Технологии » 2011 » Сентябрь » 10 » Повышение качества отливок из цветных сплавов.
21:08
Повышение качества отливок из цветных сплавов.

Получить конкурентоспособное литье без системного подхода к обеспечению качества невозможно.
Белорусские  специалисты создали гамму препаратов (более 30 наименований) для комплексной обработки расплавов алюминия и других цветных металлов.
Практика внедрения этих разработок на ряде предприятий СНГ подтвердила их высокую эффективность.
В научно-исследовательской инновацион­ной лаборатории «Прогрессивных технологических процессов плавки и высоко­прочного чугуна» (НИИЛлит) Белорусского национального технического университета (БНТУ, г. Минск) был реализован модульный принцип создания нового поколения препаратов для производства отливок из сплавов на основе алюминия и других цветных металлов.

Создан и промышленно выпускается комплекс высокоэффективных, экологичных и экономически доступных таблетированных препаратов; флюсовых композиций; разделительных покрытий (красок), жаро­стойких покрытий (облицовок) для чугунных и стальных тиглей печей и т. д., а также система технологий, обеспечивающих производство стабильно качественных отливок из цветных сплавов.
 
Таблетированные препараты.
Основное негативное влияние на свойства отливок из алюминиевых сплавов оказывает водород.
Содержание его в металле составляет не менее 80 % от общего объема газов, поэтому наиболее вероятно поражение алюминиевых сплавов газовыми парами водородного происхождения.
Взаимодействие Al–Si расплавов с азотом, кислородом, сложными газами (CO, CO2, SO2) увеличивает количество нитридов, оксидов, карбидов и сульфидов.Это способствует замутнению расплава, но не приводит к дополнительному увеличению газовой пористости.
Значительная часть водорода в алюминиевых расплавах связана в комплексы с оксидом алюминия Al2O3.
Для удаления из расплава водорода необходимо очистить его от Al2O3.

Чистота алюминиевых сплавов по водороду и неметаллическим включениям может быть обеспечена только при соблюдении комплекса технологических и организационных мер, начиная с подбора, хранения, подготовки шихтовых материалов, выбора плавильного оборудования и заканчивая дегазирующе-рафинирующей обработкой расплава.
Этот комплекс мер, выстроенных в цепочку обязательных технологических операций, создает систему стабилизации качества литья за счет минимизации потерь от брака.

Для глубокой рафинирующе-дегазирующей обработки расплавов на основе алюминия разработаны следующие препараты:
     «Таблетка дегазирующая для доэвтектических и эвтектических силуминов, технического алюминия» ТУ РБ 14744129.004-98 с активными серосодержащими соединениями;
     «Таблетка дегазирующая для деформируемых и литейных сплавов на основе алюминия» ТУ РБ 14744129.004-98 с активными карбонатными соединениями.

Действие препаратов основано на химическом связывании водорода в устойчивые гидриды и рафинировании расплава по классическому адсорбционно-флотационному ме­ханизму.
Компоненты таблеток претерпевают в расплаве термическую диссоциацию с образованием инертных (продукты диссоциации карбонатных и азотосодержащих присадок) и активных (продукты диссоциации серосодержащих соединений) газов. Балластные вещества, введенные в состав препаратов, обеспечивают требуемую интенсивность разложения таблеток, создавая по всему объему расплава поток высокодисперсных пузырьков рафинирующего газа.
 
АК12 после обработки препаратами.
Наиболее эффективно снижает газовую пористость препарат, имеющий в своем составе активные серосодержащие компоненты. Его применение повышает жидкотекучесть расплава на 5–10 %, улучшает заполнение формы, обеспечивает создание восстановительной печной атмосферы и покровного защитного слоя на поверхности расплава. Кроме того, для удаления из жидкого металла неметаллических включений и примесей, в состав таблеток дополнительно введены активные адсорбенты, выводящие примеси в шлаковую фазу.

Наиболее благоприятной является мелкозернистая структура металла при равномерном распределении всех структурных составляющих в объеме отливки.
Сплавы с мелкозернистой структурой характеризуются повышенной прочностью, пластичностью и сопротивляемостью воздействию ударных нагрузок, а также меньшей анизотропией свойств.
Радикальным средством измельчения зерна слитков является модифицирование сплавов — измельчение кристаллической структуры путем введения в расплав малых количеств элементов-модификаторов.
Наибольший интерес для практики производства отливок из силуминов представляют модификаторы, оказывающие влияние на размеры первичного зерна и форму включений эвтектического кремния.

