlikuje po tome što: elementi koji tvore karbid i nitrid, oksidi aluminija i bakra, alkalni i/ili alkalijski elementi koriste se kao modificirajuća smjesa zemaljski metali i njihovi spojevi; komponente: elementi koji tvore karbide i nitride i zbroj aluminijevih i bakrenih oksida uzimaju se u omjeru 30-70: 0,1-0,5, alkalijski i/ili zemnoalkalijski metali i njihovi spojevi - ostalo; modificirajuća smjesa se uvodi u količini od 0,02-0,20% mase punjenja; aluminijevi oksidi i bakreni oksidi uzimaju se u omjeru 100:0,01-0,98. Pojedine komponente - karbido- i nitridotvorni elementi, aluminijevi oksidi, alkalijski i zemnoalkalijski metali i njihovi spojevi - poznati su s postojećeg stupnja tehnologije (analozi i prototip), međutim u predloženo tehničko rješenje uvode se kao dio ostale komponente (novi kvalitativni sastav) i u drugim omjerima (novi kvantitativni omjer). Visok učinak modifikacije mješavinom elemenata koji tvore karbide i nitride, zbrojem aluminijevih i bakrenih oksida, alkalijskih i/ili zemnoalkalijskih metala i njihovih spojeva objašnjava se činjenicom da u talini na bazi karbida i nitrida -tvorni elementi, nakon disocijacije oksida nastaju intermetalni spojevi koloidne disperzije kao što je Al x Me y, koji tijekom procesa kristalizacije osiguravaju pročišćavanje metalne strukture, slično djeluju i neki aluminijevi oksidi, po sastavu bliski stehiometrijskim. Spojevi bakra igraju veliku ulogu u formiranju strukture, submikrostrukture i, kao posljedica toga, kompleksa fizičko-mehaničkih, tehnoloških i eksploatacijskih svojstava odljevaka i legura na bazi aluminija: prvo, silicidni oksidi i, djelomično, bakreni sulfidi, koji se formiraju u talini, odgovorni su za značajno pročišćavanje strukture, dok se likvidus pomiče prema višim temperaturama, povećava se dinamika kristalizacije - mnoge nepoželjne inkluzije u vrlo raspršenom obliku lokalizirane su unutar zdrobljenih zrna. Drugo, spojevi bakra kao što su CuAl 2 i složenijeg sastava oslobađaju se iz čvrste otopine duž granica zrna. Zbog značajnog povećanja međuzrnate površine uslijed usitnjenosti zrna i jednolike lokalizacije ovih dispergiranih taloga, osigurano je smanjenje koncentracije naprezanja uz istodobno povećanje gustoće i nepropusnosti odljevka u cjelini. Uvođenje modificirajuće smjese je manje od 0,02 tež.%. smjesa ne daje željeni učinak u pogledu stupnja nepropusnosti i drugih karakteristika, a prelazak preko gornje granice od 0,20 tež.% smjese dovodi do smanjenja duktilnosti odljevaka. Granice omjera komponenata modifikacijske smjese određene su sljedećim razmatranjima: kada je omjer elemenata koji tvore karbid i nitrid i zbroj aluminijevih i bakrenih oksida manji od 30:0,5, broj centara kristalizacije nije dovoljan da osigura odgovarajuću razinu svojstava lijevanja; ako omjer prelazi više od 70:0,1, legura postaje krta zbog prevelikog broja intergranularnih uključaka. Zajedno s gubitkom duktilnosti smanjuje se i nepropusnost, jer se povećava diskontinuitet u prigraničnim zonama. Kada je omjer aluminijevih oksida i bakrenih oksida veći od 100:0,01, utjecaj sekundarnih faza naglo opada, budući da se oksidi i drugi spojevi bakra u cijelosti realiziraju u obliku inkluzija nastalih u talini iznad likvidusa i nemaju pozitivno utječe na strukturu i svojstva odljevaka, a ako je taj omjer manji od 100:0,98, broj sekundarnih faza lokaliziranih duž granica zrna toliko se povećava da se na mjestima taloženja pojavljuju diskontinuiteti i smanjuje se nepropusnost takvih odljevaka. PRIMJER