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.

 

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.

 

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».

 

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.