Для получения модифицированной эвтектики в доэвтектических и эвтектических силуминах в состав таблетированных препаратов введены натрийсодержащие соединения (преимущественно карбонаты).
Препарат получил название «Таблетки дегазирующие с модифицирующим эффектом для доэвтектических и эвтектических силуминов» ТУ РБ 14744129.004-98.
Модифицирующее действие предложенного препарата превосходит действие универсального 4-компонентного флюса и продолжается дольше по времени — до 75 мин. Таблетка снижает также и пористость расплава АК12 с 2 до 1 балла по ГОСТ 1583-93.

Элементы, стоящие в начале периодов таблицы Д.И. Менделеева и имеющие высокую дефектность уровня, относятся к числу наиболее активных модификаторов.
Их целесообразно вводить в жидкий металл в виде солей, которые взаимодействуют с расплавом, в результате чего атомарный модификатор соединяется с алюминием, образуя большое количество ультрадисперсных частиц, обладающих однотипностью кристаллических решеток и размерным соответствием их параметров с кристаллической решеткой  твердого раствора кремния и алюминия.
В расплаве появляется большое количество центров кристаллизации, что обуславливает измельчение зерна в отливках.
Исходя из этих соображений был создан препарат «Таблетка дегазирующая с модифицирующим эффектом комплексная для доэвтектических и эвтектических силуминов», в состав которого были дополнительно введены солевые композиции, содержащие Zr и B.
Образцы, полученные с использованием указанного препарата (сплав АК5М2), имеют низкое газосодержание, низкое содержание неметаллических включений, модифицированную структуру эвтектики и модифицированную структуру  твердого раствора во всех своих сечениях.

При изготовлении отливок из поршневых сплавов типа заэвтектических силуминов необходима операция модифицирования  Si-фазы (первичного кремния).
Классическая схема модифицирования первичного кремния (введение фосфора с шихтой из расчета 0,1–0,2 % от массы расплава с по­следующей обработкой металла серой в количестве 0,06 –0,6 % от массы расплава при помощи колокольчика) зачастую не обеспечивает требуемой степени дисперсности  Si -фазы (до 3600 мкм2).

Для изучения возможностей повышения эффективности модифицирования сплав АК21М3 с 0,1% Р обрабатывали таблетками, содержащими серу с добавками различных углеродосодержащих веществ.
Такая обработка обеспечила измельчение размеров первичного кремния с 12000–15000 мкм2 (без обработки серой) до следующих величин:
 до 3200 мкм2 — таблетки с серой и серебристым графитом;
 до 3100 мкм2 — таблетки с серой и техническим углеродом;
 до 3500 мкм2 — таблетки с серой и гексахлорэтаном;
 до 3000 мкм2 — таблетки с серой и тетрахлорбензохиноном;
 до 3000 мкм2 — таблетки с серой и тефлонами.

Таким образом, введение в расплав углерода при обработке металла серосодержащими препаратами значительно повышает эффективность модифицирования первичного кремния.

Совершенствуя состав таблеток, удалось создать препарат «Таблетка дегазирующая с модифицирующим эффектом для заэвтектических силуминов» ТУ РБ 14744129.004-98, обеспечивающий стабильный эффект модифицирования Si -фазы до размеров не более 3000 мкм2 без измельчения Si эвтектического, что требуется для обеспечения необходимой жаростойкости сплава.

Для глубокой рафинирующей обработки сплавов на основе цинка разработан препарат «Таблетка дегазирующая рафинирующая для сплавов ЦАМ» ТУ РБ 14744129.004-98. Потребители данного препарата: предприятие «Опытно-экспериментальный фурнитурный завод» (г. Минск), завод «ВИПРА» (г. Гомель) и др.

Для обработки подшипниковых сплавов системы алюминий-олово разработан препарат «Таблетка дегазирующая с модифицирующим эффектом для сплавов алюминий-олово».
 
Покрытия и технологические смазки.
Одной из наиболее опасных примесей в алюминиевых сплавах является железо,которое образует грубокристаллические соединения различного состава (FeAl3, Al2SiFe, Al5SiFe и др.).
Модифицирование железосодержащих фаз путем введения в расплав примесей, уменьшающих ориентирующее действие кристалла за счет ослабления ковалентной составляющей связи, как правило, экономически нецелесообразно.
Поэтому применяются профилактические мероприятия, исключающие контакт железосодержащих материалов, плавильно-заливочного инструмента с алюминиевым расплавом.