Sukladno proračunu šarže, komponente su stavljene u vigel 250-kilogramske otporne peći EST-250 za proizvodnju aluminijske legure AK7ch (AL9). Nakon taljenja šarže i finog podešavanja taline prema njezinom kemijskom sastavu, talina se na temperaturi od 650-780 o C tretira s modifikacijskom smjesom, uvodeći je pod "zvono" što je moguće bliže dnu lončić. Tretman se provodi do kraja barbotiranja, nakon čega se uklanja zvono i skida troska s površine taline.Na taj način izvršen je niz vrelina u kojima se smanjuje količina unesene modifikacijske smjese i njegov sastav je varirao.Za usporedbu, jedna od toplina modificirana je fluksom u količini od 2,5 tež.% punjenja pripremljenog od usitnjene dehidrirane smjese kalijevog fluorida s kalijevim kloridom u omjeru 2:3 po masi, kao i natrijevog fluorid i natrijev kriolit u jednakim dijelovima. Topilo je naneseno na površinu taline na konačnoj temperaturi od 720-740 o C i pomiješano s metalom; nakon držanja 10-15 minuta troska je uklonjena. Dobivena legura imao je kemijski sastav, mas%: mangan 0,46-0,52; bakar 0,18-0,21; cink 0,28-0,32; magnezij 0,2 -0,4; željezo 1,2-1,8, olovo 0,03-0,05; kositar 0,008-0,012; silicij 6,2-7,6; aluminij Ispitivanja mehaničkih svojstava provedena su na uzorcima izrađenim od ingota, dobivenih u metalnom obliku, prema standardnim metodama. injekcijsko prešanje. Rezultati ispitivanja uzoraka i odljevaka izrađenih od legure AK7ch (AL9) nakon različitih modifikacija prikazani su u tablici. 1 i 2. Analiza dobivenih rezultata pokazuje da uzorci i odljevci dijelova modificiranih navedenom metodom, uz visoku čvrstoću i duktilnost, imaju značajno veću gustoću, au dijelovima - nepropusnost. Ako, u usporedbi s metodom prototipa, navedena metoda povećava nepropusnost odljevka više od dva puta; u usporedbi sa serijskom tehnologijom – četiri do šest puta. Predložena metoda može se koristiti u ljevaonicama strojeva i specijaliziranoj proizvodnji odljevaka od aluminijskih legura s povećanim zahtjevima za nepropusnost.
Zahtjev
1. POSTUPAK ZA MODIFICIRANJE ALUMINIJSKIH LEGURA, uključujući taljenje šarže i uvođenje modifikatora u talinu u prisutnosti kriolita, naznačen time što se smjesa elemenata koji tvore karbid i nitrid te aluminijevih i bakrenih oksida koristi kao modifikator s omjer elemenata i oksida 30 - 70 : 0,1 - 0,5 i alkalijski i/ili zemnoalkalijski metali i njihovi spojevi u količini 0,02 - 0,20% mase legure, a omjer aluminijevih i bakrenih oksida je 100 : 0,01 - 0,98. 2. Postupak prema zahtjevu 1, naznačen time, da se oksidi cirkonija, titana, niobija, hafnija, tantala, pojedinačno ili u bilo kojoj kombinaciji, koriste kao elementi koji tvore karbid i nitrid. 3. Metoda prema zahtjevu 1, naznačena time što se kriolit koristi kao alkalijski i/ili zemnoalkalijski metali i njihovi spojevi.
KLASIFIKACIJA LIGATURA I METODE NJIHOVE PROIZVODNJE
2.1. Zahtjevi za ligature
U ljevaoničkoj proizvodnji legure zauzimaju značajan udio u volumenu sirovina: ovisno o kemijskom sastavu, do 50% legura. Glavna legura je međulegura koja sadrži dovoljno veliku količinu legirajućeg metala koji se dodaje u talinu da bi se dobio potreban kemijski sastav, strukturna i tehnološka svojstva odljevaka i ingota. Legure za aluminijske i magnezijeve legure u pravilu sadrže samo jednu legirajuću komponentu, ali ponekad se izrađuju trostruke i četverostruke legure. Sastav složenih legura odabire se na način da se postigne željeni kemijski sastav legure u određenim granicama za svaku komponentu legure.
Potreba za upotrebom legura je zbog niske brzine otapanja vatrostalnih komponenti u njihovom čistom obliku u tekućem aluminiju i magneziju, kao i povećanja stupnja apsorpcije lako oksidiranih legiranih elemenata. U većini aluminijskih i magnezijevih legura, legirajuća komponenta je u obliku kristala intermetalnih spojeva, u nekim magnezijevim legurama - u obliku malih čestica u čistom obliku. Uzimajući u obzir prirodu raspodjele komponente u legiranim materijalima i brzinu njezinog otapanja u talinama aluminija ili magnezija, moguće je dobiti određeni sadržaj legirajuće komponente u leguri dodavanjem određene količine legure u čvrsto šarže ili izravno u talinu. Važno svojstvo legure je znatno niže talište od vatrostalne komponente. Zahvaljujući tome, legure na bazi aluminija ili magnezija ne moraju se pregrijavati na visoke temperature, čime se smanjuje gubitak osnovnog i legirnog metala. Korištenje legura s elementima s niskim talištem omogućuje smanjenje gubitaka potonjih zbog isparavanja i oksidacije. Uz pomoć legura, puno je lakše unijeti u talinu elemente koji imaju talište koje se oštro razlikuje od glavne taline, imaju visoku elastičnost pare i lako se oksidiraju na temperaturama pripreme taline, kao iu slučajevima kada uvođenje legirnog elementa izravno u talinu popraćeno je jakim egzotermnim učinkom, što dovodi do značajnog pregrijavanja taline, ili kada je isparavanje legirnog elementa popraćeno oslobađanjem otrovnih para u atmosferu radionice.
Budući da je glavna legura međulegura, nema zahtjeva za mehanička svojstva. Ali zbog unošenja u velikim količinama u glavnu talinu, nasljednog utjecaja šaržnih materijala na strukturu odljevaka i ingota, kao i povećanih zahtjeva za kvalitetom odljevaka i poluproizvoda, postavlja se niz zahtjeva nametnuti na ingote legura:
1. Dovoljno niska temperatura taljenja legure, koja će osigurati minimalnu temperaturu dodatka elementa, koja je 100-200 °C iznad temperature likvidusa. Niska temperatura likvidusa legure doprinosi brzom otapanju legirajućeg elementa i njegovoj ravnomjernoj raspodjeli po volumenu taline, posebno pod uvjetom dovoljno intenzivnog i jednolikog miješanja potonjeg. Samo legure sustava Al-Cu, Al-Si imaju temperaturu likvidusa blizu ili nižu od temperature taljenja baze, kao što slijedi iz tablice. 20.
Temperatura likvidusa preostalih legura kontinuirano raste s povećanjem udjela vatrostalne legirajuće komponente u njima.
Ekonomski gledano, bolje je imati legure s visokim sadržajem legirajuće komponente zbog uštede radnog prostora za skladištenje legure, vozila, potrošnje primarnog aluminija i njegovog otpada. Budući da se trenutno legure pripremaju uglavnom u reverberacijskim pećima od čistih metala, sadržaj titana, cirkonija i kroma u talinama je obično 2-5%. S većim udjelom ovih metala u legurama potrebna je vrlo visoka (1200-1400 °C) temperatura. S povećanjem udjela komponente u glavnoj leguri, uz postojeću organizaciju lijevanja u ingotima, nastaju grube nakupine intermetalnih spojeva, čije otapanje zahtijeva dodatno vrijeme držanja legure ili povećanje temperature potonje. .
2. Jednolika raspodjela legirajućih elemenata po presjeku svinje. Kako bi se izbjegao heterogeni kemijski sastav svinja, potrebno je temeljito promiješati talinu prije lijevanja, a samo lijevanje mora biti što brže moguće. Heterogena raspodjela elementa u svinja može biti posljedica dva razloga. Prvo, niska brzina skrućivanja svinje, i drugo, nejednolika raspodjela elementa u tekućoj leguri prije lijevanja. S druge strane, heterogeni sastav tekuće legure ovisi o razlici u gustoći faznih komponenti legure.U magnezijskim legurama, u kojima je legirajući element obično prisutan u čistom obliku, ovaj faktor stalno djeluje; u aluminiju se segregacija intermetalnih spojeva po gustoći razvija kada temperatura legure padne ispod njenog likvidusa.
3. Nisko isparavanje i oksidacija legirajućeg elementa pri uvođenju u taljevinu iz legure.
4. Lako usitnjavanje glavnika legure u male komadiće za točnije vaganje punjenja; istovremeno, ligatura mora biti dovoljno tehnološki napredna tijekom lijevanja. Na primjer, povećanje sadržaja mangana u dvostrukoj glavnoj leguri za više od 15% dovodi do pucanja svinje, što komplicira njegov transport i skladištenje.