Для исключения контакта с поверхностью чугунных и стальных тиглей разработано «По­крытие жаростойкое для чугунных и стальных тиглей» ТУ РБ 100196035.006-2001, а также способ его нанесения.
Разработка внедрена на ОАО «Арзамасский приборостроительный завод», ОАО «ЭТОН» (г. Новолукомль), ОАО «ЭЛЕКТРОМАШ» (г. Херсон) и др. предприятиях.

Действие препарата основано на несмачиваемости и химической нейтральности покрытий к жидкому алюминию.
Механическую прочность и стойкость футеровки в условиях высоких температур придают форстерит и ряд других оксидных соединений. Коэффициент термического расширения покрытия максимально приближен к коэффициенту термического расширения серого чугуна СЧ 20 — основного материала для изготовления тиглей.
Насыщение железом расплава при нахождении в тигле, обработанном жаростойким покрытием, составляет не более 0,05 % в сутки (24 часа непрерывного нахождения металла в тигле).
Стойкость покрытия — не менее 40 суток при трехсменном и не менее 30 суток при односменном режимах работы (печь в режиме раздатки).

Для исключения растворения железосодержащего плавильно-заливочного инструмента в расплаве на основе алюминия разработано «Покрытие разделительное краска для литейного инструмента» ТУ РБ 100196035.007-2001, действие которого основано на высокой адгезионной способности суспензии к железосодержащему материалу.
Способ нанесения — окунание.
Рекомендуемая частота нанесения — один раз в смену (опыт работы Минского моторного завода).

Высокое значение для получения качественных отливок имеют точность геометрических форм, чистота поверхности, хорошая извлекаемость отливок и ряд других факторов, необходимый уровень которых обеспечивают технологические смазки, покрытия и приспособления:
    «Покрытие разделительное краска для кокилей» ТУ РБ 100196035.007-2001, связующее-алюмофосфатная композиция;
    «Покрытие разделительное краска для прибылей» ТУ РБ 100196035.007-2001, связующее — натриевое жидкое стекло;
    «Покрытие разделительное смазка для пресс-форм машин ЛПД водоэмульсионная» ТУ РБ 100196035.007-2001, способ нанесения — краскопультом;
    «Покрытие разделительное смазка для пресс-форм машин ЛПД на жировой основе» ТУ РБ 100196035.007-2001, способ нанесения — тампоном, кистью;
    «Покрытие разделительное смазка для плунжерной пары машин ЛПД» ТУ РБ 100196035.007-2001, способ нанесения — тампоном, кистью.
Для нанесения покрытий разработаны:
    «Система распыления смазки для пресс-форм машин ЛПД» (распылитель, герметизированная емкость, манометр, муфта, соединительные шланги; работает от цеховой системы сжатого воздуха);
     «Система распыления кокильной краски» (распылитель, емкость, регулировочные краны, соединительные шланги; работает от цеховой системы сжатого воздуха).

Для получения качественного, конкурентоспособного литья необходимо осуществлять следующие основные технологические операции:
  • рафинирующе-модифицирующую объемную и поверхностную обработку расплава;
  • защиту алюминиевого расплава от железосодержащих материалов тигля и плавильно-заливочного инструмента;
  • оптимизацию термовременных условий кристаллизации отливок за счет правильного подбора составов, толщины слоя, технологии нанесения покрытий.
Препараты, разработанные в БНТУ и производимые научно-производственным предприятием ОДО «Эвтектика», успешно применяют:
ОАО «КАМАЗ-Металлургия» и ОАО «Камский моторный завод» (г. Набережные Челны); ОАО «Ростовский литейный завод» (г. Ростов-на-Дону); ОАО «ДААЗ» (г. Димитровград); ОАО «Ульяновский моторный завод» (г. Ульяновск); РУП «Минский моторный завод», РУП «Минский тракторный завод», ОАО «ПРОМБУРВОД» и предприятие «АНТОНАР» (г. Минск); ОАО «БАТЭ» (г. Борисов); ОАО «Атлант» (г. Барановичи); ОАО «Автоцветлит» (г. Мелитополь); ОАО «АВТРАМАТ» (г. Харьков); ОАО «Полтавский автоагрегатный завод»; «Ульбинский металлургический завод» (г. Усть-Каменогорск); «АГРОМАШХОЛДИНГ» (г. Костанай) и многие другие.

Категория: Литейное производство | Просмотров: 1321 | Добавил: semglass | Теги: рафинирование, Модификация, цветные металлы
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *: